降膜低溫蒸發(fā)器（Falling-Film Low-Temperature Evaporator）是“薄膜重力流動＋真空低溫”耦合的濃縮/脫水技術，料液在 30–80 ℃ 下以 0.2–0.5 mm 液膜形式一次流過加熱管，停留時間僅 5–30 s，兼具“傳熱系數高、無靜壓溫差損失、熱敏性友好”三大優(yōu)勢，已成為食品、制藥、高鹽廢水、有機溶劑回收等領域首選的低溫濃縮設備。

一、降膜低溫蒸發(fā)器工作原理  

1. 布膜階段  

料液經頂部盤式或射流噴嘴分布器，均勻噴淋到垂直加熱管（?25–50 mm，L=3–8 m）內壁，在重力作用下形成連續(xù)下降液膜。  

2. 傳熱蒸發(fā)階段  

管外通 40–90 ℃ 熱水或低壓蒸汽（飽和壓力 10–50 kPaA），熱量通過管壁快速傳入液膜，溶劑瞬間汽化；因液膜極薄，局部過熱幾乎為零，蒸發(fā)面溫度≈物料沸點，有效避免熱敏物分解。  

3. 汽液分離階段  

二次蒸汽與濃縮液同向下降，進入底部離心式或折流分離器；蒸汽經除沫后進入下一效、TVR 或 MVR 壓縮機循環(huán)利用，濃縮液由泵連續(xù)排出，實現全密閉、連續(xù)操作。  

二、降膜低溫蒸發(fā)器結構關鍵  

1. 加熱管：316L/2205/鈦材拋光 Ra≤0.4 μm，降低成核結垢；管長 5–7 m 時液膜雷諾數 400–800，傳熱系數 3000–6000 W·m?2·K?1。  

2. 分布器：盤式溢流+排氣管保持液位恒定；射流噴嘴孔徑≥2.5 mm，抗堵塞，適合含少量晶體或纖維母液。  

3. 真空系統：二級蒸汽噴射+液環(huán)泵，末效真空度 6–10 kPaA，對應沸點 38–45 ℃，可利用 55–70 ℃ 廢熱水或太陽能集熱作為熱源。  

4. 在線清洗（CIP）：頂部噴頭+ 1.5%–2% NaOH/硝酸循環(huán) 30 min，每周一次，可將 CaSO?、蛋白質垢層厚度控制在 0.1 mm 以內。  

三、降膜低溫蒸發(fā)器性能特點  

1. 低溫熱敏友好：蒸發(fā)溫度 35–65 ℃，維生素 C、酶活保留率≥95%，色澤ΔE＜1。  

2. 超低能耗：四效降膜+熱力蒸汽再壓縮（TVR），噸水蒸汽消耗 0.18–0.22 t；與 MVR 耦合，噸水電耗 12–18 kWh，比傳統單效降 70%。  

3. 無靜壓溫差損失：液膜厚度 0.2–0.5 mm，消除液柱靜壓帶來的沸點升高，可多效并聯，造水比高達 12–15。  

4. 抗結垢能力強：同向流動剪切力大，CaCO? 過飽和度下降 40%，運行周期由 7 d 延長至 20–30 d。  

5. 模塊化與衛(wèi)生級：單套蒸發(fā)量 0.5–50 t·h?1，可室內疊層布置；無死角、全焊接、Ra≤0.4 μm，符合 GMP/3A，支持 SIP 滅菌。  

四、降膜低溫蒸發(fā)器主要應用領域  

1. 食品乳品：乳清蛋白、果汁、茶提取液 45 ℃ 濃縮，固形物由 8% 提至 45%，蛋白變性率＜3%。  

2. 制藥與生物：抗生素發(fā)酵濾液、疫苗、酶制劑低溫濃縮，活性成分保留率≥96%，符合 FDA 21 CFR Part 11 數據追溯。  

3. 高鹽廢水零排放：RO 濃水、脫硫廢水、電鍍漂洗水，四效降膜+強制循環(huán)結晶，鹽純度≥98%，冷凝水回用率 100%。  

4. 有機溶劑回收：DMF、乙醇、異丙醇在 50–60 ℃ 蒸發(fā)，溶劑回收率 99%，殘液熱值送 RTO，年回收價值 200 萬元。  

5. 海水淡化與艦船：利用柴油機 60 ℃ 缸套水作熱源，產水比 12，占地僅 1.2 m·1.8 m，適合遠洋漁船、鉆井平臺。  

五、降膜低溫蒸發(fā)器選型與維護要點  

1. 物料粘度＜50 cP、固體體積分數＜15 % 最佳；高結晶傾向需配套側線淘洗腿或轉強制循環(huán)。  

2. 熱源溫度≥55 ℃ 即可啟動，若采用 70–90 ℃ 廢熱水，優(yōu)先選橫管降膜，蒸汽側壓降≈0，可多效 8–10 效。  

3. 分布器選型：潔凈液體用盤式，含少量晶體或纖維用射流噴嘴；定期超聲檢查噴孔，堵塞率＜2%。  

4. 防干壁控制：進料流量≥最小潤濕流量 0.08 kg·m?1·s?1，PLC 聯鎖蒸汽閥，干壁時間＜3 s，避免碳化。  

5. 清洗策略：NaOH 堿洗+硝酸鈍化交替，每年 1 次打開封頭目測，若垢厚＞0.3 mm 采用高壓水 400 bar 定向沖洗，鈦管禁用含氯清洗劑。  

降膜低溫蒸發(fā)器憑借“液膜自重成膜、真空低溫、同向流動”三大機制，實現傳熱系數 3000–6000 W·m?2·K?1、噸水能耗 12–18 kWh、熱敏物保留率≥95% 的綜合性能，兼具節(jié)能、抗垢、連續(xù)化、衛(wèi)生級等優(yōu)勢，已成為食品、制藥、高鹽廢水、有機溶劑回收等行業(yè)低溫濃縮的首選技術。