中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器以及蒸发的方法与流程

本发明涉及蒸发器，具体涉及一种中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器以及蒸发的方法，具体说是超低温蒸发和高粘度蒸发的方法。

背景技术：

在很多物料的浓缩过程中，比如热敏性蛋白，需要低温蒸发，以保持物料的活性，还有的物料，比如蜂蜜，需要浓缩到非常高的浓度，便于保存。现有的蒸发器，为了实现液体超低温蒸发和高粘度蒸发，经常采用薄膜蒸发的技术，即将物料在加热体表面，形成薄膜，这样，能提高蒸发的速度、降低蒸发的温度。也就是物料越薄，越容易蒸发。

为了实现薄膜蒸发，目前最典型的方式是刮板蒸发器，即将物料通过旋转的刮板，在一个垂直的钢管内壁均匀分布，钢管外壁有夹层，采用蒸汽、热水、导热油等热源，加热物料，利用液体自身的重量，从上往下运动，物料中所含的水分或其他溶剂，很快得到蒸发。如果物料粘度高或有结晶，旋转刮板还可以将物料往下推动，在底部出料。该设备的缺点是，加工精度要求高，需要刮板与钢板内壁紧密配合，才能保证液体均匀分布。同时，该结构的表面积有限，无法生产大型设备，最大的设备面积也只有20㎡，旋转刮板的动力消耗高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器以及蒸发的方法，具体说是超低温蒸发和高粘度蒸发的方法。本发明利用水平放置的螺旋输送绞龙，该螺旋绞龙的叶片为双层夹套结构，中间通蒸汽、热水、导热油，螺旋的一部分浸没在物料中，通过螺旋叶片的旋转，物料均匀涂在叶片表面，在高真空环境中，实现超低温蒸发、高粘度物料的蒸发，高粘度物料，可以通过螺旋推进向出料口输送，最后出料。中空螺旋叶片在过程中起到对物料加热、摊薄成膜、推进、搅拌的作用。

为实现上述目的，本发明所设计一种中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器，它包括加热蒸发罐，所述加热蒸发罐上部罐壁上设置有进料管，所述加热蒸发罐下部罐壁上设置有出料管，所述加热蒸发罐内设置有中空螺旋叶片加热装置，所述加热蒸发罐的罐壁上连接有蒸气出口管，所述蒸气出口管通过蒸气管道依次连接有冷凝器和冷凝水罐，所述冷凝水罐的上壁设置有真空管；所述中空螺旋叶片加热装置包括通过轴承座设置在加热蒸发罐两端的中空转轴管，所述中空转轴管传动端设置有减速电机，所述中空转轴管中间设置有截流板，所述中空转轴管外壁上设置有中空的螺旋叶片，所述螺旋叶片两端开口设置在截流板两端并与中空转轴管连通。

上述中空螺旋叶片加热装置包括中空转轴管，中空转轴管将外部的热源传入螺旋叶片，并输送出设备。中空转轴管一个重要的特征是该轴的中部装有截流板，将中空轴分成“热水”和“冷水”两部分。中空轴的两端安装有旋转接头，保证轴在旋转时，热源能够进出真空罐，中空轴两端连接有轴承座和密封件，并由减速电机带动；

螺旋叶片焊接在中空转轴管上，外边用钢板焊接封闭，螺旋叶片成为一个连续的空腔，空腔的两端，分别于中空轴的两端连接，并且开口，热水或其它热源从中空轴进入螺旋叶片一端，然后从螺旋叶片另一端，经过中空轴排出。中空螺旋叶片加热装置用于蒸发器的加热器，利用螺旋叶片旋转过程中起到的成膜、搅拌和推进作用，起到超低温薄膜蒸发、高粘度蒸发的作用，螺旋表面和蒸发罐内壁有防粘涂层，防止结垢。

进一步地，所述出料管上设置有出料泵。

再进一步地，所述加热蒸发罐外部设置有加热夹套其保持物料的温度。

再进一步地，所述真空管上设置有真空泵。

再进一步地，所述冷凝水罐底板设置有出水管。

再进一步地，所述加热蒸发罐内壁和螺旋叶片表面涂覆有聚四氟乙烯。它们与物料接触的部分，做防粘处理，优选采用特氟龙(聚四氟乙烯)进行表面处理，避免物料结垢。

本发明还提供了一种利用上述中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器进行液体超低温蒸发和高粘度蒸发的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)开启真空泵控制系统压力在1500～2500pa，同时中空转轴和加热蒸发罐的夹套通入热水或导热油，热水或导热油的温度为40℃-90℃；热水由中空转轴管进水口进入，流入螺旋叶片内，并从螺旋叶片返回中空转轴管出口端；

2)打开进料阀和启动减速电机，物料进入加热蒸发罐；

3)中空螺旋叶片加热装置旋转的过程中，物料均匀涂抹在螺旋的表面，被加热和蒸发，当螺旋转入物料时，表面与物料的摩擦作用，螺旋表面被清洁和稀释，避免堆积和结垢；中空螺旋叶片加热装置螺旋在对物料加热蒸发的同时，还对物料起到搅拌作用，避免物料局部浓度过高，避免物料堆积和结垢，同时，将物料往前推进；

