蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu)

        蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。加熱室有多種多樣的形式，以適應各種生產(chǎn)工藝的不同要求。按照溶液在加熱室中的運動的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）兩類。

（一）循環(huán)型蒸發(fā)器

        特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，因而可以提高傳熱效果。由于引起循環(huán)運動的原因不同。有分為自然循環(huán)型和強制循環(huán)型兩類。

        自然循環(huán)：由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起強制循環(huán)：用泵迫使溶液沿一定方向流動

1.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器

        中央循環(huán)管式蒸發(fā)器為最常見的蒸發(fā)器，其結(jié)構(gòu)如圖5-2所示，它主要由加熱室、蒸發(fā)室、中央循環(huán)管和除沫器組成。蒸發(fā)器的加熱器由垂直管束構(gòu)成，管束中央有一根直徑較大的管子，稱為中央循環(huán)管，其截面積一般為管束總截面積的40%～100%。當加熱蒸汽（介質(zhì)）在管間冷凝放熱時，由于加熱管束內(nèi)單位體積溶液的受熱面積遠大于中央循環(huán)管內(nèi)溶液的受熱面積，因此，管束中溶液的相對汽化率就大于中央循環(huán)管的汽化率，所以管束中的氣液混合物的密度遠小于中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的密度。這樣造成了混合液在管束中向上，在中央循環(huán)管向下的自然循環(huán)流動。混合液的循環(huán)速度與密度差和管長有關(guān)。密度差越大，加熱管越長，循環(huán)速度越大。但這類蒸發(fā)器受總高限制，通常加熱管為1～2m，直徑為25～75mm，長徑比為20～40。

        優(yōu)點：溶液循環(huán)好；傳熱效率高；結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠。

        缺點：循環(huán)速度低；溶液粘度大、沸點高；不易清洗。

        適于處理結(jié)垢不嚴重、腐蝕性小的溶液。

2.懸筐式蒸發(fā)器

        懸筐式蒸發(fā)器是中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。其加熱室像個懸筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，可由頂部取出，便于清洗與更換。加熱介質(zhì)由中央蒸汽管進入加熱室，而在加熱室外壁與蒸發(fā)器殼體的內(nèi)壁之間有環(huán)隙通道，其作用類似于中央循環(huán)管。操作時，溶液沿環(huán)隙下降而沿加熱管上升，形成自然循環(huán)。一般環(huán)隙截面積約為加熱管總面積的100～150%，因而溶液循環(huán)速度較高(約為 1～1.5m/s)。由于與蒸發(fā)器外殼接觸的是溫度較低的沸騰液體，故其熱損失較小。

3.外熱式蒸發(fā)器

        常用的外熱式蒸發(fā)器，其主要特點是采用了長加熱管（管長與直徑之比 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->），且液體下降管（又稱循環(huán)管），不再受熱。這樣有利于液體在器內(nèi)的循環(huán)，循環(huán)速度可達1.5m/s。

        優(yōu)點：降低了整個蒸發(fā)器的高度，便于清洗和更換；循環(huán)速度較高，使得對流傳熱系數(shù)提高；結(jié)垢程度小。

        適于處理易結(jié)垢、有晶體析出、處理量大的溶液 。

4.列文蒸發(fā)器

        結(jié)構(gòu)特點：在特點是在加熱室上部設(shè)置沸騰室，加熱室中的溶液因受到附加液柱的作用，必須上升到沸騰室才開始沸騰，這樣避免了溶液在加熱管中結(jié)垢或析出晶體。

        優(yōu)點：流動阻力小；循環(huán)速度高；傳熱效果好；加熱管內(nèi)不易堵塞。

        缺點：設(shè)備費高；廠房高，耗用金屬多。

        適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液 。

5.強制循環(huán)型蒸發(fā)器

        上述幾種蒸發(fā)器均為自然循環(huán)型蒸發(fā)器，即靠加熱管與循環(huán)管內(nèi)溶液的密度差作為推動力，導致溶液的循環(huán)流動，因此循環(huán)速度一般較低，尤其在蒸發(fā)粘稠溶液（易結(jié)垢及有大量結(jié)晶析出）時就更低。為提高循環(huán)速度，可用循環(huán)泵進行強制循環(huán)，如圖4-10所示。這種蒸發(fā)器的循環(huán)速度可達1.5～5m/s。其優(yōu)點是，傳熱系數(shù)大，利于處理粘度較大、易結(jié)垢、易結(jié)晶的物料。但該蒸發(fā)器的動力消耗較大，每平方米傳熱面積消耗的功率約為0.4～0.8kW。

