薄膜蒸发器是利用旋转的刮板将料液分散成均匀的薄膜,以进行物料浓缩的一种新型高效蒸发设备,它特别适用于热敏性、高沸点和高粘度物料的浓缩。由于沸腾传热及刮板刮擦成膜的复杂性,目前用于薄膜蒸发器设计计算的基础数据仍显不足。如何准确获得薄膜蒸发器内液膜的速度分布、温度分布和浓度分布是值得研究的课题。本文在南京工业大学化工设备设计所自行研制的 0.4m2薄膜蒸发器的基础上,运用数值计算和实验研究的方法,分析探讨了薄膜蒸发器内不同料液的传热性能。本文的主要工作和研究结果如下:1) 应用大型 CFD 软件 CFX4.4 计算分析了各工艺操作参数(进料量、进料温度、刮板转速等)对薄膜蒸发器内蒸发段长度和膜内给热系数的影响及重要度。计算结果表明,不同操作条件下均存在使膜内给热系数达到最大值的同一最佳流量。通过对流场的分析,定量地得到了圈形波内横截面速度与传热系数的关系,将流场和传热过程联系起来,为进一步研究薄膜蒸发器内流体流动和传热机理奠定基础。计算分析还得到了水的传热准数关联式。2) 应用 CFX4.4 软件计算分析了不同物理性质(不同粘度、不同密度等)物料在各工艺操作参数下(进料量、刮板转速等)的传热性能,得到了物理性质对膜内给热系数的影响关系。本文针对高粘度物料提出了一种物料膜厚计算方法。3) 对新研制安装的 0.4m2 薄膜蒸发器系统进行调试。通过对水的蒸发性能实验,得到了在不同工艺操作参数(进料量、进料温度、转子转速、导热油温度和操作真空度等)下薄膜蒸发器总传热系数 K 和蒸发强度的变化曲线。实验结果同样发现,存在最佳进料量,其值与分析计算值基本一致。4) 水的蒸发实验结果和数值计算结果进行比较发现,二者变化规律一致。5) 以羧甲基纤维素纳盐(简称 CMC)水溶液为物料,改变料液的进料量和浓度等参数进行蒸发实验。实验结果表明:薄膜蒸发器非常适用于非牛顿流体的蒸发,在本文实验条件下,对于较高粘度流体的蒸发,其传热系数及蒸发强度甚至超过牛顿型流体水。薄膜蒸发器内不同料液传热性能分析及蒸发实验研究,为进一步研究薄膜蒸发器传热传质机理奠定基础。