4)中空螺旋叶片加热装置将物料往前推进，并经出料管和出料泵排出送出收集；得到浓缩物料；

5)蒸发产生的蒸汽，通过蒸汽管道，进入冷凝器，冷凝水流入冷凝水罐，不凝结的气体，由真空泵排出。

本发明的有益效果：

1)本发明实现超低温蒸发：通过调整真空泵，可以在很大的范围内调整水的沸点，比如，采用一级水环真空泵、二级罗茨真空泵组合，真空度可以达到2000pa，那么蒸发温度只有17.5℃，如果真空度1000pa，在7℃时，水就可以被蒸发。

2)本发明实现高粘度蒸发：由于螺旋叶片的成膜、搅拌和推进作用，物料在高粘度时，同样能够蒸发和出料。

3)本发明产量大：螺旋的表面都可以起到蒸发作用，在一定的空间内，通过调整螺旋的直径和螺距，可以达到很大的蒸发面积，直径1米、螺距15厘米，长1.5米的螺旋，加热面积可以达到15平方米。通过增加螺旋直径和数量，做到100平米以上的蒸发面积也很容易，这是其它薄膜蒸发器不能比的。

4)本发明设备简单可靠：螺旋作为输送工具，转动的速度慢，一般几秒钟一转即可，系统的加工难度低，简单可靠。

5)本发明传热效率高：物料在螺旋叶片表面均匀成膜，加上物料被连续混合搅拌、推进，同时与物料接触的表面采用防粘处理，不结垢，保证了所有与物料接触的表面能够均匀地传递热能，传热效率高。

6)本发明物料均匀性好：由于螺旋的运动，与罐下部的物料摩擦，对螺旋的表面起到连续的自洁作用。相互粘结的、堆积在叶面的产品都能够被清除下来，重新进入生产过程。螺旋连续的搅拌、推进，在蒸发罐的纵向，形成稳定的浓度差。

附图说明

图1为中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器的结构示意图；

图2为中空螺旋叶片加热装置的结构示意图；

图中，加热蒸发罐1、进料管1.1、出料管1.2、蒸气出口管1.3、加热夹套1.4、中空螺旋叶片加热装置2、中空转轴管2.1、截流板2.11、螺旋叶片2.2、开口2.21、蒸气管道3、冷凝器4、冷凝水罐5、出水管5.1、真空管6、真空泵6.1、减速电机7、出料泵8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

如图1～2所示的中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器，它包括加热蒸发罐1，加热蒸发罐1上部罐壁上设置有进料管1.1，加热蒸发罐1下部罐壁上设置有出料管1.2，出料管1.2上设置有出料泵8，加热蒸发罐1外部设置有加热夹套1.4；

加热蒸发罐1内设置有中空螺旋叶片加热装置2，加热蒸发罐1的罐壁上连接有蒸气出口管1.3，蒸气出口管1.3通过蒸气管道3依次连接有冷凝器4和冷凝水罐5，冷凝水罐5底板设置有出水管5.1；

冷凝水罐5的上壁设置有真空管6；真空管6上设置有真空泵6.1；中空螺旋叶片加热装置2包括通过轴承座设置在加热蒸发罐1两端的中空转轴管2.1，中空转轴管2.1传动端设置有减速电机7，中空转轴管2.1中间设置有截流板2.11，中空转轴管2.1外壁上设置有中空并且连续的螺旋叶片2.2，螺旋叶片2.2两端开口2.21设置在截流板2.11两端并与中空转轴管2.1连通。加热蒸发罐1内壁和螺旋叶片2.2表面涂覆有聚四氟乙烯。

利用上述中空螺旋叶片加热薄膜蒸发器进行液体超低温蒸发和高粘度蒸发的方法，包括以下步骤：

1)开启真空泵控制系统压力在1500～2500pa，同时中空转轴和加热蒸发罐1的夹套通入热水或导热油，热水或导热油的温度为40℃-90℃；热水由中空转轴管2.1进水口进入，流入螺旋叶片2.2内，并从螺旋叶片2.2返回中空转轴管2.1出口端；

2)打开进料阀和启动减速电机，物料进入加热蒸发罐1；

3)中空螺旋叶片加热装置2旋转的过程中，物料均匀涂抹在螺旋的表面，被加热和蒸发，当螺旋转入物料时，表面与物料的摩擦作用，螺旋表面被清洁和稀释，避免堆积和结垢；中空螺旋叶片加热装置2螺旋在对物料加热蒸发的同时，还对物料起到搅拌作用，避免物料局部浓度过高，避免物料堆积和结垢，同时，将物料往前推进；

4)中空螺旋叶片加热装置2将物料往前推进，并经出料管1.2和出料泵8排出送出收集；得到浓缩物料；

5)蒸发产生的蒸汽，通过蒸汽管道，进入冷凝器4，冷凝水流入冷凝水罐5，不凝结的气体，由真空泵6.1排出。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，比如提高真空度，得到更低的蒸发温度，实现更低温度的蒸发，或者提高加热温度，实现更高浓度的蒸发，设计两组彼此交错的螺旋，在一定空间内获得更大的蒸发面积，这些实施例都属于本发明保护范围。