（二）單程型蒸發(fā)器（膜式蒸發(fā)器）

         循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點蒸發(fā)器內(nèi)料液的滯留量大，物料在高溫下停留時間長，對熱敏性物料不利。在單程型蒸發(fā)器中，物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求；離開加熱管的溶液及時加以冷卻，受熱時間大為縮短，因此對熱敏性物料特別適宜。

1.升膜式蒸發(fā)器

        升膜式蒸發(fā)器，這種蒸發(fā)器的加熱管束可長達3~10m。溶液由加熱管底部進入，經(jīng)一段距離的加熱，汽化后，管內(nèi)氣泡逐漸增多，最終液體被上升的蒸汽拉成環(huán)狀薄膜，沿管壁運動，汽液混合物由管口高速沖出。被濃縮的液體經(jīng)汽液分離即排出蒸發(fā)器。此種蒸發(fā)器需要妥善地設(shè)計和操作，使加熱管內(nèi)上升的二次蒸汽具有較高的速度，從而獲得較高傳熱系數(shù)，使溶液一次通過加熱即達預定的濃縮要求。在常壓下，管上端出口速度以保持20~50m/s為宜。

        適用于：蒸發(fā)量大（較稀的溶液），熱敏性及易起泡的溶液。

        不適用于：高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。

2.降膜式蒸發(fā)器

        料液由加熱室頂部加入，經(jīng)液體分布器分布后呈膜狀向下流動。汽液混合物由加熱管下端引出，經(jīng)汽液分離即得完成液。為使溶液在加熱管內(nèi)壁形成均勻液膜，且不便二次蒸汽由管上端竄出，須良好地設(shè)計液體分布器。

        適用于：粘度大的物料

        不適用于：易結(jié)晶的物料，固形成均勻的液膜較難，不高。

（3）升-降膜式蒸發(fā)器

         蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器的底部封頭內(nèi)有一隔板，將加熱管束分成兩部分。溶液由升膜管束底部進入，流向頂部，然后從降膜管束流下，進入分離室，得到完成液。

        適于處理濃縮過程中粘度變化大的溶液、廠房有限制的場合。

（4）刮板薄膜式蒸發(fā)器

        專為高粘度溶液的蒸發(fā)而設(shè)計。料液自頂部進入蒸發(fā)器后，在刮板的攪動下分布于加熱管壁，并呈模式旋轉(zhuǎn)向下流動。汽化的二次蒸汽在加熱管上端無夾套部分被旋刮板分去液沫，然后由上部抽出并加以冷凝，濃縮液由蒸發(fā)器底部放出。

        特點：借外力強制料液呈膜狀流動，可適應高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā)

        缺點：結(jié)構(gòu)復雜，制造要求高，加熱面不大，且需要消耗一定的動力。

（三）其它蒸發(fā)器

1 . 直接加熱蒸發(fā)器（浸沒燃燒式）

        將一定比例的燃燒氣與空氣直接噴入溶液中，燃燒氣的溫度可高達1200～1800℃，由于氣、液間的溫度差大，且氣體對溶液產(chǎn)生強烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽與煙道氣一同由頂部排出。

        優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，不需要固定的傳熱面，熱利用率高適于處理易結(jié)垢、易結(jié)晶或有腐蝕性的溶液。不適于處理不能被燃燒氣污染及熱敏性的溶液。

2.螺旋管蒸發(fā)器

        在螺旋加熱管中，要被蒸發(fā)的液體從頂部流向底部，同時，沸騰膜與蒸汽并流流動，由于加熱管當然螺旋形狀，在中等高度的設(shè)備中可以容納很長的管子，經(jīng)過很長的管道流動中產(chǎn)生的蒸汽對液膜施加一個很高的剪切力。為此，彎曲的螺旋管將引起二次流，二次流被施加在沿管軸的流動上，這此作用可促進湍流并強化高粘情況下的熱傳遞。

        適用于達到高濃度和高粘度。為獲得高的蒸發(fā)比，這類蒸發(fā)器在高溫度差下和單程操作。

（四）蒸發(fā)器的選型

        蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式較多，選用和設(shè)計時，要在滿足生產(chǎn)任務要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能兼顧生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便及經(jīng)濟性好等因素。

（五）過程和設(shè)備的強化與展望

縱觀國內(nèi)外蒸發(fā)裝置的研究，概括可分為以下幾個方面：

       1、開發(fā)新型蒸發(fā)器；

       2、改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動狀況；

       3、改進溶液的工藝性質(zhì)；

       4、優(yōu)化設(shè)計和操作。