降膜式蒸发器节流孔板的计算及其调整对加热温度的影响

heating temperature is high when throttle orifice aperture is small，or vice versa. This paper uses Mode CNJM03-3200
three-effect falling film evaporator applied in the production of tea powder as an example to discuss the topics.
饮料工业
机械与装备
降膜式蒸发器节流孔板的计算 及其调整对加热温度的影响
刘殿宇
（华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江 哈尔滨 151400）
摘 要：决定降膜式蒸发器温度高低的参数主要有两个：一个是一效蒸汽的压力。一个是冷凝器的使用效果。但在 正常使用情况下，各效温度可在一定范围内进行微调，这种调整即为通过调换各效壳程中上下不凝性气体出口的节 流孔板的孔径来实现，从而达到某效蒸发温度的需要。上下不凝性气体接口主要是为真空泵抽取不凝性气体而设 置。节流孔板孔径小加热温度高，反之则低。仅以 CNJM03-3200 型三效降膜式蒸发器在茶粉生产中的应用为例进行 阐述。 关键词：降膜式蒸发器；节流孔板计算；节流孔板的调整；蒸发温度影响
Abstract: There are two factors determining the temperature of falling film evaporator: one is pressure of one-effect
stream；the other is using effect of condenser. Under the ordinary circumstance，temperature of every effect can be
图 2 系统容积与空气最大渗漏量 Fig.2 Maximum Leakage of System Capacity Volume and Air
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卷 第
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期
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饮料工业
机械与装备
G2 值的确定。G2 是蒸发过程中料液释放的不凝性 气体量，一般 G2 很小，可以忽略。即 G2=0。
3 节流孔板的调整对各效温度的影响
slightly adjusted via adjusting throttle orifice aperture of up-and-down un-condensed gas outlet hole in shell sides to
lower the temperature. Up-and-down un-condensed gas outlet hole is designed for vacuum extraction of the gas. The
凝效果，冷凝效果差这部分气体所占比例就大，正常情 的，下大于上节流孔板孔径。一效大于二效，三效上、
况下，采用经验值，G4=（0.2~1）%Gp。Gp 为每小时进入 下节流垫板孔径与一效接近[5]。如要提高一效壳程温度，
冷凝器的蒸汽量，kg/h，这里 G4= （0.2-1）%Gp=0.2%× 973.6=1.95kg/h。
38（1）：43-46.
P—真空泵吸入压力，MPa。
[2] 刘殿宇. 影响蒸发器使用的几个因素 [J]. 发酵科技通讯，2008，37
t—真空泵吸入状态温度，℃。取冷凝状态温度。 则： V=（G/ρ）·（[ 273+t）P0/273P]
（4）：46-47. [3] 刘殿宇. 利用末效二次蒸汽进行预热的节能效果及意义[J]. 中国奶
仅以用于茶粉生产的蒸发量为 3200kg/h 的三效蒸降
膜式发器中的第一效上下不凝性气体接口上的节流孔板
为例进行计算。真空泵抽除气体的组成，真空泵吸气量
为：
G=G1+G2+G3+G4
kg/h
G1 值的确定。G1 是真空系统的渗漏的空气量。它
可根据真空系统中设备和管道的容积 V1 按图 1 查出空 气最大渗漏量 Ga，取 G1=2Ga，本例 V1=3.7m3，末效分 离 器 绝 对 压 力 为 0.009771MPa， 查 图 1 得 Ga=1.5kg/h， 则：G1=2Ga=2×1.5=3kg/h。
文章编号：1007-7871（2014）09-0060-03
2014
决定降膜式蒸发器温度高低的参数主要有两个，一
年
个是一效蒸汽的压力，一个是冷凝器的使用效果。但在 1 主要技术参数
第
正常使用情况下，各效温度可在一定范围内进行微调，
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这种调整即为通过调换各效壳程中上下不凝性气体出口 1.1 物料介质：茶浸渍液
节流孔板不但能够调节各效的加热温度，而且能够 使蒸发器在合理的热力状态下进行工作，进而起到节能 降耗的作用。真空泵吸气量过大势必会造成蒸发器壳程
M=M1+M2=9.13+14.08=23.21kg/mol
温度过低，过低的加热温度实质上不利于蒸发，根据蒸
ρ=（P0×M）/8.315×T=（101.3×23.21）/8.315×273 =1.036kg/m
蒸汽压力一定时，壳程真空度越高其实热效率也越低。
T—绝对温度，K
4 结论
摩尔质量 M 按摩尔质量分率计算，即：
Y1=1.95/18=0.108 Y2=3/28.95=0.1036 则：M1=18×（0.108/0.213）=9.13kg/mol M2=28.95×（0.1036/0.213）=14.08kg/mol
Keywords: falling film evaporator；The throttle orifice plate calculation；The adjustment of the throttle orifice；
Evaporation temperature
中图分类号：TU831.4
文献标志码：A
组成），在标准状况下，密度按下式计算：
此引起次效的加热温度也随之降低。一部分蒸汽的热能
ρ=（P0×M）/8.315×T
就会被真空泵冲淡并带入到冷凝器中，导致热效率降
式中：ρ—在标准状况下混合气体密度，kg/m
低，因此也就不节能。其次，真空泵的选择应合适，当
P0—在标准状况下的大气压，kPa M—摩尔质量，kg/mol
则要把一效上、下节流孔板孔径变小，直至达到所需要 的温度为止。计算完毕，生产时要制作出与之相邻孔径
则：
几个，以备调试是更换。
G=G1+G2+G3+G4=3+0+0+1.95=4.95kg/h 真空泵吸气为混合气体 （由溶剂蒸汽和不凝性气体
节流孔板孔径过大的弊端是对于蒸汽直接加热的一 效来说，加热温度提高缓慢，蒸发温度提高也缓慢，由
牛，2012（7）：40-41. [4] 刘殿宇. 三效蒸发器在谷氨酸二次母液上的应用[J]. 发酵科技通讯，
=（4.95/1.036）·（[ 273+45）×0.1013/273×0.009771]
2006，35（2）：45-46.
