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烟草提取液蒸发浓缩器防(除)垢技术分析
徐利孙伟田海龙（山东瑞博斯烟草有限公司，山东沂水276400）
摘要：烟草提取液蒸发浓缩过程中蒸发器上容易形成污垢，不仅降低了设备热转换率，增大了能源损耗，还有可能会堵塞换热管，严重时甚至引发安全事故，本文从工艺参数的优化、螺旋槽管以及载气蒸发三方面探讨了如何提高蒸发器防(除)垢效果
关键词：烟草；蒸发派缩器；防垢；除垢
烟草提取液在蒸发浓缩过程中会在蒸发器上形成污垢，不仅降低了设备的热转换率，增大了能耗，还会造成换热管堵塞，影响生产的安全运行。解决蒸发器结垢问题的方法有缩小换热温差和加大液体流速，但应用到烟草蒸发器的防（除)垢上，效果均不理想。本文在对蒸发浓缩工艺进行优化的基础上，对练旋槽替换圆形换热管、载气蒸发两种防（除)垢方式进行讨
论，希望能为烟草蒸发器结垢问题的解决提供理论参考。 1烟草提取液蒸发浓缩器防（除)垢技术分析 1.1工艺参数优化对防(除)垢影响
烟草蒸发器结垢与诸多因素有关，如换热温差，液体流速提取液物理性质、换热面，蒸发浓缩工艺等，尤其是蒸发浓缩工艺各项参数会对结垢问题造成直接影响。因此，在确保蒸发浓缩效率及浓缩质量的基础上，对工艺参数进行优化，可达到良好的放(除)垢效果。
1.1.1工艺参数优化
蒸发浓缩工艺参数主要包括压力、加热温度等，在利用 CFD软件对烟草提取液浓缩工艺进行仿真模拟后，选择较佳的工艺参数，然后对各参数进行实验验证，所得结果如下：
1.1.1.1采用负压浓缩可提高烟草提取液的浓缩效率，但真空度应该严格控制，真空度过大会导增加加热温差，促进换热管内壁结垢，真空度不足，溶液沸点升高，浓缩液长期处于高温阶段容易变质，影响产品质量。在多次实验后，确定将烟草提取液浓缩沸点定位85℃，然后据此选择真空度。
1.1.1.2负压浓缩时，换热管顶部液体温度上升较快，其缩率较大。因此，加热蒸汽可从换热管下部输人，上部输出，防止换热管顶部快速结构，影响浓缩效果。加热蒸汽温度选择
115℃时，其浓缩效果和防(除)效果较好。 1.2螺旋槽管强化热防(除)垢技术
螺旋槽管属于外凹内凸结构的异型管.内部回槽呈螺旋式排列，当各项参数一定时，螺旋管的防(除)垢能力均优于普通圆管，这是因为螺旋槽管的传热性能要优于圆管，螺旋槽使得近壁面的液体产生二次流和漩涡，增大了边界层的扰动，强化了传热效果。螺旋槽管的头数对Nu数（对流传热能力/导热能力)影响较小，双头螺旋槽管的阻力系数更低，在湍流工况下就有了较高的换热能力。另外，螺旋槽管在较低的Re数（雷诺数，流体惯性力/黏性力）下，其综合换热性能较好，随着Re数的增加，其换热性降低，因此在实际生产中应尽量降低Re数。烟
110方片数護”2015年11月
草浓缩液Re数约为1000，满足螺旋管强化换热的Re数要求，近壁面的浓缩液在二次流的作用下加强了扰动，减弱了黏性底
层，从而减少了壁面结垢的可能。 1.3载气蒸发防(除)垢技术
烟草提取液黏度大，在蒸发器中浓缩时间过长就会在管擎上结垢，影响导热效率。垢体结垢机理不同，有析晶结垢、化学反应结垢和微粒型结垢多种类型。烟草提取液为有机物和无机物的混合物，成分复杂，在浓缩过程中会由于温度的升高，溶剂减少而引起析晶结垢。载气蒸发法是由大连理工大学化学工程研究所开发的一项防（除)垢技术。物料在蒸发器中沸脏换热时，会在内壁上产生小气泡，气泡与内壁之间产生一层很薄的液体微层，容易引起结垢，若在加热管底部引人情性气体会对这种情况有所改善。根据物理学原理可知，气液界面的温度为最低温度点，这是由于气体进入加热管时，气体内部的蒸汽分压为零，而气液界面上的蒸汽分压则达到了饱和，这就使得气液界面处的液体很快蒸发，向气泡处扩散，降低了界面处的温度；当气液界面接近加热壁时，则会降低加热面的过热度，从而达到改善壁面结垢的目的。
载气泡可以作为汽化核心，加快气泡周围液体的蒸发速度，使溶质浓度增加形成一个梯度，溶质聚集在气泡周围，而气范泡则位于溶液内，远离加热壁面，因此析出的溶质会位于溶液内部，减少了在加热壁析出结垢的可能。另外，载气进入加热管底部时会立即汽化，原来的液体单项流由此变为气液两相流，增加了流体的端流强度，提高了流体的循环速度，这不仅加强了传热效果，还会增加流体与管壁垢体之间的剪切作用，减少了管壁沉积污垢的可能性。流体流速越大，吸附在管壁上的品核气泡越容易被冲离，防垢作用越明显，但要注意，载气流速不能无限增大，尤其是当浓缩液循环速度较低时，载气流过大会造成换热管局部蒸发速度较快，从而加速了干壁结垢，使局部结垢加剧。除此之外，载气流过大还会增大对设备抗压性，密封性的要求，因此综合多方面因素，在烟草提取液浓缩时，循
环速度控制在0.8m/s时，有利于改善蒸发器的结垢现象。 2结语
蒸发浓缩器壁结垢不仅会降低热转换率，增大能耗，还可能引发安全事故，因此采取有效措施，降低污垢形成具有十分重要的研究价值。本文从工艺参数的选择、螺旋槽管和载气蒸发三个方面探讨了，提高热转换率，降低污垢形成的有效措施。参考文献：
[1]李晓教.基于CFD的烟草提取液蒸发浓缩器防、除垢技术研究[D]湖北工业大学,2014.
[2]张涛俊,陈小平,钟建新.谢克难,廖立.蒸发器防除垢工艺进展[J]化工时刊,2015,08:3841