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簡(jiǎn)介

蒸發(fā)器種類繁多，構(gòu)造也各不相同。根據(jù)循環(huán)原理可分為自然循環(huán)蒸發(fā)器、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器、單程蒸發(fā)器，也有根據(jù)操作原理來分類的。廣泛應(yīng)用于化學(xué)和食品等工業(yè)。根據(jù)對(duì)蒸發(fā)器產(chǎn)品出料濃度的直接測(cè)量，通過控制蒸發(fā)器產(chǎn)品出料流量大小使產(chǎn)品濃度穩(wěn)定在某一允許范圍內(nèi)的控制方法。直接測(cè)量產(chǎn)品濃度的方法有折光儀測(cè)定法、比重法和實(shí)驗(yàn)分析測(cè)定法等。根據(jù)蒸發(fā)器中壓力變化對(duì)溶液沸點(diǎn)的影響和對(duì)水沸點(diǎn)的影響基本一致，即壓力在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，一定濃度的溶液沸點(diǎn)和水的沸點(diǎn)（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(jìn)行控制的方法。常用于蒸發(fā)器內(nèi)壓力不穩(wěn)定或變化幅度較大的場(chǎng)合。這種方法中液相測(cè)溫點(diǎn)和汽相測(cè)溫點(diǎn)的選擇對(duì)于控制效果影響很大，是實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。根據(jù)蒸發(fā)器內(nèi)物料濃度與溫度、壓力的函數(shù)關(guān)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(jìn)行控制的方法。常用于蒸發(fā)器內(nèi)壓力較穩(wěn)定，特別是工藝上對(duì)濃度和溫度都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。蒸發(fā)器操作需維持被蒸發(fā)介質(zhì)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(chǎn)量和質(zhì)量。蒸發(fā)器液位的主要控制手段有蒸發(fā)器進(jìn)料和出料。液位測(cè)量需注意以下問題：溶液沸騰產(chǎn)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(huì)造成測(cè)量口堵塞。

分類

根據(jù)被冷卻介質(zhì)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(fēng)機(jī)。

結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

一、臥式蒸發(fā)器 

1、其與臥式殼管式冷凝器的結(jié)構(gòu)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(tǒng)。

特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，液體與傳熱表面接觸好，傳熱系數(shù)高。但是它需要充入大量制冷劑，液柱對(duì)蒸發(fā)溫度將會(huì)有一定的影響。且當(dāng)鹽水濃度降低或鹽水泵因故停機(jī)時(shí)，鹽水在管內(nèi)有被凍結(jié)的可能。若制冷劑為氟利昂，則氟利昂內(nèi)溶解的潤(rùn)滑油很難返回壓縮機(jī)。此外清洗時(shí)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(nèi)流動(dòng)，而載冷劑在管外流動(dòng)。節(jié)流后的氟利昂液體從一側(cè)端蓋的下部進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)過幾個(gè)流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內(nèi)隨著流動(dòng)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(duì)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(jié)的危險(xiǎn)。這種蒸發(fā)器內(nèi)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(diǎn)是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，整個(gè)蒸發(fā)器管組沉浸在盛滿載冷劑的箱體內(nèi)（或池、槽內(nèi)），為了保證載冷劑在箱內(nèi)以一定速度循環(huán)，箱內(nèi)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(qiáng)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(tǒng)，故載冷劑必須是非揮發(fā)性物質(zhì)，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(dòng)情況，廣泛用于以氨為制冷劑的鹽水制冷系統(tǒng)。

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(yīng)用于低溫冷藏庫(kù)中，制冷劑在冷卻排管內(nèi)流動(dòng)并蒸發(fā)，管外作為傳熱介質(zhì)的被冷卻空氣作自然對(duì)流。

