CN101804262B - 一种三效七行程降膜式蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种三效七行程降膜式蒸发器，其中各进料腔和出料腔分别通过设置竖板分成多个进料腔和多个出料腔；各效前一出料腔分别连接该效后一进料腔。本发明通过增加行程有效提高蒸发效果，满足了一次性走料成品的目的；并通过分布器混合设计解决了后行程降膜管料液供应不足，降膜管周边润湿率降低，成膜性差，易出现焦管、干壁现象等严重影响产品质量的问题，应用领域宽广，节能，环保。

Description

一种三效七行程降膜式蒸发器

技术领域

本发明涉及一种三效七行程降膜式蒸发器，特别是一种工业中用于对不结晶的液体物料，如牛乳、果汁、氨基酸、淀粉糖、蔬菜汁等进行浓缩的，采用多效多行程降膜技术的三效七行程降膜式蒸发系器。

背景技术

目前降膜式多效蒸发器已在工业中被广泛使用。目前使用的降膜多效蒸发器或为各效均采用降膜蒸发器，实用新型专利文献CN201304260Y公开了一种三效四行程降膜浓缩蒸发器。该蒸发器包括一效加热器、一效蒸发室、二效加热器、二效蒸发室、三效加热器和三效蒸发室、冷凝器和从各加热器引出的冷凝水管道，各加热器中设有多根竖管，该竖管两端分别连接于上端板和下端板，而在该上端板顶部和下端板底部形成彼此连通的进料腔和出料腔，在所述进料腔内高能液料分布器，在上端板与下端板之间形成加热腔。

工作时，稀溶液由液料泵输送到一效加热室，由液体分布器将稀物料均匀分布到加热器的竖管中，在竖管中呈膜状向下运动，在下降过程中被加热腔中的蒸汽加热汽化，二次蒸汽和变浓的液料经由出料腔一同进入到一效蒸发室，进行汽液分离，之后浓溶液进入到二效加热室，经二效浓缩后进入三效，三效浓缩后由第二液料泵排出浓缩器。行程是指物料在固定蒸发环境内的循环次数，四行程即指物料在蒸发环境内循环四次。一效的二次蒸汽由一效蒸发室顶部的蒸发气体排出端排出后，一部分由热泵吸入经压缩后进入一效加热室，一部分进入二效加热室；二效的蒸汽进入三效，三效排出的二次蒸汽进列管冷凝器，不凝气由真空泵排出。一效加热器排出的冷凝液通过冷凝水管道进入二效加热器，经闪蒸后随同二效冷凝水进入三效，从三效排出 的冷凝水进入冷凝水罐，与从冷凝器来的三效二效蒸汽液汇合，经水泵打入回收系统。

现有技术的蒸发器，采用一效一行程的方式，在同一效中加热行程短，加热温度过高容易导致物料结焦，而加热温度过低，会使得进入蒸发器时的物料的加热温度不理想，导致蒸发效果差；且现有技术中的一级布膜方式，容易造成膜在列管中分布不均匀，易烧焦、结垢，产生黑点等，还会大大降低蒸发效果，增加物料烧焦和结垢的可能性，直接影响着产品品质，使工艺稳定性变差，导致物料的分子易变异，从而物料的色泽、口感容易变差；同时，由于现有技术中，由于在经过一效、二效蒸发之后物料浓度变高，粘性高，因此流动性变差，容易导致后效降膜管料液供应不足，降膜管周边润湿率降低，成膜性差，易出现焦管，甚至干壁等现象严重影响产品质量。

