蒸发器结构的标准蒸发器结构的详细说明

[简介]截至2113年，我们对5261蒸发器>蒸发器的理解仍不太清楚. 4102.蒸发器类型很多，而1653种不同类型的蒸发器的结构相似. 让我们来介绍一个结构，我相信在了解了这种结构的细节之后，我可以绕开其他一些蒸发器的结构，这对我们未来的应用将大有裨益.

实际上，我们提到的蒸发器的主要结构是两部分，即加热室和分离室. 由于类型不同，我们可以根据加热室的具体结构和相应的操作以及相应溶液流量的具体实际情况，将行业中常见的间接加热蒸发器分为两类. 它们是圆形类型（有时也称为非膜类型）和单程类型（即膜类型）. 接下来，我们将讨论这种循环类型.

对于中央循环管蒸发器，其结构是这样的. 首先，让我们谈谈由垂直管束组成的加热室. 直径较大的管将安装在管束的中心. 对于细管，与粗管相比，与溶液单位体积相关的加热表面相对较大. 总而言之，前者加热良好，溶液蒸发更多，细管中气液混合物的相对密度小得多. 正是由于这种密度差的作用，溶液可以在厚管的方向上滴下. 此时，相应的液体将沿着细管上升，形成自然的循环运动.

中间的粗管称为下降管，相应的细管称为沸腾管. 有时，为了使溶液更好地循环，中央循环管的相对截面积的比例将在加热管总截面积的40％至100％之间. 相应管束的高度通常为1-2m；我们设备的加热管的相对直径是25-75mm，长径比较是20-40.

对于这种类型的蒸发器，它是从原始的水平加热室和类似的蒸发器（例如盘管加热室）完全演变而来的，但是它们的溶液循环比旧的要好得多，并且传热效率也相对较高. 它高得多；该机结构紧凑，易于制造，再加上运行可靠的特点，使其得到了广泛的应用.

蒸发的概念

加热包含非溶质的溶液以部分蒸发其中的溶剂的过程称为蒸发. 蒸发操作已广泛应用于化工，轻工，制药，食品等许多行业.

1. 蒸发操作的目的

工业蒸发操作的主要目的是:

（1）稀释溶液的浓缩直接制备了液体产物，或者将浓缩溶液进一步处理（例如冷却结晶）以获得固体产物，例如稀苛性钠溶液（电解质）的浓度和蔗糖水溶液的浓度以及各种果汁，牛奶等的浓度；

（2）制备纯溶剂，此时蒸馏出的溶剂是一种产物，例如，通过蒸发和海水淡化制备淡水.

（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如在中药生产中蒸发酒精渗滤液.

工业上蒸发的溶液大多是水溶液，因此本章的讨论仅限于水溶液的蒸发. 原则上，水溶液蒸发的基本原理和设备也适用于其他液体的蒸发.

2. 蒸发过程

根据分子运动学理论，当加热液体时，靠近加热表面的分子不断获得动能. 当某些分子的动能大于液体分子之间的重力时，这些分子将从液体表面逸出并变成自由分子，这就是分子的汽化. 因此，溶液的蒸发需要向溶液连续提供热能，以维持分子的连续蒸发. 另一方面，必须及时清除液面上方的蒸汽，否则蒸汽和溶液将逐渐趋于平衡，并且蒸发将无法继续.

液体蒸发过程

图中简化了液体蒸发的过程. 它的主要设备-蒸发器由加热室和分离室组成. 加热室是竖直布置的加热管束. 管外使用加热介质（通常是饱和水）（蒸汽）加热管中的溶液，使其沸腾并蒸发. 浓缩液（称为完井液）从蒸发器底部排出. 由溶液汽化产生的蒸汽在上部分离室中与溶液分离，并从顶部通向冷凝器. 为了区别起见，将蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，将加热的蒸汽称为生蒸汽或新鲜蒸汽.

为了蒸发高沸点溶液，可以使用导热油，熔融盐等高温加热介质作为加热介质，也可以将烟道气直接加热.

