蒸發器分類設計選型資料你想要的全在這裡

最新 07-16

【本期內容，由上海神農冠名播出】

今天就和小七一起學一下蒸發器種類、設計方法和選型標準那些事，只要是你想了解的這裡都有哦！如果你也是蒸發行業的七友，希望給小七提出你寶貴的意見。

蒸發器的種類

隨著工業蒸發技術的不斷發展，蒸發設備的結構與型式亦不斷改進與創新，其種類繁多，結構各異。目前工業上實用的蒸發設備約有六十餘種，其中最常用的也有十餘種型式，本節僅介紹常用的幾種。

常用蒸發器主要由加熱室和分離室兩部分組成。加熱室的型式有多種，最初採用夾套式或蛇管式加熱裝置，其後則有橫卧式短管加熱室及豎式短管加熱室。

繼而又發明了豎式長管液膜蒸發器，以及刮板式薄膜蒸發器等等。根據溶液在蒸發器中流動的情況，大致可將工業上常用的間接加熱蒸發器分為循環型與單程型兩類。

1.循環型蒸發器

這類蒸發器的特點是溶液在蒸發器內作循環流動。根據造成液體循環的原理的不同，又可將其分為自然循環和強制循環兩種類型。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；後者是依靠外加動力使溶液進行強制循環。目前常用的循環型蒸發器有以下幾種：

（1）中央循環管式蒸發器

GIF/1679K

中央循環管式蒸發器的結構如圖片所示，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，稱為中央循環管，其截面積一般為加熱管束總截面積的40~100%。

中央循環管蒸發器具有結構緊湊、製造方便、操作可靠等優點，故在工業上的應用十分廣泛，有所謂「標準蒸發器」之稱。但實際上，由於結構上的限制，其循環速度較低（一般在0.5m/s以下）；而且由於溶液在加熱管內不斷循環，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）懸筐式蒸發器

由於與蒸發器外殼接觸的是溫度較低的沸騰液體，故其熱損失較小。懸筐式蒸發器適用於蒸發易結垢或有晶體析出的溶液。它的缺點是結構複雜，單位傳熱面需要的設備材料量較大。

（3）外熱式蒸發器

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

（4）列文蒸發器

列文蒸發器的優點是循環速度大，傳熱效果好，由於溶液在加熱管中不沸騰，可以避免在加熱管中析出晶體，故適用於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，由於液層靜壓力大，故要求加熱蒸汽的壓力較高。

（5）強制循環蒸發器

這種蒸發器的優點是傳熱係數大，對於粘度較大或易結晶、結垢的物料，適應性較好，但其動力消耗較大。

2.單程型蒸發器

這類蒸發器的特點是，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。

單程型蒸發器的主要優點是傳熱效率高，蒸發速度快，溶液在蒸發器內停留時間短，因而特別適用於熱敏性物料的蒸發。

按物料在蒸發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：

升膜蒸發器；

降膜蒸發器；

升—降膜蒸發器；

刮板薄膜蒸發器。

（1）升膜蒸發器

升膜式蒸發器其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。

升膜蒸發器適用於蒸發量較大（即稀溶液）、熱敏性及易起泡沫的溶液，但不適於高粘度、有晶體析出或易結垢的溶液。

（2）降膜蒸發器

降膜蒸發器可以蒸發濃度較高的溶液，對於粘度較大的物料也能適用。但對於易結晶或易結垢的溶液不適用。此外，由於液膜在管內分布不易均勻，與升膜蒸發器相比，其傳熱係數較小。

（3）升—降膜蒸發器

將升膜和降膜蒸發器裝在一個外殼中，即構成升—降膜蒸發器，原料液經預熱後先由升膜加熱室上升，然後由降膜加熱器下降，再在分離室中和二次蒸汽分離後即得完成液。

這種蒸發器多用於蒸發過程中溶液的粘度變化很大，水分蒸發量不大和廠房高度有一定限制的場合。

（4）刮板薄膜蒸發器

在某些情況下，可將溶液蒸干而由底部直接獲得固體產物。

這類蒸發器的缺點是結構複雜，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。

3.直接接觸傳熱的蒸發器

在實際生產中，除上述循環型和單程型兩大類間壁式傳熱的蒸發器外，有時還應用直接接觸傳熱的蒸發器。

它是將燃料（通常是煤氣或重油）與空氣混合後燃燒產生的高溫煙氣直接噴入被蒸發的溶液中，高溫煙氣與溶液直接接觸，使得溶液迅速沸騰汽化。蒸發出的水分與煙氣一起由蒸發器的頂部直接排出。

