蒸发器原理结构简介.docx

蒸发器主要由加热室与分离室组成按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将 工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型（非膜式）和单程型（膜式）两大类一、循环型（非膜式）蒸发器这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶 液结垢情况由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型 前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运 动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动一）中央循环管式（或标准式）蒸发器中央循环管式蒸发器，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子 细管单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化得多，因此细管汽液 混合物的密度比粗管的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规 则的自然循环运动粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管为了 促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40%— 100% 管束高度为1—2m；加热管直径在25〜75mm之间、长径之比为20〜40中央循环管蒸发器加热室由加热邕末和 中央诺环管组成、中 央循M管的哉面-秩是 加热管.戒总哉面程的 40- 100%,在加热■■管1 中溶液沸腾向 上升， 而在中央箍环音，由 于截面积大.洛波诂 不到力口热管中的湿 度，于是溶液向下 阵“即构成S夜体在内 部的循环，蛀料液汗―Q冷颇水动iM制作汩y-加热*中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这 些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由 于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。

但实 际上由于结构的限制，循环速度一般在0.4〜0.5m/s以下；且由于溶液的不断循环， 使加•热管的溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外， 这种蒸发器的加热室不易清洗中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液二）悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器是中央循环管蒸发器的改进加热蒸汽由中央蒸汽管进入加热室， 加热室悬挂在器，可由顶部取出，便于清洗与更换包围管束的外壳外壁面与蒸发器 外壳壁面间留有环隙通道，其作用与中央循环管类似，操作时溶液形成沿环隙通道下 降而沿加热管上升的不断循环运动一般环隙截面与加热管总截面积之比大于中央循 环管式的，环隙截面积约为沸腾管总截面积的100%— 150%，因此溶液循环速度较 高，约在1〜1.5m/s之间，改善了加热管结垢情况，并提高了传热速率悬筐蒸发器适用于蒸发有晶体析出的溶液缺点是设备耗材量大、占地面积大、 加热管的溶液滞留量大三）外热式蒸发器外热式蒸发器，这种蒸发器的加热管较长，其长径之比为50—100由于循环管 的溶液未受蒸汽加热，其密度较加热管的大，因此形成溶液沿循环管下降而沿加热管 上升的循环运动，循环速度可达1.5m/s。

1一加热室 2一分离室 3一除沫器 4一环形循环通道 1一加热室 2一分离室 3一循环管（四）强制循环蒸发器前述各种蒸发器都是由于加热室与循环管溶液间的密度差而产生溶液的自然循环运 动，故均属于自然循环型蒸发器，它们的共同不足之处是溶液的循环速度较低，传热 效果欠佳在处理粘度大、易结垢或易结晶的溶液时，可采用强制循环蒸发器这种 蒸发器的溶液是利用外加动力进行循环的，因此使用这种蒸发器时加热面积受到一定 限制膜式（单程型）蒸发器上述各种蒸发器的主要缺点是加热室滞料量大，致使物料在高温下停留时间长， 特别不适于处理热敏性物料在膜式蒸发器，溶液只通过加热室一次即可浓缩到需要 的浓度，停留时间仅为数秒或十余秒钟操作过程中溶液沿加热管壁呈传热效果最正 确的膜状流动一）升膜蒸发器升膜蒸发器的加热室由单根或多根垂直管组成，加热管长径之比为100〜150,管 径在25〜50mm之间原料液经预热达到沸点或接近沸点后，由加热室底部引入管， 为高速上升的二次蒸汽带动，沿壁面边呈膜状流动、边进行蒸发，在加热室顶部可达 到所需的浓度，完成液由分离器底部排出二次蒸汽在加热管的速度不应小于l0m/s， 一般为20〜50m/s，减压下可高达100〜160m/s或更高。

•若将常温下的液体直接引入加热室，则在加热室底部必有一部分受热面用来加热 溶液使其达到沸点后才能汽化，溶液在这部分壁面上不能呈膜状流动，而在各种流动 状态中，又以膜状流动效果最好，故溶液应预热到沸点或接近沸点后再引入蒸发器这种蒸发器适用于处理蒸发量较大的稀溶液以与热敏性或易生泡的溶液；不适用 于处理高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液二）降膜蒸发器若蒸发浓度或粘度较大的溶液，可采用如图5-6所示的降膜蒸发器，它的加热室 与升膜蒸发器类似原料液由加热室顶部加入，经管端的液体分布器均匀地流人加热 管，在溶液本身的重力作用下，溶液沿管壁呈膜状下流，并进行蒸发为了使溶液能 在壁上均匀布膜，且防止二次蒸汽由加热管顶端直接窜出，加热管顶部必须设置加工 良好的液体分布器降膜蒸发器也适用于处理热敏性物料，但不适用于处理易结晶、易结垢或粘度特 大的溶液目 HXiNF—TM 在|反击田_FT埴1于山 匕3 N LMI 耕二二•f-t-r /OZ液体分布器（三）升一降膜蒸发器升一降膜蒸发器的结构如图5—5所示，由升膜管束和降膜管束组合而成蒸发 器的底部封头有一隔板，将加热管束均分为二原料液在预热器1中加热达到或接近 沸点后，引入升膜加热管束2的底部，汽、液混合物经管束由顶部流人降膜加热管束 3,然后转入分离器4,完成液由分离器底部取出。