冷卻排管最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，對(duì)庫(kù)房?jī)?nèi)貯存的非包裝食品造成的干耗較少。但排管的傳熱系數(shù)較低，且融霜時(shí)操作困難，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。對(duì)于氨直接冷卻系統(tǒng)用無縫鋼管焊制，采用光管或繞制翅片管；對(duì)于氟利昂系統(tǒng)，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(jìn)上出式的氨泵供液系統(tǒng)及重力供液系統(tǒng)，對(duì)單根蛇管式排管還可用于氨泵上進(jìn)下出供液系統(tǒng)和熱力膨脹閥供液系統(tǒng)。

蛇管式排管的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作，存液量較小，適用性強(qiáng)。其主要缺點(diǎn)為排管下段產(chǎn)生的蒸氣不能及時(shí)引出，必須經(jīng)過排管的全長(zhǎng)后才能排出，故傳熱系數(shù)小，汽液二相流動(dòng)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(gòu)成。U形頂排管優(yōu)點(diǎn)是結(jié)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(tǒng)和氨泵下進(jìn)上出氨制冷系統(tǒng)，在冷庫(kù)中獲得較廣泛的應(yīng)用。但其占據(jù)庫(kù)房的有效空間較多，且上層排管不易除霜。

四、冷風(fēng)機(jī)

冷風(fēng)機(jī)多是由軸流式風(fēng)機(jī)與冷卻排管等組成的一臺(tái)成套設(shè)備。它依靠風(fēng)機(jī)強(qiáng)制庫(kù)房?jī)?nèi)的空氣流經(jīng)箱體內(nèi)的冷卻排管進(jìn)行熱交換，使空氣冷卻，從而達(dá)到降低庫(kù)溫的目的。

冷風(fēng)機(jī)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(nèi)流動(dòng)，通過管壁冷卻管外空氣的稱為干式冷風(fēng)機(jī)；以噴淋的載冷劑液體直接和空氣進(jìn)行熱交換的，稱為濕式冷風(fēng)機(jī)；混合式冷風(fēng)機(jī)除冷卻排管外，還有載冷劑的噴淋裝置。

冷庫(kù)常用的干式冷風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)及除霜裝置組成，且冷風(fēng)機(jī)內(nèi)的冷卻排管都是套片式的。大型干式冷風(fēng)機(jī)常為落地式。

蒸發(fā)器

循環(huán)型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)。根據(jù)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(qiáng)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(chǎn)生密度差而引起的自然循環(huán)；后者是依靠外加動(dòng)力使溶液進(jìn)行強(qiáng)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(jié)構(gòu)其加熱室由一垂直的加熱管束（沸騰管束）構(gòu)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(dāng)加熱介質(zhì)通入管間加熱時(shí)，由于加熱管內(nèi)單位體積液體的受熱面積大于中央循環(huán)管內(nèi)液體的受熱面積，因此加熱管內(nèi)液體的相對(duì)密度小，從而造成加熱管與中央循環(huán)管內(nèi)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(dòng)。溶液的循環(huán)速度取決于溶液產(chǎn)生的密度差以及管的長(zhǎng)度，其密度差越大，管子越長(zhǎng)，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(zhǎng)度較短，一般為1~2m，直徑為25~75mm，長(zhǎng)徑比為20~40。

中央循環(huán)管蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛，有所謂“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。但實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)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(nèi)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(diǎn)高、有效溫度差減小。此外，設(shè)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(jié)構(gòu)是中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進(jìn)。其加熱室像個(gè)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(shí)，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(jié)垢或有晶體析出的溶液。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面需要的設(shè)備材料量較大。

3、外熱式蒸發(fā)器

外熱式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(zhǎng)（管長(zhǎng)與管徑之比為50~100），同時(shí)由于循環(huán)管內(nèi)的溶液不被加熱，故溶液的循環(huán)速度大，可達(dá)1.5m/s。

4、列文蒸發(fā)器

列文蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在加熱室的上部增設(shè)一沸騰室。這樣，加熱室內(nèi)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(shí)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(zhǎng)大。此外，因循環(huán)管不被加熱，使溶液循環(huán)的推動(dòng)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(nèi)的流動(dòng)阻力較小，循環(huán)速度可高達(dá)2~3m/s。

