喷射加热器_低噪音蒸汽直接加热设备

两层采用轴流式的KSX大宽叶旋桨式搅拌器,直径1200mm。

经投产运行,其状况非常好,实际消耗功率仅100kW左右,与其100m3发酵罐的功耗相当,节能效果非常显著,且产酸率高于100m3罐。

5 结语及展望近年来,随着先进测试技术(如PIV,LDV等)及计算流体力学的发展,对像发酵过程这样的气液两相体系流动场的研究越来越多,而且越来越深入。

基础研究方面的深入,促进了新型气液搅拌器的研究开发,越来越多的新型搅拌器投入工业应用。

尤其是计算流体力学在新型搅拌器研究开发上的作用日益突出。

新型气液分散搅拌器BT-6的开发就在很大程度上依据了计算流体力学的研究结果。

另外,在气液两相流的数值模拟方面也有许多可喜的研究成果。

如Friberg[9]的计算能够在三维上得到较好的计算结果,而且在计算中还捕捉到了位于叶轮后方的气穴。

Wu[10]将Revstedt[11]的大涡模拟方法扩展到了两相流动,采用欧拉-拉各朗日法计算了双层涡轮桨搅拌槽内的气-液两相流动。

其计算结果虽然没有与实验数据进行定量比较,但这种方法却是令人鼓舞的。

有理由相信,将来会有更多高性能的适合发酵过程的搅拌器被开发出来,并被推广应用。

参考文献1 Van t Riet K and Smith J M.Chem Eng Sci,1975,30:10932 Nienow A Wan d Wisdom D J.Chem Eng S ci,1974,29:19943 Van t Reit K.,Boom J.M.,&Smith J.M.,Pow er Consum ption,Impeller Coalescence and Recirculation in Agitated Ves sels;Trans.Inst.Chem.Eng.,Vol.54,1976:124-131.4 Oldshue J parison of mass transfer characteri stics of radialand axial flow impellers.6th Europe Conference on M ixing,Pari a, Italy,M ay,1988,245 戴干策,等.翼形轴流桨的开发及其在发酵工业中的应用.医药工程设计,1992,5:1-56 叶 雯,等.轴流式翼形桨的流动分析.高校化学工程学报,1994,8:369-3737 傅为民,等.在轴向流搅拌桨发酵罐中进行PHB和结冷胶的发酵实验研究,化学反应工程与工艺,1999,15:79-848 张锁龙,等.一种新型轴流式搅拌桨流场分析及设计,化学工程,1999,27:26-299 Friberg P C.Three-dimensional modeling and simulations of gas-liquid flow processes i n bioreactors.Norw ay:T elemark U niver si ty College,199810 Wu Z L.Numerical study of dispersed tw o-phase flow s.Norway:Lund Institute of T echnology,200011 Revstedt J,Fuchs L,Tragardh rge E ddy Simulation of theTurbulent Flow in a S tirred Reactor.Chem Eng Sci,1998,53: 4041-4053收稿日期:2003-12-20喷射加热器 低噪音蒸汽直接加热设备美国东潮科技公司(200041) 陈乐仁摘要 蒸汽直接加热器过去的几十年已经在欧美发达国家得到了广泛的应用,其无汽槌、低噪音、高黏度物料处理能力和宽广的流量范围等诸多优点在酒精、淀粉糖、医药、造纸、味精和食品等很多工业领域得到了很好的验证。

本文就这种蒸汽直接加热器的原理以及在发酵和医药工业上的应用和优点给予介绍。

关键词 汽槌 直接加热 连消1 汽槌现象蒸汽直接加热在许多场合是最经济、方便的加热方式。

极大多数的工厂都没有锅炉设备、直接从锅炉牵一根蒸汽管线通入要加热的水液中是极其方便的一件事情。

但是,凡是运作过工业规模直接加热的人都有过对汽槌的经验,巨大的噪音影响工作环境、危害工作人员的健康(听觉的慢性伤残)、更主要的是振动带来对设备的破坏,同时,汽、液的混合不均产生的局部过热、过冷区造成对加热工艺低质量的控制。

种种现象表明直接注入蒸汽加热并不是一个十分好的选择。

1.1 直接加热原理1.1.1 冷水与热水的混合最简单的直接加热在日常生活生经常被执行着,倒一盆滚水进入容器中和里面的冷水混合后泡出一盆温水,如果不加以机械搅拌(用手在盆中搅动),盆中的烫水与冷水要经过很长一段时间才能混合完全产生一盆均匀温度的温水。

