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簡介

蒸發(fā)器種類繁多，構造也各不相同。根據循環(huán)原理可分為自然循環(huán)蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器、單程蒸發(fā)器，也有根據操作原理來分類的。廣泛應用于化學和食品等工業(yè)。根據對蒸發(fā)器產品出料濃度的直接測量，通過控制蒸發(fā)器產品出料流量大小使產品濃度穩(wěn)定在某一允許范圍內的控制方法。直接測量產品濃度的方法有折光儀測定法、比重法和實驗分析測定法等。根據蒸發(fā)器中壓力變化對溶液沸點的影響和對水沸點的影響基本一致，即壓力在一定范圍內變化時，一定濃度的溶液沸點和水的沸點（飽和水蒸氣溫度）之差即溫差基本不變的原則，采用溫差反映物料濃度進行控制的方法。常用于蒸發(fā)器內壓力不穩(wěn)定或變化幅度較大的場合。這種方法中液相測溫點和汽相測溫點的選擇對于控制效果影響很大，是實際應用的關鍵。根據蒸發(fā)器內物料濃度與溫度、壓力的函數關系，用溫度代替物料濃度作為被控量，以加熱蒸汽流量作為控制量進行控制的方法。常用于蒸發(fā)器內壓力較穩(wěn)定，特別是工藝上對濃度和溫度都有嚴格要求的場合。蒸發(fā)器操作需維持被蒸發(fā)介質有恒定的液位。目的是為了固定蒸發(fā)器的傳熱面積，提高熱效率。另外，蒸發(fā)器操作往往需維持恒定的最佳壓力，降低蒸汽消耗和減少物料損失，提高產量和質量。蒸發(fā)器液位的主要控制手段有蒸發(fā)器進料和出料。液位測量需注意以下問題：溶液沸騰產生的泡沫易造成假液位；蒸發(fā)器為密閉容器且要保持一定壓力；蒸發(fā)過程為濃縮過程，濃度增加會造成測量口堵塞。

分類

根據被冷卻介質的種類不同，蒸發(fā)器可分為兩大類：

1、冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器。用于冷卻液體載冷劑——水、鹽水或乙二醇水溶液等。這類蒸發(fā)器常用的有臥式蒸發(fā)器、立管式蒸發(fā)器和螺旋管式蒸發(fā)器等。

2、冷卻空氣的蒸發(fā)器。這類蒸發(fā)器有冷卻排管和冷風機。

結構與特點

一、臥式蒸發(fā)器 

1、其與臥式殼管式冷凝器的結構基本相似。按供液方式可分為殼管式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。臥式殼管式蒸發(fā)器廣泛使用于閉式鹽水循環(huán)系統。

特點是：結構緊湊，液體與傳熱表面接觸好，傳熱系數高。但是它需要充入大量制冷劑，液柱對蒸發(fā)溫度將會有一定的影響。且當鹽水濃度降低或鹽水泵因故停機時，鹽水在管內有被凍結的可能。若制冷劑為氟利昂，則氟利昂內溶解的潤滑油很難返回壓縮機。此外清洗時需停止工作。

2、干式氟利昂蒸發(fā)器主要區(qū)別在于：制冷劑在管內流動，而載冷劑在管外流動。節(jié)流后的氟利昂液體從一側端蓋的下部進入蒸發(fā)器，經過幾個流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內隨著流動而不斷蒸發(fā)，所以壁面有一部分為蒸氣所占有，因此，它的傳熱效果不如滿液式。但是它無液柱對蒸發(fā)溫度的影響，且由于氟利昂流速較高（≥4m/s），則回油較好。此外，由于管外充入的是大量的載冷劑，從而減緩了凍結的危險。這種蒸發(fā)器內制冷劑的充注量只需滿液式的1/2～l/3或更少，故稱之為“干式蒸發(fā)器”。

二、立管式蒸發(fā)器

立管式和螺旋管式蒸發(fā)器的共同點是制冷劑在管內蒸發(fā)，整個蒸發(fā)器管組沉浸在盛滿載冷劑的箱體內（或池、槽內），為了保證載冷劑在箱內以一定速度循環(huán)，箱內焊有縱向隔板和裝有螺旋攪拌器。載冷劑流速一般為0.3～0.7m/s，以增強傳熱。

立管式和螺旋管式蒸發(fā)器只能用于開式循環(huán)系統，故載冷劑必須是非揮發(fā)性物質，常用的是鹽水和水等。如用鹽水，蒸發(fā)器管子易被氧化，且鹽水易吸潮而使?jié)舛冉档?。這兩種蒸發(fā)器可以直接觀察載冷劑的流動情況，廣泛用于以氨為制冷劑的鹽水制冷系統。