3. 蒸发过程的分类

（1）大气压蒸发，加压蒸发和减压蒸发

根据不同的蒸发工作压力，蒸发过程可分为常压蒸发，加压蒸发和减压（真空）蒸发. 对于大多数无特殊要求的解决方案，可以使用常压，加压或减压操作. 但是，为了确保产品质量，必须在减压下进行热敏感材料（如抗生素溶液和果汁）的蒸发. 真空蒸发的优点是:

①溶液的沸点降低，在一定的加热蒸汽温度条件下，蒸发器传热的平均温差增大，传热面积减小；

②由于溶液的沸点降低，可以使用低压蒸汽或余热蒸汽作为加热蒸汽；

③溶液的沸点低，可以防止热敏材料的变性或分解；

④由于温度低，系统的热损失小. 但是另一方面，由于溶液的较低沸点和较高粘度，蒸发的传热系数降低. 同时，在减压下蒸发真空时，真空需要额外的设备和功率.

（2）单效蒸发和多效蒸发

根据二次蒸汽是否用作另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程可分为单效蒸发和多效蒸发. 如果将先前作用的二次蒸汽直接冷凝并且不再使用，则称为单作用蒸发. 图5-1显示了单效蒸发的流程图. 如果将辅助蒸汽作为加热蒸汽引入到下一个蒸发器，则多个蒸发器串联连接，以进行多次使用加热蒸汽的蒸发过程，称为多效蒸发.

（3）间歇蒸发和连续蒸发

根据蒸发过程模式，可分为间歇蒸发和连续蒸发. 间歇蒸发是指间歇进料或出料的蒸发操作. 间歇操作的特征是: 在整个过程中，蒸发器中溶液的浓度和沸点会随时间变化，因此间歇蒸发是不稳定的操作. 通常，批量蒸发适合于小规模和多种场合，而连续蒸发适合于生产过程.

4. 蒸发操作特点

如前所述，蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂，溶液中所含溶质的量不变，因此蒸发是一种传热过程，其传热速率是控制因素蒸发过程. 蒸发设备属于热交换设备.

与一般的传热过程相比，蒸发过程具有自己的特点，主要表现在:

（1）溶液的沸点增加

蒸发的液体是含有非溶质的溶液. 根据拉乌尔定律，在相同温度下，溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压. 换句话说，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点. 因此，当加热蒸汽温度恒定时，蒸发溶液时的传热温度差小于蒸发溶剂时的温度差. 溶液浓度越高，该效果越显着. 计算蒸发设备时，必须考虑溶液沸点上升的影响.

（2）材料的工艺特性在蒸发过程中，溶液的某些特性会随着溶液的浓缩而改变.

在浓缩过程中，某些物质可能会结垢，沉淀晶体或产生泡沫；一些材料对热敏感，并且在高温下容易改变或分解；一些材料具有更高的腐蚀性或更高的粘度等. 因此，在选择蒸发方法和设备时，必须考虑这些材料的工艺特性.

（3）能源利用与回收

蒸发期间消耗大量的加热蒸汽，并且通过溶液蒸发产生大量的二次蒸汽. 如何充分利用二次蒸汽的潜热来提高加热蒸汽的经济性，也是蒸发器设计的重要课题.

蒸发设备

随着工业蒸发技术的不断发展，蒸发设备的结构和类型也不断得到改进和创新. 有很多类型和不同的结构. 目前，工业上实际使用的蒸发设备有六十多种，其中最常用的是十多种. 本节仅介绍常用的.

I. 普通蒸发器的结构和特点

常用的蒸发器主要由加热室和分离室组成. 加热室的类型很多. 首先，使用夹套式或蛇形管加热装置，然后使用水平短管加热室和垂直短管加热室. 然后发明了立式长管液膜蒸发器，刮板式薄膜蒸发器等. 根据溶液在蒸发器中的流动情况，工业上常用的间接加热蒸发器大致可分为循环式和单程式两种.

