蒸發(fā)器原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1、蒸發(fā)器主要由加熱室及分離室組成。 按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的流動(dòng)情況，可將 工業(yè)中常用的間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。一、循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器這類蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，以提高傳熱效果、緩和溶液結(jié)垢情況。由于引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因不同，可分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩種類型。 前者是由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同， 產(chǎn)生了密度差而引起的循環(huán)運(yùn) 動(dòng)；后者是依靠外加動(dòng)力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)流動(dòng)。（一）中央循環(huán)管式（或標(biāo)準(zhǔn)式）蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，加熱室由垂直管束組成，管束中央有一根直徑較粗的管子。 細(xì)管內(nèi)單位體積溶液受熱面大于粗管的，即

2、前者受熱好，溶液汽化得多，因此細(xì)管內(nèi) 汽液混合物的密度比粗管內(nèi)的小，這種密度差促使溶液作沿粗管下降而沿細(xì)管上升的 連續(xù)規(guī)則的自然循環(huán)運(yùn)動(dòng)。粗管稱為降液管或中央循環(huán)管，細(xì)管稱為沸騰管或加熱管。 為了促使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管截面積一般為加熱管總截面積的40% 100%。管束高度為12m；加熱管直徑在2575mm之間、長(zhǎng)徑之比為2040。中央循環(huán)管蒸發(fā)器是從水平加熱室、蛇管加熱室等蒸發(fā)器發(fā)展而來(lái)的，相對(duì)于這 些老式蒸發(fā)器而言，中央循環(huán)管蒸發(fā)器具有溶液循環(huán)好、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)由 于結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠，故應(yīng)用十分廣泛，有標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。但實(shí)際上由于結(jié)構(gòu)的限制，循環(huán)速度一般在/

3、s以下；且由于溶液的不斷循環(huán)，使加 熱管 內(nèi)的溶液始終接近完成液的濃度，故有溶液粘度大、沸點(diǎn)高等缺點(diǎn)；此外，這種蒸發(fā) 器的加熱室不易清洗。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適用于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性較小的溶液。（二）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(jìn)。加熱蒸汽由中央蒸汽管進(jìn)入加熱室， 加熱室懸掛在器內(nèi)，可由頂部取出，便于清洗與更換。包圍管束的外殼外壁面與蒸發(fā) 器外殼內(nèi)壁面間留有環(huán)隙通道，其作用與中央循環(huán)管類似，操作時(shí)溶液形成沿環(huán)隙通 道下降而沿加熱管上升的不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)。一般環(huán)隙截面與加熱管總截面積之比大于中 央循環(huán)管式的，環(huán)隙截面積約為沸騰管總截面積的100% 150%，因此溶液循環(huán)速度較高，

4、約在1/s之間，改善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。懸筐蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)有晶體析出的溶液。缺點(diǎn)是設(shè)備耗材量大、占地面積大、 加熱管內(nèi)的溶液滯留量大。（三）外熱式蒸發(fā)器外熱式蒸發(fā)器，這種蒸發(fā)器的加熱管較長(zhǎng)，其長(zhǎng)徑之比為50100。由于循環(huán)管內(nèi)的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內(nèi)的大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加 熱管上升的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)速度可達(dá)/ s。1一加熱室2一分離室3 一除沫器4環(huán)形循環(huán)通道1一加熱室2 一分離室3一循環(huán)管（四）強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器前述各種蒸發(fā)器都是由于加熱室與循環(huán)管內(nèi)溶液間的密度差而產(chǎn)生溶液的自然循環(huán) 運(yùn)動(dòng)，故均屬于自然循環(huán)型蒸發(fā)器，它們的共同不足之處是溶液的循環(huán)速度較