发明内容

本发明在于解决加热温度不易控制的问题，而提供一种三效七行程降膜式蒸发器，同时避免各效后一行程中物料供应不足，而易导致焦管、干壁等问题。

本发明进一步解决的技术问题是现有技术中物料在加热管中布膜均匀，而带来的易产生烧焦、结垢问题。

为此，本发明的一种三效七行程降膜式蒸发器，包括用于加热物料的一效加热室，二效加热室和三效加热室；和对应的一效蒸发室，二效蒸发室和三效蒸发室，热泵，液料泵、冷凝器；所述各效加热室室体内靠近其顶部设有上端板，靠近其底部设有下端板，在所述上端板与室体顶部间形成进料腔，在所述下端板与室体底部间形成出料腔，在所述上、下端板之间形成加热腔；所述进料腔和出料腔通过设置在所述上、下端板之间的多根加热管连通；所述进料腔内靠近上端板设有物料分布器；所述各效进料腔的物料分布器上方分别通过设置竖板将一效的进料腔分成一效第一进料腔和一效第二进料腔，将二效的进料腔分成二效第一进料腔和二效第二进料腔，将三效的进料腔分 成三效第一进料腔、三效第二进料腔和三效第三进料腔；所述各效出料腔分别通过设置竖板将一效的出料腔分成一效第一出料腔和一效第二出料腔，将二效的出料腔分成二效第一出料腔和二效第二出料腔，将三效的出料腔分成三效第一出料腔、三效第二出料腔和三效第三出料腔；所述竖板和物料分布器构成能使进入所述前一进料腔的部分物料和所述后一进料腔的液化混合的结构；各效第一进料腔的物料加热后主要进入该效第一出料腔，各效第二进料腔的物料加热后主要进入该效第二出料腔，三效第三进料腔的物料加热后主要进入三效第三出料腔；所述一效第一进料腔连接所述供料管；所述各效第一出料腔的分别连接该效第二进料腔；所述一效第二出料腔连接所述一效蒸发室物料进口；所述二效第二出料腔连接所述二效蒸发室物料进口；所述三效第二出料腔连接三效第三进料腔，所述三效第三出料腔连接三效蒸发室物料进口；所述一效蒸发室物料出口连接所述二效第一进料腔；所述二效蒸发室物料出口连接三效第一进料腔；所述三效蒸发室物料出口连接出料口。

上述技术方案中，所述竖板是非密封设置的，所述物料分布器可以采用包括排列在上层的一级分配装置和排列在下层的二级分配装置。或所述竖板是密封设置的；所述物料分布器包括排列在上层的一级分配装置和排列在下层的二级分配装置。前述方案中所述一级分配装置和所述二级分配装置上分别开设有微孔；所述一级分配装置的所述微孔与所述二级分配装置的所述微孔交错设置。

上述技术方案中，所述一效蒸发室的蒸汽排出端连接所述二效加热室，所述二效蒸发室的蒸汽排出端连接所述三效加热室，所述三效蒸发室的蒸汽排出端连接所述冷凝器。

上述技术方案中，所述热泵具有一蒸汽输入端、一蒸汽输出端和一吸气端；所述蒸汽输入端通过一个向所述热泵泵体内延的喷嘴连接蒸汽源；所述蒸汽输出端连接所述一效加热器的加热腔；所述吸气端连接所述一效蒸发室的蒸汽相出端。

前述热泵，其泵体内位于所述喷嘴下游端沿所述喷嘴轴线方向可以是对应设置一喇叭状的进气扩散管和一喇叭状的排气扩散管，所述进气扩散管和所述排气扩散管细径端相对，并通过一喉管连接，所述排气扩散管末端构成所述蒸汽出口。

前述热泵，在所述热泵泵体与所述进气扩散管、喉管和排气扩散之间的空间由一定位板封闭且填充保温材料并抽真空后，在所述进气扩散管和排气扩散管外还环设有加强筋。

上述技术方案中，从所述一效加热室引出的冷凝水管理连接于所述二效加热室，从所述二效加热室引出的冷凝水管道连接于所述三效加热室，从所述三效加热室引出的冷凝水管理连接二所述冷凝器。

上述技术方案中，所述各效加热室下部分别设有不凝气管道，所述不凝气管道分别连接于该效蒸发器的蒸汽排出端。上述技术方案中，所述一效蒸发室、二效蒸发室、三效蒸发室的蒸汽排出端分别连接二效加热室的加热腔、三效加热室的加热腔及所述冷凝器。

