劉殿宇 翟志英

（1. 華禹乳品機(jī)械制造有限公司，黑龍江安達(dá) 151400；2. 上海昊宇機(jī)械有限公司，上海 201712）

茶多酚簡(jiǎn)稱GTP，是茶葉中兒茶素類(lèi)、丙酮類(lèi)、酚酸類(lèi)和花色類(lèi)的化合物的總稱，因其化學(xué)性質(zhì)中有多個(gè)活性羥基，對(duì)人體的保健極為有利，且有抑菌、殺菌、抗腫瘤、抗輻射等多項(xiàng)功能，作為醫(yī)藥和食品等的添加劑，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景十分看好，茶多酚提取工藝其中之一為溶劑提取法，茶葉的浸漬→萃取分離→濃縮→噴霧干燥→成品包裝。所用溶劑有乙酸乙酯、丙酮、乙醚、甲醇、乙烷等。浸漬后的溶劑最終需要經(jīng)過(guò)濃縮將其蒸發(fā)與物料分離，冷凝收集后再返回至溶劑儲(chǔ)罐內(nèi)以備再利用。僅以YZJM01-3500型單效降膜式蒸發(fā)器在乙酸乙酯的蒸發(fā)、冷凝、回收上的應(yīng)用為例闡述其設(shè)計(jì)過(guò)程及應(yīng)用注意事項(xiàng)。

1 主要技術(shù)參數(shù)及工作特點(diǎn)

（1）物料介質(zhì)：乙酸乙酯；

（2）物料處理量：4500 kg/h；

（3）進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)：2%；

（4）出料質(zhì)量分?jǐn)?shù)：9%；

（5）進(jìn)料溫度：25℃；

（6）冷卻水進(jìn)入溫度：30℃；

（7）裝機(jī)容量：15kW。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，組成如圖1所示，主要由蒸發(fā)器、汽液分離器、冷凝器、冷卻器、泵、控制系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用單效降膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)，乙酸乙酯回收的方式采用間壁列管式冷凝器進(jìn)行回收，第一段為冷凝段，第二段為冷卻段（防止揮發(fā)），第二段殼程通以冰水進(jìn)行冷卻，效體作保溫絕熱處理。單效降膜式蒸發(fā)器的工作原理是，料液經(jīng)過(guò)預(yù)熱至沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上的溫度即進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)的液體分布器，由分布器將料液均勻的分配給每根降膜管，料液以膜狀在自身的重力及二次蒸汽流的作用下自上而下的流動(dòng)并與管外的加熱蒸汽進(jìn)行熱與質(zhì)的交換。其工作特點(diǎn)是，當(dāng)設(shè)備蒸發(fā)參數(shù)穩(wěn)定后即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料連續(xù)出料，已蒸發(fā)的料液不再重復(fù)進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，從而縮短了料液在蒸發(fā)器中的停留時(shí)間，這對(duì)熱敏性的物料來(lái)說(shuō)是非常有利的，即料液中一些有益的元素最大限度的不被破壞。外循環(huán)，強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器則生產(chǎn)不連續(xù)間斷出料重復(fù)進(jìn)料，物料在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，物料中一些有益元素容易被破壞，以本例為例物料在降膜式蒸發(fā)設(shè)備中停留的時(shí)間不到5min，而物料在外循環(huán)或強(qiáng)制外循環(huán)蒸發(fā)器中的停留時(shí)間每批次需要15-20min,控制不好又容易跑料，所以降膜式蒸發(fā)器在茶多酚生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越多。

圖1 YZJM01-3500型單效降膜式蒸發(fā)器

2 蒸發(fā)系統(tǒng)計(jì)算過(guò)程

2.1 蒸發(fā)器換熱面積計(jì)算

表 蒸發(fā)器蒸汽狀態(tài)參數(shù)表

2.1.1 總蒸發(fā)量

W=S(1-B0/ B1)=4500(1-2/9)=3500 (kg/h)