列文蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)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(jié)垢的溶液。其缺點(diǎn)是設(shè)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(qiáng)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(nèi)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(jié)垢及有大量析出結(jié)晶的溶液。對(duì)于這類溶液的蒸發(fā)，可采用強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)器是利用外加動(dòng)力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動(dòng)。循環(huán)速度的大小可通過調(diào)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(diǎn)是傳熱系數(shù)大，對(duì)于粘度較大或易結(jié)晶、結(jié)垢的物料，適應(yīng)性較好，但其動(dòng)力消耗較大。

單程型

單程型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是，溶液沿加熱管壁成膜狀流動(dòng)，一次通過加熱室即達(dá)到要求的濃度，而停留時(shí)間僅數(shù)秒或十幾秒鐘。 單程型蒸發(fā)器的主要優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)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(nèi)的流動(dòng)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(shù)根垂直長(zhǎng)管組成，通常加熱管直徑為25~50mm，管長(zhǎng)與管徑之比為100~150。原料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器的底部進(jìn)入，加熱蒸汽在管外冷凝。當(dāng)溶液受熱沸騰后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管內(nèi)高速上升，帶動(dòng)液體沿管內(nèi)壁成膜狀向上流動(dòng)，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(jìn)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(yīng)小于10m/s，一般為20~50m/s，減壓操作時(shí)，有時(shí)可達(dá)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(jié)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(nèi)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(jìn)入分離室，經(jīng)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(shè)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(dǎo)流管，液體沿溝槽旋轉(zhuǎn)下流分布在整個(gè)管內(nèi)壁上；導(dǎo)流管下部為圓錐體，錐體底面向下內(nèi)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(nèi)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(duì)于粘度較大的物料也能適用。但對(duì)于易結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液不適用。此外，由于液膜在管內(nèi)分布不易均勻，與升膜蒸發(fā)器相比，其傳熱系數(shù)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(gè)外殼中，即構(gòu)成升—降膜蒸發(fā)器。原料液經(jīng)預(yù)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(chǎng)合。

4、刮板薄膜蒸發(fā)器

刮板薄膜蒸發(fā)器是利用旋轉(zhuǎn)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(diǎn)是對(duì)物料的適應(yīng)性很強(qiáng)，例如對(duì)于高粘度、熱敏性和易結(jié)晶、結(jié)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(nèi)部裝有可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮片，旋轉(zhuǎn)刮片有固定的和活動(dòng)的兩種。前者與殼體內(nèi)壁的縫隙為0.75~1.5mm，后者與器壁的間隙隨攪拌軸的轉(zhuǎn)數(shù)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(zhuǎn)刮片帶動(dòng)下，溶液在殼體內(nèi)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(chǎn)物。這類蒸發(fā)器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)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(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯訃娙氡徽舭l(fā)的溶液中，高溫?zé)煔馀c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(nèi)高溫?zé)煔獾臏囟瓤蛇_(dá)1000℃以上，但由于氣液直接接觸時(shí)傳熱速率快，氣體離開液面時(shí)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(yīng)選用耐高溫和耐腐蝕的材料制作，結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮便于更換。

浸沒燃燒蒸發(fā)器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高。該蒸發(fā)器特別適用于處理易結(jié)晶、結(jié)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(jìn)發(fā)展

國(guó)內(nèi)外對(duì)于蒸發(fā)器的研究十分活躍，歸結(jié)起來主要有以下幾個(gè)方面： 

1．開發(fā)新型蒸發(fā)器

在這方面主要是通過改進(jìn)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(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，而且其加熱面積可根據(jù)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(cè)的傳熱系數(shù)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(dòng)狀況

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

3．改進(jìn)溶液的性質(zhì)

近年來亦有通過改進(jìn)溶液性質(zhì)來改善傳熱效果的研究報(bào)道。例如有研究表明，加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?，可使總傳熱系?shù)提高1倍以上。加入適當(dāng)阻垢劑減少蒸發(fā)過程中的結(jié)垢亦為提高傳熱效率的途徑之一。