溶液在升膜和降膜管束的布膜与操作情况分别与前述的升膜与降膜蒸发器的情况完全相同升一降膜蒸发器一般用于浓缩过程中粘度变化大的溶液；或厂房高度有一定限制 的场合若蒸发过程溶液的粘度变化大，推荐采用常压操作四）刮板搅拌薄膜蒸发器刮板搅拌薄膜蒸发器的加热管是一根垂直的空心圆管，圆管外有夹套，通加热蒸 汽圆管装有可以旋转的搅拌叶片，叶片边缘与管壁的间隙为0.25—1.5mm原料液 沿切线方向进入管，由于受离心力、重力以与叶片的刮带作用，在管壁上形成旋转下 降的薄膜，并不断地被蒸发，完成液由底部排出刮板薄膜蒸发器是利用外加动力成膜的单程蒸发器，故适用于高粘度、易结晶、 易结垢或热敏性溶液的蒸发缺点是结构复杂、动力耗费大（约为3kW/m2传热面）、 传热面积较小（一般为3—4m2/台），处理能力不大三、直接加热蒸发器前述的各种蒸发器都是间接加热的，工业上有时还采用直接加热蒸发器，图5—7 所示的浸没燃烧蒸发器就是直接加热的蒸发器将一定比例的燃烧气与空气直接喷人 溶液中，燃烧气的温度可高达1200〜1800笆，由于气、液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出。

浸没燃烧蒸发器的结构简单，不需要固定的传热面，热利用率高，适用于易结垢、 易结晶或有腐蚀性溶液的蒸发，但不适于处理不能被燃烧气污染与热敏性物料的蒸 发目前广泛应用于废酸处理工业蒸发操作广泛用于各种工业中，对这类应用量大 且面广的设备，如能作某些改进以提高蒸发强度，则对社会的经济影响是很显著的 不论是间接加热的非膜式还是膜式蒸发器，其主要元件都是加热管束所以对蒸发器 的加热管束加以改造，是提高蒸发器传热强度的可行途径由蒸发器的发展历程也可 以看出，最初采用的是蛇管和横管蒸发器，后来发展为垂直管蒸发器，再进展为膜式 蒸发器要提高蒸发器的传热强度往往用减薄管子两侧液膜或增加膜湍动程度的方法 来实现近年来，国外差不多都是从改造管束着手以减薄液膜厚度从而提高蒸发强度例 如，我国某研究所对多种不同形式的管子进行冷凝实验，最后选出一种较好的管外侧 开纵槽的管子，即在622X2mm的铝管外侧开出48条纵槽，如下图异丁烷蒸气在管 外冷凝，管通冷水，总传热系数较同条件下的光滑管提高2倍以上开槽用于蒸发一 侧时，总传热系数可以提高3〜4倍国外曾有人在径为50.8mm、长度为2.44m的、 外开纵槽的铜管，在常压下对清水进行蒸发实验，获得的总传热系数较同条件下的光 滑管高3〜4倍。

蒸汽在管外侧槽峰上冷凝而产生冷凝液，由于表面力的作用立即流 至凹槽，然后靠重力作用沿凹槽向下流动而排走，使槽峰与其附近始终保持极薄的 液膜，而且管的上、下端基本一致，使管子热阻很小，克服了前章介绍的在垂直光滑 管上凝液膜上薄下厚使冷凝传热系数降低的缺陷当纵槽开在沸腾液侧时，例如在升 膜蒸发器中，溶液由下而上流过槽底，然后分布到槽峰，因此传热面始终保持薄膜蒸 发状态，再加上蒸汽高速拉膜上升，使溶液侧的沸腾传热系数提高此外，在溶液中加入表面活性剂，可以降低溶液的表面力，加大传热面的润湿性， 避免产生干点，使整个壁面能有效地传热，表面活性剂在汽、液两相间起到润滑作用， 减少流动阻力；由于管壁上覆盖了表面活性剂，阻止了污垢附在壁面上，故可使溶液 侧壁面上不生成垢层，减小传热阻力表面活性剂可以回收循环使用，回收方法是于 完成液中鼓人空气，活性剂即成泡沫浮在溶液表面上，可以回收95%〜97%的活性剂。