2.1.2 熱量衡算

加熱蒸汽耗量：

D = [Wr + SC（T-t）]q′/R

式中：D－蒸汽耗量(kg/h)；

W－水分蒸發(fā)量，kg/h，W=3500kg/h

S－進(jìn)料量，kg/h，S=4500kg/h

C－物料比熱，kj/kg · ℃，C = 1.92 kj/kg · ℃

T－預(yù)熱后進(jìn)料溫度，℃，T=60℃

t－料液沸點(diǎn)溫度，℃，t=60℃

R－加熱蒸汽氣化潛熱，kj/kg

R=2283.1 kj/kg

r－料液蒸發(fā)氣化潛熱，kj/kg

r = 384.978 kj/kg

q′－熱量損失，kj/h，這里按總熱量的5%計(jì)算

B0－進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，這里B0= 2%

財(cái)政部門(mén)作為承擔(dān)負(fù)責(zé)管理全國(guó)的會(huì)計(jì)工作、監(jiān)督和規(guī)范會(huì)計(jì)行為、制定并組織實(shí)施國(guó)家統(tǒng)一的會(huì)計(jì)制度責(zé)任的主體，應(yīng)從制度層面明確民辦非營(yíng)利醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)執(zhí)行的會(huì)計(jì)制度，明確行業(yè)主管部門(mén)在民辦非營(yíng)利性醫(yī)療機(jī)構(gòu)的會(huì)計(jì)工作、監(jiān)督和規(guī)范會(huì)計(jì)行為中應(yīng)承擔(dān)的職責(zé)，賦予行業(yè)主管部門(mén)財(cái)務(wù)監(jiān)管職權(quán)。

B1－出料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，這里B1= 9%

則：D = [3500×384.978+4500×1.92(60-25)] ×1.05/2283.1 = 758.8 kg/h

蒸發(fā)器在加熱時(shí)采用蒸汽直接加熱的方式，冷凝水返回至過(guò)鍋爐。

2.1.3 蒸發(fā)器換熱面積計(jì)算

式中：k－傳熱系數(shù)，kj/ m2·h·℃，k=1200 kj/ m2·h·℃

T ′ －加熱溫度℃，T ′ = 90℃

則：換熱面積為：

F=3500×384.978×1.25/[1200(90-60)]=46.78 m2降膜管根數(shù)計(jì)算：

降膜管選擇φ38×1.5×8000 mm規(guī)格管子，其長(zhǎng)徑比為210，則降膜管根數(shù)：

n=46.78/0.0365 π×7.95= 51.34根，取51根周邊潤(rùn)濕量：

Q′ =4500/(0.035 π×51)=802.87 kg/m·h

乙酸乙酯比較容易蒸發(fā)，因此，其蒸發(fā)面積較小。

2.1.4 分離器計(jì)算

分離器直徑按下式計(jì)算，

式中：V0－蒸汽比容，m3/kg，這里V0按6.201 m3/ kg選取。

W0－自由截面的二次蒸汽流速，m3/ m2·s，

分離器高度按下式計(jì)算：

式中：VS－允許的蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/ m2·s；VS= 1.1～1.5 m3/ m2· s