三、冷卻排管

1、冷卻排管

冷卻排管是用來冷卻空氣的一種蒸發(fā)器。廣泛應用于低溫冷藏庫中，制冷劑在冷卻排管內流動并蒸發(fā)，管外作為傳熱介質的被冷卻空氣作自然對流。

冷卻排管最大的優(yōu)點是結構簡單，便于制作，對庫房內貯存的非包裝食品造成的干耗較少。但排管的傳熱系數較低，且融霜時操作困難，不利于實現自動化。對于氨直接冷卻系統用無縫鋼管焊制，采用光管或繞制翅片管；對于氟利昂系統，大都采用繞片或套片式銅管翅片管組。

2、蛇管式排管 蛇管式頂管重力供液或氨泵供液均可；單排和雙排蛇管式墻排管可用于下進上出式的氨泵供液系統及重力供液系統，對單根蛇管式排管還可用于氨泵上進下出供液系統和熱力膨脹閥供液系統。

蛇管式排管的優(yōu)點是結構簡單，易于制作，存液量較小，適用性強。其主要缺點為排管下段產生的蒸氣不能及時引出，必須經過排管的全長后才能排出，故傳熱系數小，汽液二相流動阻力大。

3、U形排管

常用的U形排管由兩層或四層光滑無縫鋼管構成。U形頂排管優(yōu)點是結霜比較均勻，制作和安裝較方便，充液量小，約占其容積的50％，適用重力供液系統和氨泵下進上出氨制冷系統，在冷庫中獲得較廣泛的應用。但其占據庫房的有效空間較多，且上層排管不易除霜。

四、冷風機

冷風機多是由軸流式風機與冷卻排管等組成的一臺成套設備。它依靠風機強制庫房內的空氣流經箱體內的冷卻排管進行熱交換，使空氣冷卻，從而達到降低庫溫的目的。

冷風機按冷卻空氣所采用的方式可分為干式、濕式和干濕混合式三種。其中，制冷劑或載冷劑在排管內流動，通過管壁冷卻管外空氣的稱為干式冷風機；以噴淋的載冷劑液體直接和空氣進行熱交換的，稱為濕式冷風機；混合式冷風機除冷卻排管外，還有載冷劑的噴淋裝置。

冷庫常用的干式冷風機按其安裝的位置又可分為吊頂式和落地式兩種類型。它們都由空氣冷卻排管，通風機及除霜裝置組成，且冷風機內的冷卻排管都是套片式的。大型干式冷風機常為落地式。

蒸發(fā)器

循環(huán)型蒸發(fā)器的特點是溶液在蒸發(fā)器內作循環(huán)流動。根據造成液體循環(huán)的原理的不同，又可將其分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種類型。前者是藉助在加熱室不同位置上溶液的受熱程度不同，使溶液產生密度差而引起的自然循環(huán)；后者是依靠外加動力使溶液進行強制循環(huán)。目前常用的循環(huán)型蒸發(fā)器有以下幾種： 1、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器

中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的結構其加熱室由一垂直的加熱管束（沸騰管束）構成，在管束中央有一根直徑較大的管子，稱為中央循環(huán)管，其截面積一般為加熱管束總截面積的40~100%。當加熱介質通入管間加熱時，由于加熱管內單位體積液體的受熱面積大于中央循環(huán)管內液體的受熱面積，因此加熱管內液體的相對密度小，從而造成加熱管與中央循環(huán)管內液體之間的密度差，這種密度差使得溶液自中央循環(huán)管下降，再由加熱管上升的自然循環(huán)流動。溶液的循環(huán)速度取決于溶液產生的密度差以及管的長度，其密度差越大，管子越長，溶液的循環(huán)速度越大。但這類蒸發(fā)器由于受總高度限制，加熱管長度較短，一般為1~2m，直徑為25~75mm，長徑比為20~40。

中央循環(huán)管蒸發(fā)器具有結構緊湊、制造方便、操作可靠等優(yōu)點，故在工業(yè)上的應用十分廣泛，有所謂“標準蒸發(fā)器”之稱。但實際上，由于結構上的限制，其循環(huán)速度較低（一般在0.5m/s以下）；而且由于溶液在加熱管內不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液的沸點高、有效溫度差減小。此外，設備的清洗和檢修也不夠方便。