通过上述对本发明技术方案的概述，可以看出，本发明提供了一种新的三效七行程降膜式蒸发器，采用了七行程的特殊装置，不仅通过增加行程，加快了蒸发速度，有效提高了蒸发效果，且工艺稳定，通过对二次蒸汽的有效利用，大大提高了能源利用率，采用降模模式，料液在蒸发器中停留时间短，有效地控制了物料的分子变异，从而使物料的色泽、口感趋于更佳状态。因为采用了多效多行程，很大程度满足了一次性走料成品的目的，应用领域宽广，适用于食品、饮料、乳品、发酵、果汁等行业，同时还本发明还能有效地节省蒸汽能源的消耗及运行成本。

综上，本发明具有以下优点：

第一，由于采用了三效七行程顺流热泵蒸发工艺，前效物料进入下效后，由于存在压力差，会闪蒸出部分水份，使蒸汽耗量减少，且通过压力差使效间过料动力消耗低，大大提高了节能的目的。

第二，采用了热泵，利用高压蒸汽的势能将部分低压二次蒸汽压缩， 提高了部分二次蒸汽的温度，增加了其焓值，减少了原始蒸汽消耗，节约了新鲜的二次蒸汽，大大降低了能耗。

第三，高温的冷凝水通过多级闪蒸，充分利用了高温冷凝水的显热，这样会减少生蒸汽的消耗量，大大的节省了能源消耗。

第四，改进了物料分布器，将原有的一级分配方式变为现在的二级分配方式，大大提高了物料的均布性，使得各类物料在加热列管内能够均匀地布膜，提高了蒸发量，减少了物料烧焦、结圬的可能性。

第五，一般设备都是只能做在三个行程或四个行程，本发明提供的三效七行程降膜式蒸发器实现了七个行程蒸发，不仅蒸发工艺上大大的提高，还有效防止普通三效降膜蒸发器的后二效可能出现的降膜管供液不足，降膜管周边润湿率降低，难以成膜，从而出现焦管，甚至干壁等严重影响正常生产及产品质量的现象。分程采用内分隔式，便于拆卸和清洗。

第六，蒸汽冷凝液热能利用，通过换热、用蒸汽冷凝液的热量来提高料液温度，从而节约了浓缩过程中的能量投入。

第七，设备运行稳定，节能节水，成品浓缩液比重大，浓缩高，可采用智能化控制，操作维修清洗方便，整个生产过程中无环境污染物排放，不会对环境造成污染，属于高科技环保节能型产品。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的示意图；

图2为本发明一效加热室进料腔的示意图；

图3为本发明热泵的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1-热泵，11-喷嘴，111-外管，112-内套，12-进气扩散管，13-喉管，14-排气扩散管，15-蒸汽输出端，16-加强筋，17-法兰端板，；

2-一效加热室，21-一效第一进料腔，22-竖板，23-加热管，24-加热腔，25-一效第一出料腔，26-一效第二进料腔，27-一效第二出料腔，28-上端板；

3-一效蒸发室；

4-二效加热室，41-二效第一进料腔，42-加热管，43-加热腔，44-二效第一出料腔，45-二效第二进料腔，46-二效第二出料腔；

5-二效蒸发室；

6-三效加热室，61-三效第一进料腔，62-加热管，63-加热腔，64-三效第一出料腔，65-三效第二进料腔，66-三效第二出料腔，67-三效第三进料腔，68-三效第三出料腔；

7-三效蒸发室；

8-物料分布器，81-一级分配装置，82-二级分配装置，83-一级分配微孔，84-二级分配微孔；

9-冷凝器；

10-冷凝水罐；

11-液料泵；

12-水泵。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本实施例的三效七行程降膜式蒸发器的一种实施方式的整体示意图。

如图2所示为一效加热室的进料腔示意图，一效加热室的进料腔被设置在物料分布器8上方的竖板22隔成一效第一进料腔21和一效第二进料腔 26，一效出料腔及其他各效进料腔和出料腔的分隔方式与此相类似；文中所述各效进料腔指一效进料腔、二效进料腔和三效进料腔。