1. 循环蒸发器

这种类型的蒸发器的特征是溶液在蒸发器中循环. 根据液体循环的不同原理，它可以分为两种类型: 自然循环和强制循环. 前者是由于溶液在加热室中不同位置的加热程度不同而引起的溶液密度差异而引起的自然循环. 后者依赖于外部电源的施加来迫使溶液循环. 目前，有以下循环蒸发器:

（1）中央循环管蒸发器

中央循环管蒸发器的结构如图所示. 加热室由垂直的加热管束（沸腾管束）组成. 在管束的中心有一直径较大的管，称为中央循环管. 该面积通常为加热管束总横截面面积的40〜100％. 当加热介质在管之间被加热时，每单位体积加热管中液体的加热面积要大于中央循环管中液体的加热面积，因此在加热管很小，导致加热管和中央循环管中液体之间的密度差. 这种密度差导致溶液的自然循环从中央循环管下降，然后由加热管上升. 溶液的循环速率取决于溶液产生的密度差和管的长度. 密度差越大，管子越长，溶液的循环速率越大. 但是，由于这种蒸发器总高度的限制，加热管的长度较短，一般为1〜2m，直径为25〜75mm，长径比为20〜40.

中央循环管蒸发器结构紧凑，制造方便，运行可靠. 因此，它在工业中被广泛使用，并被称为所谓的“标准蒸发器”. 但实际上，由于结构限制，其循环速度较低（通常低于0.5m / s）；并且，由于溶液在加热管中连续循环，因此其浓度总是接近完成液的浓度，因此溶液的沸点高，有效温差降低. 此外，设备的清洁和维护也不方便.

悬挂式篮式蒸发器是对中央循环管蒸发器的改进. 加热室就像一个吊篮，悬挂在蒸发器壳体的下部，可以从顶部取出，便于清洁和更换. 加热介质从中央蒸汽管进入加热室，在加热室的外壁和蒸发器壳体的内壁之间有一个环形间隙通道，其作用类似于中央循环管. 在操作过程中，溶液沿环面滴落，并沿加热管上升，形成自然循环. 通常一效蒸发器，环形间隙的截面积约为加热管总面积的100〜150％，因此溶液循环速度相对较高（约1〜1.5m / s）. 因为与蒸发器壳体接触的沸腾液体处于较低的温度一效蒸发器，所以其热损失很小.

悬浮篮式蒸发器适用于蒸发易于结垢或晶体沉淀的溶液. 其缺点是结构复杂，单位传热面所需设备材料量大.

（3）外部热蒸发器

外部热蒸发器的特点是加热室和分离室是分开的，不仅便于清洗和更换，而且降低了蒸发器的总高度. 由于加热管较长（管长与管径之比为50〜100），并且由于未加热循环管中的溶液，因此溶液的循环速度大，最高可达1.5m / s.

（4）莱文蒸发器

Levin蒸发器的特点是在加热室的上部增加了一个沸腾室. 这样，由于该附加液柱的作用，加热室中的溶液只有在升至沸腾室时才能蒸发. 沸腾室上方安装有垂直隔板，其作用是防止气泡的生长. 另外，由于不加热循环管，因此溶液循环的驱动力更大. 循环管的高度一般为7〜8m，其截面积约为加热管总截面积的200〜350％. 因此，循环管中的流动阻力小，循环速度可高达2〜3m / s.

Levin蒸发器的优点是循环速度高，传热效果好. 由于溶液不会在加热管中沸腾，因此可以避免晶体在加热管中沉淀，因此适用于处理晶体沉淀或易结垢的溶液. 缺点是设备庞大且所需的车间很高. 另外，由于液层的静压力大，因此需要加热蒸汽的压力高.

（5）强制循环蒸发器

蒸发器结构的状况对其应用具有良好的性能. 通过使用该结构，可以在进行作业时获得比较满意的结果. 在了解了蒸发器的结构之后，对于将来遇到的一些特殊问题或故障，我们可以根据其结构确定发生问题的位置. 解决起来也更容易.

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