詳談降膜蒸發器的分布器

劉向陽

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津300450）

1 概述

降膜蒸發器是一種常見的蒸發分離設備。降膜蒸發器一般為立式列管換熱器，由分布器、換熱器和分離器組成。管程中液體物料成膜狀沿管壁流下，殼程通入加熱介質。具體為液體物料從蒸發器的頂部進入，經過分布器將物料分布成膜狀，在重力和壓力的共同作用下沿換熱管內壁呈膜狀下降，在下降的過程中物料與殼程的加熱介質進行熱交換而被加熱，液體物料沿加熱管往下流，并被加熱，直至加熱器底部。由于壓力的作用物料仍未蒸發，熱物料進入分離器后由于體積的突然放大，物料被閃蒸，低沸物成為蒸汽被分離出來。濃縮的液體和蒸發產生的二次蒸汽進入分離器進行分離，濃溶液從分離器底部流出，低沸物從頂部排出，達到蒸發分離的目的。由于物料成膜狀流動，使總傳熱系數增大，提高了換熱效果；同時物料基本是自由落體向下運動，與加熱介質接觸時間短，可以保護熱敏物質，擴大蒸發的應用范圍。

為了使物料成膜狀，必須使用分布器，常見的有三種：螺旋流道分布器；圓錐形分布器；齒形分布器。都是在每根加熱管口加一個導流管，利用重力和流體的速度使物料成膜狀流動，這是大家都熟悉的，不作為本文介紹的重點，本文將介紹一種用于熱敏物質蒸發的分離式、二次分布器，物料經過一次分離器簡單分布后，在二次分離分布器上沿與換熱管同徑的小孔流下而在換熱管中形成膜狀流動。由于分布器不與換熱器管板接觸，物料主要停留分布器上，達到保護熱敏物質的需要。供同行參考。

2 降膜蒸發器的特點

2.1 降膜蒸發器利用被蒸發液體在垂直管道中成膜流動，在極短的時間內與熱流體進行熱交換使低沸物蒸發，達到分離的目的，生產效率高、蒸發量大。可以蒸發濃度較大、粘度較大的溶液，但不適用于蒸發易結晶或易結垢的溶液。

2.2 降膜蒸發器沒有靜壓強效應，不會由此引起溫度差損失；同時沸騰傳熱系數和溫度差關系不大，即在較低的傳熱溫度下，傳熱系數也較大，更適用于熱敏性溶液的蒸發。

2.3 降膜蒸發器制造關鍵在于液體分布器和換熱管與管板的整體垂直度的制造，并且對設備整體的制造和安裝精度要求高，必須保持換熱管的垂直，管板與分布器的平行度，使流體在換熱管內成膜狀流動達到最高傳熱系數下的傳熱目的是設備制造成敗的關鍵點。

2.4 節能效果顯著，能耗僅為一般蒸發器濃縮生產時的1/3 左右。在條件允許的情況下盡量采用，在當今節能減排的形勢下優勢更加明顯，占地省。

3 分布器的種類

3.1 螺旋流道分布器

在換熱管內插入一個表面上加工呈螺旋狀流道的分布器，料液在壓力（靜壓）和重力作用下，從這個螺旋狀通道流下，并沿換熱管旋轉流動成膜，順換熱管向下螺旋流動。是強制成膜，成膜性好，物料在管板上形成液層且停留時間較長，不適用于熱敏性物質。

3.2 圓錐形分布器

用一個圓錐形的分布器插入換熱管內，呈倒圓錐形，圓錐與換熱管形成一個縫隙，圓錐的下端向上凹，避免掛料液向管中間流。料液從縫隙中流下形成液膜，也是強制性成膜，物料在管板上形成液層且停留時間較長，不適用于熱敏性物質。

3.3 齒形分布器

齒形分布器插入換熱管中, 料液從齒縫中進入,成膜狀流下,也是強制性成膜，物料在管板上形成液層且停留時間較長，不適用于熱敏性物質。操作時要控制好液位，使料液均勻的通過小齒流入分布器，適合流量小的操作環境。