进行物料蒸发时，稀物料经液料泵10进入一效加热室2的一效第一进料腔21，由物料分布器8将其均匀地分布到加热管23中，如图2所示，物料分布器8是一个分上下两层的二级分配设备，包括一级分配装置81和二级分配装置82，其一级分配装置和二级分配装置上分别开设有多个均布的微孔，且一级分配微孔83与二级分配微孔84交错设置，实现双层均流.另二级分配微孔84的位置，正好交错对应着固定在上端板28上的各加热管23。采用此二次分配装置，在进行液料分配时，液料充足的前一行程的物料经过一级分配装置后，进入二级分配装置进行分配时，将会被部分混入后一行程的变浓的物料中，不仅能够弥补后一行程物料的供应，还有助于解决后一行程物料变浓，粘度增大后，不易均匀成膜的问题，解决蒸发中的结垢和焦壁问题。

物料经物料分布器8被均匀地分布到加热管23中，并在自身重力作用下，沿管内壁呈膜状向下流动，由于加热蒸汽与料液温差大，料液受热后蒸发汽化而达到浓缩的目的。

物料在一效加热室2中的加热腔24中加热蒸汽的作用下，稀物料在加热管23中下降的过程中实现第一行程的加热汽化，经过本行程加热汽化后的二次蒸汽和变浓的物料一同进入一效加热室底部的一效第一出料腔25，从一效第一出料腔底部被抽出后，泵入一效第二进料腔26，再次经过物料分布器8分布，此时，由于物料分布器采用了二级分配方式，因此一效第一进料腔21中的部分物料经一效物料分布器8的一级分配后，会有部分物料与一效第二进料腔26内的待进行第二行程蒸发的物料混合，这种混合可以有效地解决变通三效降膜蒸发器后效可能出现的降膜管供液不足，降膜管周边润湿率降低，难以成膜，并从而出现焦管，甚至干壁等严重影响正常生产及产品质量的现象。混合后的物料在物料颁布器的作用下被均匀地分入到加热管23中，进行第二行程的加热和汽化，之后进入一效第二出料腔27，一效第二出料腔27中的物料及二次蒸汽的混合物经管道进入一效蒸发室3中 进行蒸发和汽液分离。

由一效蒸发室3分离出的物料，从一效蒸发室底部抽出后，被泵入二效加热室4的二效第一进料腔41。进入二效加热室4的物料，经物料分布器8被均匀地分布到加热管42中，在重力任用下沿管壁呈膜状向下运动。

一效蒸发室3分离出蒸汽从其顶部排出，一部分经热泵1的吸气端被吸入热泵1，并在高压新鲜蒸汽的势能作用下，这部分低压二次蒸汽被压缩，并被提高了温度后，泵入一效加热室2的加热腔24中，再次被用于加热物料，以降低了新鲜蒸汽的需求量，并提高能源的有效利用率；另一部分直接进入二效加热室4的加热腔43中，用于对加热管42中的物料进行第三行程的加热汽化。

如图3所示，为本实施例中的示意图，在喷嘴11下游端沿该喷嘴11轴线方向对应设置一呈喇叭状的进气扩散管12和一喇叭状的排气扩散管14，如图所示，进气扩散管12和排气扩散管14的细径端相对并通过一喉管13相连接，且排气扩散管14的末端构成蒸汽输出端15。热泵1的泵体与进气扩散管12、喉管13、排气扩散管14之间的空间，封闭后填充保温沙并抽真空。在进气扩散管12和排气扩散管14外还环设有加强筋16，以增加进气扩散管12和排气扩散管14的强度。喷嘴11由外管111和内衬于该外管的内套112构成，喷嘴11可通过法兰端板17与蒸汽输入端活动连接结构，非常便于更换和维修。

之后，物料与蒸汽的混合物进入二效加热室4的二效第一出料腔44中，从二效第一出料腔44底部被抽出后，泵入二效第二进料腔45，再次进行物料分配，此时，同样二效第一进料腔41中的部分物料会经物料分布器8与二效第二进料腔45内物料混合，并被均匀地分入到加热管42中呈膜状下降；经加热腔中的蒸汽进行第四行程加热后，混合进入二效第二出料腔46，并由此进入二效蒸发室5中进行蒸发和汽液分离。