5、低，傳 熱效果欠佳。在處理粘度大、易結(jié)垢或易結(jié)晶的溶液時(shí)，可采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。這 種蒸發(fā)器內(nèi)的溶液是利用外加動(dòng)力進(jìn)行循環(huán)的， 因此使用這種蒸發(fā)器時(shí)加熱面積受到 一定限制。二、膜式（單程型）蒸發(fā)器上述各種蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是加熱室內(nèi)滯料量大，致使物料在高溫下停留時(shí)間 長(zhǎng)，特別不適于處理熱敏性物料。在膜式蒸發(fā)器內(nèi)，溶液只通過(guò)加熱室一次即可濃縮 到需要的濃度，停留時(shí)間僅為數(shù)秒或十余秒鐘。 操作過(guò)程中溶液沿加熱管壁呈傳熱效 果最佳的膜狀流動(dòng)。（一）升膜蒸發(fā)器升膜蒸發(fā)器的加熱室由單根或多根垂直管組成，加熱管長(zhǎng)徑之比為100150,管徑在2550mm之間。原料液經(jīng)預(yù)熱達(dá)到沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后，由加熱室底部引入

6、管 內(nèi)，為高速上升的二次蒸汽帶動(dòng)，沿壁面邊呈膜狀流動(dòng)、邊進(jìn)行蒸發(fā)，在加熱室頂部 可達(dá)到所需的濃度，完成液由分離器底部排出。二次蒸汽在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于 10m/s，般為2050m/s，減壓下可高達(dá)100160m/s或更高。若將常溫下的液體直接引入加熱室，則在加熱室底部必有一部分受熱面用來(lái)加熱 溶液使其達(dá)到沸點(diǎn)后才能汽化，溶液在這部分壁面上不能呈膜狀流動(dòng)，而在各種流動(dòng)狀態(tài)中，又以膜狀流動(dòng)效果最好，故溶液應(yīng)預(yù)熱到沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后再引入蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)器適用于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液以及熱敏性或易生泡的溶液；不適用于處理高粘度、有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。（二 ）降膜蒸發(fā)器若蒸發(fā)濃度或粘度較大的溶液

7、，可采用如圖 5-6所示的降膜蒸發(fā)器，它的加熱室 與升膜蒸發(fā)器類似。原料液由加熱室頂部加入，經(jīng)管端的液體分布器均勻地流人加熱 管內(nèi)，在溶液本身的重力作用下，溶液沿管內(nèi)壁呈膜狀下流，并進(jìn)行蒸發(fā)。為了使溶 液能在壁上均勻布膜，且防止二次蒸汽由加熱管頂端直接竄出，加熱管頂部必須設(shè)置 加工良好的液體分布器。降膜蒸發(fā)器也適用于處理熱敏性物料，但不適用于處理易結(jié)晶、易結(jié)垢或粘度特 大的溶液。液體分布器（三）升一降膜蒸發(fā)器升一降膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖55所示，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，將加熱管束均分為二。原料液在預(yù)熱器1中加熱達(dá)到或接 近沸點(diǎn)后，引入升膜加熱管束2的底部，汽、液

8、混合物經(jīng)管束由頂部流人降膜加熱管 束3,然后轉(zhuǎn)入分離器4，完成液由分離器底部取出。溶液在升膜和降膜管束內(nèi)的布 膜及操作情況分別與前述的升膜及降膜蒸發(fā)器內(nèi)的情況完全相同。升一降膜蒸發(fā)器一般用于濃縮過(guò)程中粘度變化大的溶液；或廠房高度有一定限制的場(chǎng)合。若蒸發(fā)過(guò)程溶液的粘度變化大，推薦采用常壓操作。（四）刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器的加熱管是一根垂直的空心圓管，圓管外有夾套，內(nèi)通加熱蒸汽。圓管內(nèi)裝有可以旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，葉片邊緣與管內(nèi)壁的間隙為一。原料液沿切線方向進(jìn)入管內(nèi)，由于受離心力、重力以及葉片的刮帶作用，在管壁上形成旋轉(zhuǎn)下降 的薄膜，并不斷地被蒸發(fā)，完成液由底部排出。刮板薄膜蒸發(fā)器是利用外