3.4 獨立型分布器

對于熱敏性物質使用上述的分布器受到限制時，可以使用獨立型分布器。料液進入后，先在一次分布器使料液減速，并從兩側的導流管進入二次分布器，在分布器上焊接與換熱管數量和位置一致的升氣管（平衡管），使料液上分布器上維持一定的液位，與換熱管對應的直徑上開一周6 個的小孔，使料液由小孔漏到管板上；換熱管與管板的焊接時要求管口低于管板，并將焊道路打磨成圓弧，確保料液平穩進入換熱管成膜狀流下。如果料液中的顆粒小于小孔的直徑，也可以使用這種分布器。這種分布器加工精度要求高，但可以用于有熱敏性的料液，本文將重點對這種分布器進行介紹。

4 分離式、二次分布器

分離式、二次分布器的組成：分離式、二次分布器由一次分布器、二次分布器、管板特殊加工三部分組成（見圖1）。

4.1 一次分布器

圖1 分布器結構圖

一次分布器是將從T1 口來的物料進行初步的發布，由一個升氣管、一個分布盤和兩個半管組成。兩個半管與T1 口呈90°。從T1 口進入的物料減速后經分布盤從半管均勻的流入二次分布器。升氣管起到氣相連通、平衡管的作用，分布盤是給料液減速，使料液均勻地從兩個半管流下，半管是料液的流動通道。

4.2 二次分布器

二次分布器有支撐盤、升氣管、漏液孔組成（見圖2）。從一次分布器來的料液低速流到支撐盤上，形成一定的液層，料液有漏液孔（φ6）流到管板上。通過特殊加工的管板加熱管漏油R1 的圓弧過渡機加工，已使料液形成液膜，達到降膜蒸發的要求。

圖2 漏液孔的位置

升氣管的作用是將蒸發器內產生的蒸汽導向上方，是分布板上下的壓力一致，料液可以順利的流下。漏液孔的位置正好對著換熱管，料液流下后直接進入換熱管，在換熱管上形成液膜，達到提高換熱效果的目的，實現降膜蒸發。料液主要停留在分布板上，漏下的料液在極短的時間里形成液膜下降，基本上不在管板上停留，可以避免與溫度較高的管板接觸，不會形成局部過熱，達到保護熱敏物料的要求。

4.3 管板的特殊加工

在管板的加工上，要求管板和換熱管之間圓弧過渡。在焊接完成后進行一次機加工，使圓弧過渡和管板平整性得以保證，并對管板的光潔度有嚴格要求。所以這種分布器看似簡單，其實對加工精度要求高，進口設備價格高的原因也在于此。

5 實例

分離式、二次分布器的應用實例在低壓羰基合成工藝中的應用：

在丁辛醇的生產中，催化劑溶液、產品及未反應的原料所組成的反應液分離就是用降膜蒸發器來完成。由于催化劑溶液是熱敏性物料，不能在高溫下長時間停留，否則銠催化劑會失效。蒸發工序的降膜蒸發器選用分離式、二次分布器。84℃反應物從T1 口進入降膜蒸發器，在一次分布后，從兩側的半管流下到二次分布器上，物料主要停留在這里。加熱介質熱水的溫度是140℃，催化劑的失活溫度為140℃，由于二次分布器和管板有一個間距，催化劑溶液停留在分布器相對低溫區，與管板接觸時間很短將呈膜狀快速流下，有效地保護了催化劑。當物料進入分離器之后，輕組分閃蒸上升，催化劑溶液流到分離器底部，有尾部冷卻器及時降溫，保護催化劑。如果采用常規的分布器，物料會在管板上局部長期停留，局部會達到催化劑的失活溫度。

6 結論

分離式、二次分布器是用于熱敏物質蒸發的有效分布器。在遇到類似情況可以參照使用。加工的關鍵是：

1）上管板的焊接后機加工倒R3 的圓角；

2）管板與分布器同時開孔；

3）下料孔的均布精度；

4）總體安裝的垂直度。