由二效蒸发室5分离出的物料从其底部抽出后，被泵入三效加热室6的三效第一进料腔61，经物料分布器8被均匀地分布到加热管62中在重力作 用下沿管壁呈膜状向下运动；二效蒸发室5分离出蒸汽从其顶部经管道进入加热腔63，对加热管62中的物料进行第五行程的加热汽化，之后，物料与蒸汽的混合物进入三效第一出料腔64中，从其底部抽出后，被泵入三效第二进料腔65，三效第一进料腔中61部分物料会经物料分布器8的二级分配装置的分布作用会与三效第二进料腔65内物料混合，并被均匀地分入到加热管62中呈膜状下降；经加热腔中的蒸汽第六行程加热后的混合物进入三效第二出料腔66，从其底部抽出后，被泵入三效第三进料腔67，本次物料分配时，因三效第二进料腔中部分物料会经物料分布器8的二级分配装置的分布作用与三效第三进料腔内物料混合，并被均匀地分入到加热管62中呈膜状向下运动；经加热腔63中的蒸汽进行第七行程的加热汽化后，进入三效第三出料腔68，并由此进入三效蒸发室7中进行蒸发和汽液分离。

由三效蒸发室7中分离出的物料经由液料泵11排出；三效蒸发室7中分离出的蒸汽进入冷凝器9冷凝后，进入冷凝水罐10。

从一效加热室2底部排出的冷凝液通过冷凝水管道进入二效加热室4，经闪蒸后随同二效加热室4的冷凝水进入三效加热室6，从三效加热室6排出的冷凝水进入冷凝水罐10，与从冷凝器9冷凝的由三效蒸发室7排入的蒸汽所得冷凝液汇合，经水泵12打入回收系统。高温的冷凝水通过多级闪蒸，充分利用了高温冷凝水的显热，这样会减少生蒸汽的消耗量，大大的节省了能源消耗。

由于前效物料进入下效后存在压力差，会闪蒸出部分水分，使蒸汽耗量减少，且因各效间存在压力差，使得效间过料动力消耗低，大大提高了节能的目的。

本实施例所采用的加热管23、加热管42、加热管62均是列管，而非现有技术中常用的盘管，采用列管不仅降低了制造成本，还克服了由于盘管通径有限，浓缩的真空度无法降低，从而导致使浓缩温度高，对热敏性物料的有效成分破坏较大的缺点，且冷却面积可以做大，从而增大了溶剂回收率。

如图2所示的进料腔的分隔方式，是在一效加热室室体内，物料分配器 8的上方用一竖板将一效进料腔分隔成完全独立的两个部分，形成一效第一进料腔21和一效第二进料腔26，这样的结构设置与采用二级分配方式的物料分布器相配合可以实现使前一行程的物料部分地被混入后一行程的物料中，一方面可以补充后一行程物料供应的不足，同时，还可以解决后一行程中物料粘度专门增加，导致成膜不均匀，从而影响物料质量的问题。实用中也可以采用其他能够实现这一目的结构，如可以仍采用竖板分隔，但并不将进料腔完全分隔成独立的两个部分，而是在物料分布器的上方预留适当的空隙，以使前一行程物料可以部分地通过，并混入后一行程物料，此时物料分布器则可采用一级或二级分配装置。

本实施例所述三效七行程降膜式蒸了器的特点是在物料在运行过程中加热时间短，能有效地控制物料的分子变异，从而使物料的色泽、口感趋于更佳状态，适用于食品、饮料、乳品、发酵、果汁等行业的浓缩加工；由于热泵技术，使得二次蒸汽被再次利用，不仅确保了二次蒸汽余热的利用，有效地节省了新鲜蒸汽，降低了能源消耗；且多效多行程的特殊装置，很大程度上满足了物料一次走料成品的目的，高温的冷凝水通过多级闪蒸，还充分利用了高温冷凝水的湿热，减少生蒸汽的消耗量，使蒸汽能源消耗进一步降低，达到了节能的目的。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种三效七行程降膜式蒸发器，包括：