2、懸筐式蒸發(fā)器

懸筐式蒸發(fā)器的結構是中央循環(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。

懸筐式蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)易結垢或有晶體析出的溶液。它的缺點是結構復雜，單位傳熱面需要的設備材料量較大。

3、外熱式蒸發(fā)器

外熱式蒸發(fā)器的結構特點是加熱室與分離室分開，這樣不僅便于清洗與更換，而且可以降低蒸發(fā)器的總高度。因其加熱管較長（管長與管徑之比為50~100），同時由于循環(huán)管內的溶液不被加熱，故溶液的循環(huán)速度大，可達1.5m/s。

4、列文蒸發(fā)器

列文蒸發(fā)器的結構特點是在加熱室的上部增設一沸騰室。這樣，加熱室內的溶液由于受到這一段附加液柱的作用，只有上升到沸騰室時才能汽化。在沸騰室上方裝有縱向隔板，其作用是防止氣泡長大。此外，因循環(huán)管不被加熱，使溶液循環(huán)的推動力較大。循環(huán)管的高度一般為7~8m，其截面積約為加熱管總截面積的200~350%。因而循環(huán)管內的流動阻力較小，循環(huán)速度可高達2~3m/s。

列文蒸發(fā)器的優(yōu)點是循環(huán)速度大，傳熱效果好，由于溶液在加熱管中不沸騰，可以避免在加熱管中析出晶體，故適用于處理有晶體析出或易結垢的溶液。其缺點是設備龐大，需要的廠房高。此外，由于液層靜壓力大，故要求加熱蒸汽的壓力較高。

5、強制循環(huán)蒸發(fā)器

上述各種蒸發(fā)器均為自然循環(huán)型蒸發(fā)器，即靠加熱管與循環(huán)管內溶液的密度差引起溶液的循環(huán)，這種循環(huán)速度一般都比較低，不宜處理粘度大、易結垢及有大量析出結晶的溶液。對于這類溶液的蒸發(fā)，可采用強制循環(huán)型蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)器是利用外加動力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動。循環(huán)速度的大小可通過調節(jié)泵的流量來控制。一般循環(huán)速度在2.5m/s以上。這種蒸發(fā)器的優(yōu)點是傳熱系數大，對于粘度較大或易結晶、結垢的物料，適應性較好，但其動力消耗較大。

單程型

單程型蒸發(fā)器的特點是，溶液沿加熱管壁成膜狀流動，一次通過加熱室即達到要求的濃度，而停留時間僅數秒或十幾秒鐘。 單程型蒸發(fā)器的主要優(yōu)點是傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內停留時間短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。

按物料在蒸發(fā)器內的流動方向及成膜原因的不同，可以分為以下幾種類型：升膜蒸發(fā)器；降膜蒸發(fā)器；升-降膜蒸發(fā)器；刮板薄膜蒸發(fā)器。

1、升膜蒸發(fā)器

升膜式蒸發(fā)器的加熱室由一根或數根垂直長管組成，通常加熱管直徑為25~50mm，管長與管徑之比為100~150。原料液經預熱后由蒸發(fā)器的底部進入，加熱蒸汽在管外冷凝。當溶液受熱沸騰后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管內高速上升，帶動液體沿管內壁成膜狀向上流動，上升的液膜因受熱而繼續(xù)蒸發(fā)。故溶液自蒸發(fā)器底部上升至頂部的過程中逐漸被蒸濃，濃溶液進入分離室與二次蒸汽分離后由分離器底部排出。常壓下加熱管出口處的二次蒸汽速度不應小于10m/s，一般為20~50m/s，減壓操作時，有時可達100~160m/s或更高。

升膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量較大（即稀溶液）、熱敏性及易起泡沫的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出或易結垢的溶液。

2、降膜蒸發(fā)器

降膜式蒸發(fā)器與升膜蒸發(fā)器的區(qū)別在于原料液由加熱管的頂部加入。溶液在自身重力作用下沿管內壁呈膜狀下流，并被蒸發(fā)濃縮，汽液混合物由加熱管底部進入分離室，經氣液分離后，完成液由分離器的底部排出。

為使溶液能在壁上均勻成膜，在每根加熱管的頂部均需設置液體布膜器。布膜器的型式有多種，較常用的三種，采用一螺旋型溝槽的圓柱體作為導流管，液體沿溝槽旋轉下流分布在整個管內壁上；導流管下部為圓錐體，錐體底面向下內凹，以免沿錐體斜面流下的液體再向中央聚集；液體是通過齒縫沿加熱管內壁成膜狀下降。

