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蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu)

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        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(yīng)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(dāng)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(yuǎn)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(yuǎn)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?;旌弦旱难h(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(yán)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(jìn)。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(jìn)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(dá)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?。谎h(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(dǎo)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(jìn)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(dá)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(dá)3~10m。溶液由加熱管底部進(jìn)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(dá)預(yù)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(jìn)入,流向頂部,然后從降膜管束流下,進(jìn)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(jìn)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(yīng)高粘度,易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā)

        缺點:結(jié)構(gòu)復(fù)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(dá)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(dāng)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(jìn)湍流并強化高粘情況下的熱傳遞。

        適用于達(dá)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(wù)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(jì)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(jìn)溶液的工藝性質(zhì);

       4、優(yōu)化設(shè)計和操作。

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