蒸發(fā)設備

一、臥式蒸發(fā)器?

1、其與臥式殼管式冷凝器的結(jié)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(tǒng)。

特點是：結(jié)構緊湊，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(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(nèi)流動，而載冷劑在管外流動。節(jié)流后的氟利昂液體從一側(cè)端蓋的下部進入蒸發(fā)器，經(jīng)過幾個流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內(nèi)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(jié)的危險。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)器的共同點是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，整個蒸發(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。廣泛應用于低溫冷藏庫中，制冷劑在冷卻排管內(nèi)流動并蒸發(fā)，管外作為傳熱介質(zhì)的被冷卻空氣作自然對流。

冷卻排管最大的優(yōu)點是結(jié)構簡單，便于制作，對庫房內(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，且融霜時操作困難，不利于實現(xiàn)自動化。對于氨直接冷卻系統(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上出式的氨泵供液系統(tǒng)及重力供液系統(tǒng)，對單根蛇管式排管還可用于氨泵上進下出供液系統(tǒng)和熱力膨脹閥供液系統(tǒng)。

蛇管式排管的優(yōu)點是結(jié)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(chǎn)生的蒸氣不能及時引出，必須經(jīng)過排管的全長后才能排出，故傳熱系數(shù)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(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)和氨泵下進上出氨制冷系統(tǒng)，在冷庫中獲得較廣泛的應用。但其占據(jù)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(nèi)的空氣流經(jīng)箱體內(nèi)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(nèi)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(nèi)的冷卻排管都是套片式的。大型干式冷風機常為落地式。

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(shù)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(nèi)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(nèi)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(shù)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(jīng)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(nèi)高速上升，帶動液體沿管內(nèi)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(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(zhuǎn)下流分布在整個管內(nèi)壁上；導流管下部為圓錐體，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，對于粘度較大的物料也能適用。但對于易結(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)器裝在一個外殼中，即構成升—降膜蒸發(fā)器。原料液經(jīng)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(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)點是對物料的適應性很強，例如對于高粘度、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)器的缺點是結(jié)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。

蒸發(fā)器種類繁多，構造也各不相同。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。廣泛應用于化學和食品等工業(yè)。根據(jù)對蒸發(fā)器產(chǎn)品出料濃度的直接測量，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。直接測量產(chǎn)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(jù)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(nèi)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(nèi)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(jù)蒸發(fā)器內(nèi)物料濃度與溫度、壓力的函數(shù)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(nèi)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(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)器進料和出料。液位測量需注意以下問題：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，濃度增加會造成測量口堵塞。

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機。

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(nèi)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(jié)構上應考慮便于更換。

浸沒燃燒蒸發(fā)器的特點是結(jié)構簡單，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。

國內(nèi)外對于蒸發(fā)器的研究十分活躍，歸結(jié)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(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．改善液體的流動狀況

在蒸發(fā)器內(nèi)裝入多種形式的湍流構件，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(nèi)部，增加了蒸發(fā)器的傳熱面積。

3．改進溶液的性質(zhì)

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