1. 研究目的与意义

随着社会经济的发展，人们的生活水平不断进步，人们对生活环境和品质的要求越来越高，使得人们对能源的需求日渐增多。当今世界能源的稀缺使得人们更加迫切地寻找更加高效、节能的设备。

常规的蒸发换热设备往往不能很好地适应某些物料的蒸发和反应，特别是热敏性物料，粘性物料，有生垢发泡趋势的物料。薄膜蒸发器的出现，使得这些物料得以利用，它特别适用于高沸点、高粘度和热敏性物料的浓缩。

本文在查阅国内外相关文献的基础上，参考相关设计标准，设计一台薄膜蒸发器，以提高其物料浓缩效率，无疑对降低成本、提高效益具有重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

蒸发设备是重要的化工单元设备。机械搅拌式薄膜蒸发器（mechanically agitated thin-film evaporator），简称薄膜蒸发器，又称旋转薄膜蒸发器，是一种真空条件下采用机械搅拌进行降膜蒸发的新型高效蒸发器。它具有传热系数高、蒸发强度大、低温蒸发效果好、物料停留时间短、适用的粘度范围宽及操作弹性大等优越性能，在化工、轻工、制药、环保及食品等行业中逐步得到推广和应用，为工业生产带来了巨大的经济效益。国内外对薄膜蒸发器的传热系数和蒸发效率进行了大量的实验室研究,并从结构和操作工艺上进行了优化。

1940年初，瑞士的 hans mueller 制作出第一台蒸发器样机，苏黎士的luwa a.g.公司获得了专利并将其商品化。薄膜蒸发器在上世纪60年代首先应用于干燥工程和高分子反应工程中。自此之后，这种高效的节能蒸发器很快就在多种行业中得到迅速的推广和发展。由于沸腾传热及刮板刮擦成膜的复杂性，用于薄膜蒸发器设计计算的基础数据十分缺乏，对薄膜蒸发器内液膜流动及传热、传质机理进行研究显得十分迫切。对薄膜蒸发器的研究涉及到流体流动、传热、传质问题，描述这些流动、传热、传质过程的方程经常是一系列复杂的非线性偏微分方程，除了一些简单的情形，很难得到这些方程的精确解（解析解），对于工程上流体流动、传热、传质问题，多数采用实验测定和数值求解的方法。在流体力学与传热学的领域中，实验研究、理论分析与数值模拟这三种研究手段是相辅相成、互为补充的，将这三种研究手段有机地结合起来，是研究流体流动、传热、传质问题理想而有效的方法。

在理论研究方面，主要是研究液膜的流动状态和液膜的流动机理。mutzenbug等人阐述了薄膜蒸发器内由于刮板的搅动作用产生的三个不同区域：涡流的圈形波区、高湍度挤压区和薄膜区，为建立模型提供了理论基础。kern等人和godau根据navier-stokes方程计算了重力作用下的膜速和膜厚。对滑动式刮板,根据轴承润滑理论，得出刮板尖端和传热圆筒壁面之间的最小间隙。godau还把刮板前表面与壁面之间间隙中的液流当成库塔流处理，指出刮板扫刮液膜时存在回流的可能性。液膜流动可认为是层流降膜，且其膜速和流量与涡旋部分相比很小。研究还发现,涡旋与液膜之间的混合受到严重压抑,这与以前认为弓形波与液膜激烈混合的认识有出入。为了改善涡旋与液膜的混合， komori等人开发了直列多板刮板和倾斜多板刮板。实验发现，与传统的平直刮板相比,直列多板刮板能强烈促进液膜和涡旋的物质交换,大大提高了设备效率。komori等还研究了直列多板刮板的蒸发器的最佳设计，认为直列多板刮板的上下板之间的最佳距离可通过搅拌雷诺数来确定。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

通过调研和查阅文献了解薄膜蒸发器的发展历史、现状以及趋势，全面熟悉薄膜蒸发器的工作原理和结构形式。结合任务书，完成蒸发工艺设计计算（蒸发水量、加热蒸汽消耗量、蒸发器总传热系数以及蒸发面积的确定等）和设备的总体结构强度设计（材料选择、电机功率的计算、轴的设计计算、刮板数量确定、开孔及补强、支座、除沫器、料液分布器、出料口设计等）。并完成薄膜蒸发器的设计、绘图，图纸折合1#不少于6张。

研究计划：

4. 研究创新点

无