用于加热物料的一效加热室，二效加热室和三效加热室；和对应的一效蒸发室，二效蒸发室和三效蒸发室，热泵，液料泵、冷凝器；

所述一效、二效、三效加热室室体内靠近其顶部设有上端板，靠近其底部设有下端板，在所述上端板与室体顶部间形成进料腔，在所述下端板与室体底部间形成出料腔，在所述上、下端板之间形成加热腔；所述进料腔和出料腔通过设置在所述上、下端板之间的多根加热管连通；所述进料腔内靠近上端板设有物料分布器；

其特征在于：

所述一效、二效、三效加热室之进料腔的物料分布器上方分别通过设置竖板将一效的进料腔分成一效第一进料腔和一效第二进料腔，将二效的进料腔分成二效第一进料腔和二效第二进料腔，将三效的进料腔分成三效第一进料腔、三效第二进料腔和三效第三进料腔；所述各效出料腔分别通过设置竖板将一效的出料腔分成一效第一出料腔和一效第二出料腔，将二效的出料腔分成二效第一出料腔和二效第二出料腔，将三效的出料腔分成三效第一出料腔、三效第二出料腔和三效第三出料腔；

所述竖板和物料分布器构成能使进入所述前一进料腔的部分物料和所述后一进料腔的液化混合的结构；

所述一效、二效、三效第一进料腔的物料加热后主要进入该效第一出料腔，各效第二进料腔的物料加热后主要进入该效第二出料腔，三效第三进料腔的物料加热后主要进入三效第三出料腔；

所述一效第一进料腔连接供料管；所述各效第一出料腔分别连接该效第二进料腔；所述一效第二出料腔连接所述一效蒸发室物料进口；所述二效第二出料腔连接所述二效蒸发室物料进口；所述三效第二出料腔连接三效第三进料腔，所述三效第三出料腔连接三效蒸发室物料进口；

所述一效蒸发室物料出口连接所述二效第一进料腔；所述二效蒸发室物料出口连接三效第一进料腔；所述三效蒸发室物料出口连接出料口。

2.根据权利要求1所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述竖板是非密封设置的。

3.根据权利要求2所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述物料分布器包括排列在上层的一级分配装置和排列在下层的二级分配装置。

4.根据权利要求1所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述竖板是密封设置的；所述物料分布器包括排列在上层的一级分配装置和排列在下层的二级分配装置。

5.根据权利要求3所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述一级分配装置和所述二级分配装置上分别开设有微孔；所述一级分配装置的所述微孔与所述二级分配装置的所述微孔交错设置。

6.根据权利要求1所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述一效蒸发室的蒸汽排出端连接所述二效加热室，所述二效蒸发室的蒸汽排出端连接所述三效加热室，所述三效蒸发室的蒸汽排出端连接所述冷凝器。

7.根据权利要求1所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述热泵具有一蒸汽输入端、一蒸汽输出端和一吸气端；所述蒸汽输入端通过一个向所述热泵泵体内延的喷嘴连接蒸汽源；所述蒸汽输出端连接所述一效加热器的加热腔；所述吸气端连接所述一效蒸发室的蒸汽排出端。

8.根据权利要求7所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：所述热泵泵体内位于所述喷嘴下游端沿所述喷嘴轴线方向对应设置一喇叭状的进气扩散管和一喇叭状的排气扩散管，所述进气扩散管和所述排气扩散管细径端相对，并通过一喉管连接，所述排气扩散管末端构成所述蒸汽出口。

9.根据权利要求8所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：在所述热泵泵体与所述进气扩散管、喉管和排气扩散管之间的空间由一定位板封闭且填充保温材料并抽真空后，在所述进气扩散管和排气扩散管外还环设有加强筋。

10.根据权利要求1所述的三效七行程降膜式蒸发器，其特征在于：从所述一效加热室引出的冷凝水管道连接于所述二效加热室，从所述二效加热室引出的冷凝水管道连接于所述三效加热室，从所述三效加热室引出的冷凝水管道连接于所述冷凝器。

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