9、加動(dòng)力成膜的單程蒸發(fā)器，故適用于高粘度、易結(jié)晶、 易結(jié)垢或熱敏性溶液的蒸發(fā)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)力耗費(fèi)大（約為3kW/m2傳熱面）、 傳熱面積較小（一般為3 4m2/臺(tái)），處理能力不大。三、直接加熱蒸發(fā)器前述的各種蒸發(fā)器都是間接加熱的，工業(yè)上有時(shí)還采用直接加熱蒸發(fā)器，圖57 所示的浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)器就是直接加熱的蒸發(fā)器。 將一定比例的燃燒氣與空氣直接噴人 溶液中，燃燒氣的溫度可高達(dá)12001800C，由于氣、液間的溫度差大，且氣體對(duì) 溶液產(chǎn)生強(qiáng)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。浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要固定的傳熱面，熱利用率高，適用于易結(jié)垢、 易結(jié)晶或有腐蝕

10、性溶液的蒸發(fā)，但不適于處理不能被燃燒氣污染及熱敏性物料的蒸 發(fā)。目前廣泛應(yīng)用于廢酸處理工業(yè)。蒸發(fā)操作廣泛用于各種工業(yè)中，對(duì)這類應(yīng)用量大 且面廣的設(shè)備，如能作某些改進(jìn)以提高蒸發(fā)強(qiáng)度，則對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)影響是很顯著的。 不論是間接加熱的非膜式還是膜式蒸發(fā)器，其主要元件都是加熱管束。所以對(duì)蒸發(fā)器的加熱管束加以改造，是提高蒸發(fā)器傳熱強(qiáng)度的可行途徑。由蒸發(fā)器的發(fā)展歷程也可 以看出，最初采用的是蛇管和橫管蒸發(fā)器，后來(lái)發(fā)展為垂直管蒸發(fā)器，再進(jìn)展為膜式 蒸發(fā)器。要提高蒸發(fā)器的傳熱強(qiáng)度往往用減薄管子兩側(cè)液膜或增加膜內(nèi)湍動(dòng)程度的方 法來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外差不多都是從改造管束著手以減薄液膜厚度從而提高蒸發(fā)強(qiáng)度。 例如

11、，我國(guó)某研究所對(duì)多種不同形式的管子進(jìn)行冷凝實(shí)驗(yàn)，最后選出一種較好的管外側(cè)開(kāi)縱槽的管子，即在 © 22X2mm的鋁管外側(cè)開(kāi)出48條縱槽，如圖所示。異丁烷蒸 氣在管外冷凝，管內(nèi)通冷水，總傳熱系數(shù)較同條件下的光滑管提高2倍以上。開(kāi)槽用于蒸發(fā)一側(cè)時(shí)，總傳熱系數(shù)可以提高 34倍。國(guó)外曾有人在內(nèi)徑為、長(zhǎng)度為的內(nèi)、 外開(kāi)縱槽的銅管內(nèi)，在常壓下對(duì)清水進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，獲得的總傳熱系數(shù)較同條件下的光滑管高34倍。蒸汽在管外側(cè)槽峰上冷凝而產(chǎn)生冷凝液，由于表面張力的作用立 即流至凹槽內(nèi)，然后靠重力作用沿凹槽向下流動(dòng)而排走，使槽峰及其附近始終保持極薄的液膜，而且管的上、下端基本一致，使管子熱阻很小，克服了前章介紹的在垂 直光滑管上凝液膜上薄下厚使冷凝傳熱系數(shù)降低的缺陷。當(dāng)縱槽開(kāi)在沸騰液側(cè)時(shí)，例如在升膜蒸發(fā)器中，溶液由下而上流過(guò)槽底，然后分布到槽峰，因此傳熱面始終保持 薄膜蒸發(fā)狀態(tài)，再加上蒸汽高速拉膜上升，使溶液側(cè)的沸騰傳熱系數(shù)提高。此外，在溶液中加入表面活性