降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液，對于粘度較大的物料也能適用。但對于易結晶或易結垢的溶液不適用。此外，由于液膜在管內分布不易均勻，與升膜蒸發(fā)器相比，其傳熱系數較小。

3、升—降膜蒸發(fā)器

升—降膜蒸發(fā)器是將升膜和降膜蒸發(fā)器裝在一個外殼中，即構成升—降膜蒸發(fā)器。原料液經預熱后先由升膜加熱室上升，然后由降膜加熱器下降，再在分離室中和二次蒸汽分離后即得完成液。這種蒸發(fā)器多用于蒸發(fā)過程中溶液的粘度變化很大，水分蒸發(fā)量不大和廠房高度有一定限制的場合。

4、刮板薄膜蒸發(fā)器

刮板薄膜蒸發(fā)器是利用旋轉刮片的刮帶作用，使液體分布在加熱管壁上。它的突出優(yōu)點是對物料的適應性很強，例如對于高粘度、熱敏性和易結晶、結垢的物料都能適用。刮板薄膜蒸發(fā)器的殼體外部裝有加熱蒸汽夾套，其內部裝有可旋轉的攪拌刮片，旋轉刮片有固定的和活動的兩種。前者與殼體內壁的縫隙為0.75~1.5mm，后者與器壁的間隙隨攪拌軸的轉數而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入后，在重力和旋轉刮片帶動下，溶液在殼體內壁上形成下旋的薄膜，并在下降過程中不斷被蒸發(fā)濃縮，在底部得到完成液。在某些情況下，可將溶液蒸干而由底部直接獲得固體產物。這類蒸發(fā)器的缺點是結構復雜，動力消耗大，傳熱面積小，一般為3~4m2，最大不超過20m2，故其處理量較小。

接觸傳熱

直接接觸傳熱的蒸發(fā)器是將燃料（通常是煤氣或重油）與空氣混合后燃燒產生的高溫煙氣直接噴入被蒸發(fā)的溶液中，高溫煙氣與溶液直接接觸，使得溶液迅速沸騰汽化。蒸發(fā)出的水分與煙氣一起由蒸發(fā)器的頂部直接排出。 通常這種蒸發(fā)器的燃燒室在溶液中的深度為200~600mm，燃燒室內高溫煙氣的溫度可達1000℃以上，但由于氣液直接接觸時傳熱速率快，氣體離開液面時只比溶液溫度高出2~4℃。燃燒室的噴嘴因在高溫下使用，較易損壞，故應選用耐高溫和耐腐蝕的材料制作，結構上應考慮便于更換。

浸沒燃燒蒸發(fā)器的特點是結構簡單，傳熱效率高。該蒸發(fā)器特別適用于處理易結晶、結垢或有腐蝕性的物料的蒸發(fā)。目前在廢酸處理和硫酸銨鹽溶液的蒸發(fā)中，已廣泛采用此種蒸發(fā)器。但它不適用于不可被煙氣污染物料的處理，而且它的二次蒸汽也很難利用。

改進發(fā)展

國內外對于蒸發(fā)器的研究十分活躍，歸結起來主要有以下幾個方面： 

1．開發(fā)新型蒸發(fā)器

在這方面主要是通過改進加熱管的表面形狀來提高傳熱效果，例如新近發(fā)展起來的板式蒸發(fā)器，不但具有體積小、傳熱效率高、溶液滯留時間短等優(yōu)點，而且其加熱面積可根據需要而增減，拆卸和清洗方便。又如，在石油化工、天然氣液化中使用的表面多孔加熱管，可使沸騰溶液側的傳熱系數提高10~20倍。海水淡化中使用的雙面縱槽加熱管，也可顯著提高傳熱效果。

2．改善液體的流動狀況

在蒸發(fā)器內裝入多種形式的湍流構件，可提高沸騰液體側的傳熱系數。例如將銅質填料裝入自然循環(huán)型蒸發(fā)器后，可使沸騰液體側的傳熱系數提高50%。這是由于構件或填料能造成液體的湍動，同時其本身亦為熱導體，可將熱量由加熱管傳向溶液內部，增加了蒸發(fā)器的傳熱面積。

3．改進溶液的性質

近年來亦有通過改進溶液性質來改善傳熱效果的研究報道。例如有研究表明，加入適當的表面活性劑，可使總傳熱系數提高1倍以上。加入適當阻垢劑減少蒸發(fā)過程中的結垢亦為提高傳熱效率的途徑之一。