年
=57.72m3/h
[5] 刘殿宇. 降膜蒸发器试车过程及注意事项[J]. 化工设备与管道，2006
Falling Film Evaporator Throttle Orifice Calculation and its Adjustment to the Influence of Heating Temperature
LIU Dian-yu （I-mate dairy machinery manufacturing co.，LTD.，Harbin 151400，China）
压力 /MPa 0.7883 0.06882 0.03463 0.017653 0.009771 0.009771
温度 /℃ 169 89 72 57 45 45
蒸发量分配 kg/h -
1785 735 680 -
饮料工业
本例蒸发器的流程图 1 所示。在本例蒸发系统中， 每 一 效 都 设 有 上 下 不 凝 性 气 体 接 管 ， 1、 2、 3、 4、 5、 6，汇 集 于 上 下 不 凝 性 气 体 的 总 管 并 接 于 冷 凝 器 进 口 。 在每效上下不凝性气体接口处都装有节流孔板。节流孔 板的作用是：通过调换节流孔板的孔径对某效或系统加 热温度进行调整。本蒸发系统采用列管间壁式冷凝器， 采用水环真空泵抽真空保持系统的真空度。
为例进行阐述。
收稿日期：2014-06-24 作者简介：刘殿宇（1962—），男，高级工程师，研究方向为乳品机械和轻化工机械。E-mail：ldy620519@163.com
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机械与装备
参数项目 工作蒸汽 一效加热 二效加热 三效加热 三效蒸发
冷凝器
表 1 蒸发器状态参数 Table 1 State Parameter of Evaporator
发的需要，在满足蒸发温度的情况下尽量不在低温下加 热。
真空泵吸气量计算。真空泵吸气量应换算成真空泵 吸入状态的体积，其体积按下式计算：
参考文献：
V=（G/ρ）·（[ 273+t）P0/273P]
[1] 刘殿宇. 降膜蒸发设备中热泵的设计[J]. 化工设备与管道，2001，
式中：V—真空泵每小时吸气量，m3/h
图 1 用于粉生产的 TNJM03-3200 三效降膜式蒸发器 Fig.1 TNJM03-3200 three-effect falling fill evaporator used in powder production
2 节流孔板孔径的计算[1]
计算节流孔板的孔径实质上是计算进入真空泵的不
凝性气体的量。
G3 值的确定。G3 是直接式冷凝器冷却水释放溶解
空气量，如果蒸汽冷凝采用的是间接式表面冷凝器时，
节流孔板孔径越小，壳程中压力越高，反之越低。
G3=0。本例采用的是列管式间壁冷凝器故 G3=0。
上述计算是按上、下节流孔板孔径相等原则计算而得，
G4 值的确定。G4 是未冷凝的水蒸汽量，取决于冷 实际上，每效上下节流孔板的孔径是不一样的，一般
第
上下节流孔板孔径计算：
（1）：40-43.
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（57.72/2）43600=
d2 4
×π×50
（不凝性气体流速按
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第
Biblioteka Baidu50m/s 选取）
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d=0.014
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的节流孔板的孔径来实现，从而达到某效蒸发温度的需 1.2 进料温度：20℃
第
要。上下不凝性气体接口主要是为真空泵抽取不凝性气 1.3 进料质量分数：3%~4%
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体而设置。节流孔板小加热温度高，反之则低。仅以 1.4 出料质量分数：17%~25%
期
CNJM03-3200 型三效降膜式蒸发器在茶粉生产中的应用 1.5 蒸发器状态参数