則 h=4×3500×6.201/(π×1.62×1.3×3600) = 2.308 m，取2.3 m。

2.2 冷凝器計(jì)算

乙酸乙酯蒸發(fā)分離后即進(jìn)入間壁式冷凝器、冷卻器中進(jìn)行冷凝冷卻回收以便再次利用。

2.2.1 冷凝器換熱面積計(jì)算

冷凝器換熱面積按下式計(jì)算：

式中：Q－換熱熱量，kj/h · Q=Q1+Q2

這里Q1= 3500×384.978=1347423 kj/h

Q2= 3500×1.92×(60-50)=67200 kj/h

Q = 1347423+67200=1414623 kj/h

k－傳熱系數(shù)，kj/ m2·h·℃

這里k = 418 kj/ m2·h·℃

Δt－傳熱溫差，℃。這里按對(duì)數(shù)溫差計(jì)算，冷卻水進(jìn)入溫度為30℃，排出溫度為38℃

則60℃-----------------→60℃

30℃----------------- 38℃

Δt1=60-30=30℃，Δt2=60-38=22℃

Δt1=(30-22)/ln 30/22=25.79℃

則F=1418683×1.25/(418×25.79)=164.5 m2

2.2.2 冷卻器的計(jì)算

乙酸乙酯沸點(diǎn)溫度較低，77.1℃，易揮發(fā)，為了進(jìn)一步冷凝降溫便于儲(chǔ)存設(shè)置二次冷卻，將乙酸乙酯溫度由50℃降至35℃左右，第二段冷卻器冷卻介質(zhì)為冰水，冰水進(jìn)入溫度設(shè)為10℃，排出溫度設(shè)為25℃，則冷卻器的換熱面積為，這里換熱熱量Q = 3500×1.92×(50-35)=100800 kj/h,傳熱系數(shù)k = 418 kj/ m2· h·℃，傳熱溫差Δt = 21.6℃，則換熱面積F=Q/k·Δt =11.16 m2，實(shí)際換熱面積為11.16×1.25 = 13.96 m2。第二段冷卻器采用間壁降膜管式換熱器。乙酸乙酯蒸汽的冷凝比較困難，不同于水蒸汽的冷凝，水蒸汽的冷凝比較容易進(jìn)行，因而冷凝器換熱面積較小，而用于乙酸乙酯蒸汽的冷凝器換熱面積卻較大。

3 操作注意事項(xiàng)

單效降膜式蒸發(fā)器的工作過(guò)程是，進(jìn)料給汽，開(kāi)始進(jìn)料要少約是實(shí)際進(jìn)料量的70%，此后逐步遞增，當(dāng)進(jìn)料量接近設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸發(fā)參數(shù)接近穩(wěn)定時(shí)料液在設(shè)備內(nèi)循環(huán)結(jié)束即可連續(xù)進(jìn)料連續(xù)出料。當(dāng)參數(shù)穩(wěn)定后要求進(jìn)汽壓力必須穩(wěn)定，進(jìn)料量不能隨意調(diào)整。本設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行正常，各項(xiàng)參數(shù)正常，需要特別說(shuō)明的是當(dāng)換熱面積一定時(shí)，冷凝器中的冷卻水量、水溫是影響蒸發(fā)器蒸發(fā)的關(guān)鍵，降膜式蒸發(fā)器安裝高度較高，因此，必須保證冷卻水量，水量不足換熱量降低，蒸發(fā)量降低，尤其是在冷卻水量用量較大的生產(chǎn)線系統(tǒng)中更要注意降膜式蒸發(fā)器的給水量是否能達(dá)到設(shè)計(jì)值，如果難以保證應(yīng)考慮單獨(dú)供水。

4 結(jié)束語(yǔ)

乙酸乙酯的沸點(diǎn)較低易揮發(fā)，蒸發(fā)特別是在真空減壓下蒸發(fā)較容易進(jìn)行，因此，其蒸發(fā)面積較小。乙酸乙酯蒸汽的冷凝回收比較困難，其冷凝器的換熱面積卻較大。為了獲得良好的冷卻效果往往采用兩級(jí)或多級(jí)的方式進(jìn)行冷卻回收。其次乙酸乙酯易燃易爆，設(shè)備上的電機(jī)、控制系統(tǒng)必須全部按防爆進(jìn)行設(shè)計(jì)、選型、安裝、調(diào)試并驗(yàn)收 。

[1] 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè).上冊(cè)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2] 天津大學(xué)化工原理教研室姚玉英等編.化工原理.上冊(cè)[M]. 天津.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2005.