因此,在这一个简单的直接加热过程中,充分的机械搅拌是加热过程精准控制的要件。

没有机械搅拌,加热过程必须经过很长一段失控状态(有局部过热、过冷区)才能达到最终结果,一盆均匀、准温的温水。

反之,若是在加热的容器中施以机械搅拌,失控时间可以缩短。

理论上,机械搅拌愈强,失控时间就愈短。

图1 与显示出机械搅拌对冷、热水混合完全的影响1.1.2 蒸汽与水的混合直接注入蒸汽的加热过程比上述的冷水、热水混合更为复杂。

从物理性质来说,反应物为双相而产物却是单相的水相。

因此,当混合反应未完全的时候,我们就会观察到残余蒸汽泡、局部过热与过冷区。

在此同时,残余蒸汽泡若遇到温度低的容器或管路壁,就会迅速冷凝体积剧减造成震动和噪音,也就是所谓的汽槌。

1.2 汽槌 加热反应不完全的征兆图2显示一般蒸汽发散器将蒸汽注入水液中,蒸汽发散在管路、容器中必须经过相当一段时间后才能混合完全。

在这过程中,管路、容器内都会有汽槌振动和噪音的现象,即使在外观看起来很平静的时候,侧耳细听也能察觉到管路中有类似细砂流过的脆声,代表着蒸汽泡存在于管路的证据。

图2 失控加热过程 蒸汽、液料在承压容器中汽槌已经成为普通蒸气加热器普遍存在而且难以克服的障碍。

存在汽槌现象的蒸汽直接加热器所产生的严重噪声污染和强烈的振动等问题,对环保和设备及建筑物的安全、使用寿命的大大降低有着重要的影响。

这样的现象由先进的喷射加热器完全克服。

2 先进的蒸汽直接加热设备 喷射加热器2.1 喷射加热器的结构图3为先进喷射加热器结构示意图。

如图所示,先进喷射加热器在蒸汽与冷液料相遇处特别设计了专属加热区,其中蒸汽以音速由 精密的喷嘴喷入,液料由旁边套管夹层同样以高速喷入,气流与液流高速互相撞击产生强力机械剪切进而带动汽、液的搅拌、完全混合。

图3 先进喷射蒸煮器在加热区以强力搅拌功能完成汽、料混合产生不含气泡、准温的热料3 先进的蒸汽加热器最大特点3.1 无汽槌、低噪音:由于在加热区提供了强力的湍流混和使得蒸汽与水液在小小的定义加热区就完全混合,整个系统除了供汽的蒸汽管线以外没有蒸汽存在。

所有供料线和出料线都只有液相的来料(生料)与加热完全的出料。

大量现场使用表明与普通蒸汽直接加热器相比,喷射加热器能够使噪音大大降低,机身没有任何振动。

3.2 控温的精确:由于汽、液混合完全、均匀,透过精确的温控装置以及蒸汽计量阀,出流温度最精确的时候可以达到 0.25 。

3.3 稳定的高弹性操作空间:由于蒸汽计量采用内控(控制点在加热器内部,离加热区较近),控制机制在稳定的压力下改变蒸汽流量。

先进喷射加热器较传统加热器能保持稳定运作。

在改变运作参数(液料流量、升温幅度大小)状况下,依然能保持稳定运作。

一般来说,入流液料流量上下限可高达2 1仍旧可以稳定运作。

与传统加热器来比,这恐怕要二至三台加热器才能胜任这样的流量跨度。

3.4 处理高粘液料的能力,强烈的加热区机械剪切力使得先进喷射加热器不仅能瞬间完善蒸汽与水液的混合,而且由于强烈加热区机械搅拌使得高粘加热区能瞬间降低实际工作粘度,得到均匀的加热。

这也是一般加热器所无法完成的效果。

3.5 喷射加热器在国外已有数十年的发展历史,是一个具有广泛工业应用的成熟产品。

它有适合0.2至1600立方每小时宽广流量范围的16种规格多型号与不同的工艺配套,适用各种压力的工业蒸汽作为加热介质。

4 先进加热器的应用由于热效益高,投入资金较间接加热为低,直接注入蒸汽加热的工艺在工业化运作中用途极为广泛。

但是由于存在汽槌、振动及温控不稳定等问题,直接注入蒸汽的加热方法一直只能用在精度要求不高的工序。

而先进的内控式蒸汽加热器的开发和应用,使直接蒸汽加热有可能成功进入连续的工艺进程中。

喷射加热器具有宽广的应用范围:4.1 连续运作液料的消毒、灭菌上述先进加热器的优点决定了它在需要准确、稳定控温的连续运作液料消毒灭菌上不可比拟的优势。

目前连续消毒已经为大家所接受,但是由于温度(包括蒸汽的应用)等基本条件的控制缺乏有效的手段,大部分的企业仍然沿用过去的实罐消毒。

先进加热器的出现和在欧美先进国家的成熟应用给连续消毒工艺带来了可靠性和新的应用前景。

以国内某生物技术(大豆蛋白生产)企业为例,经验证、该厂的大豆蛋白液料在150 灭菌9秒时,灭菌和蛋白活性保持效果最佳:液料特性:含有蛋白质需要温度和温控精确度:150 0.25控温时间:9秒该设备也适用微生物发酵和抗生素发酵培养基的连续消毒,加热温度120 0.5 ,进入管式或釜式维持器维持数分钟,达到培养基消毒的目的。

由于达到了设计工艺需要的精确控制条件,整个工艺在灭菌效果及能源、物料节约等方面都取得了很好的效果。

由于汽槌的问题被解决,现场噪音大大降低,使得操作环境也得到提升。

由于连续消毒和灭菌、培养基或物料受热时间短有利于产品质量提高和减少破坏。

4.2 先进加热器对高粘浆料的强处理能力,使得它在以下工业领域得到了广泛的应用和认可:(1)淀粉浆料蒸煮;(2)造纸黑液加热。

4.3 自来热水的提供(1)即供、即停的准温热水;(2)造纸毛毯的清洗;(3)食品厂、制药厂原位清洗水供应。

综上所述,采用蒸汽直接注入加热的先进加热器已经在很多工业领域得到了广泛的应用,先进的加热技术已经给酒精、淀粉糖、味精、柠檬酸、造纸、制药和生物技术等多种工业带来了革命性的应用效果。

目前中国已经进入WTO,国内的制药产业要与国际水平逐渐接轨,生产工艺的改进、成本的节省和效益的提高将是所有的制药企业面临的问题。

从最基本的生产工业改进开始,先进的科技将会给产业带来革命性的提升。

收稿日期:2003-10-12欢迎订阅2004年 医药工程设计 杂志。