通常這種蒸發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，但由於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製作，結構上應考慮便於更換。

浸沒燃燒蒸發器的特點是結構簡單，傳熱效率高。該蒸發器特別適用於處理易結晶、結垢或有腐蝕性的物料的蒸發。目前在廢酸處理和硫酸銨鹽溶液的蒸發中，已廣泛採用此種蒸發器。但它不適用於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。

由於篇幅限制本文中對於各種蒸發器的原理工作沒有做詳細介紹，想了解此內容可以到化工707app中搜索蒸髮結晶查看更多詳細內容。

這麼多蒸發器那麼蒸發過程到底該怎麼設計計算呢？一起來學習吧！

蒸發器的設計步驟

1.多效蒸發的計算一般採用迭代計演算法

（1）根據工藝要求及溶液的性質，確定蒸發的操作條件（如加熱蒸汽壓強及冷凝器壓強）、蒸發器的形式（升膜蒸發器、降膜蒸發器、強制循環蒸發器、刮膜蒸發器）、流程和效數。

（2）根據生產經驗數據，初步估計各效蒸發量和各效完成液的組成。

（3）根據經驗，假設蒸汽通過各效的壓強降相等，估算各效溶液沸點和有效總溫差。

（4）根據蒸發器的焓衡算，求各效的蒸發量和傳熱量。

（5）根據傳熱速率方程計算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重複步驟（3）至（5），直到所求得的各效傳熱面積相等（或滿足預先給出的精度要求）為止。

2.蒸發器的計算方法

下面以三效併流加料的蒸發裝置為例介紹多效蒸發的計算方法。

（1）估值各效蒸發量和完成液組成

在蒸發過程中，總蒸發量為各效蒸發量之和

任何一效中料液的組成為

一般情況下，各效蒸發量可按總政發來那個的平均值估算，即

對於併流操作的多效蒸發，因有自蒸發現象，可按如下比例進行估計。例如，

以上各式中：

W — 總蒸發量，kg/h；

W1，W2，… ，Wn— 各效的蒸發量，kg/h；

F — 原料液流量，kg/h；

x, x1,…, xn— 原料液及各效完成液的組成，質量分數。

（2）估值各效溶液沸點及有效總溫度差

欲求各效沸點溫度，需假定壓強，一般加熱蒸汽壓強和冷凝器中的壓強（或末效壓強）是給定的，其他各效壓強可按各效間蒸汽壓強降相等的假設來確定。即

式中：

— 各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽壓強之差，Pa；

p1—第一效加熱蒸汽的壓強，Pa；

p k— 末效冷凝器中的二次蒸汽的壓強，Pa。

多效蒸發中的有效傳熱總溫度差可用下式計算：

式中：

— 有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，℃；

T1— 第一效加熱蒸汽的溫度，℃；

T k— 冷凝器操作壓強下二次蒸汽的飽和溫度，℃；

— 總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，℃。

式中

— 由於溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，℃；

— 由於蒸發器中溶液的靜壓強而引起的溫度差損失，℃；

— 由於管路流體阻力產生壓強降而引起的溫度差損失，℃。

關於、和的求法，分別介紹如下：

a.由於溶液蒸汽壓下降多引起的溫度差損失可用校正係數法和杜林規則求得。

式中

— 常壓下由於溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失，℃；

某些溶液在常壓下的沸點tA值可從手冊差得；

— 校正係數，量綱為一。

式中：

T 1— 操作壓強下水的沸點，亦即二次蒸汽的飽和溫度，℃；

r — 操作壓強下二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg.

杜林規則：某種溶液的沸點和相同壓強下標準液體（一般為水）的沸點呈線性關係。在以水的沸點為橫坐標，該溶液的沸點為縱坐標並以溶液的組成為參數的直角坐標圖上，可得一組直線，稱為杜林直線。利用杜林線圖，可根據溶液的組成及世紀壓強下水的沸點查出相同壓強下溶液的沸點，從而得出值。

根據杜林規則也可計算液體在各種壓強下沸點的近似值。此法的依據是：某液體在兩種不同壓強下兩沸點之差與水同樣壓強下兩沸點之差，其比值為一常數，即

求得k 值，其他任一壓強下的沸點t A就可由下式求得，即

（1-11）

所以不用杜林線圖也可計算出溶液的值。

b.由於蒸發器中溶液靜壓強引起的溫度差損失某些蒸汽器在操作室，器內溶液需維持一定的液位，因而蒸發器中溶液內部的壓強大於液面的壓強，致使溶液內部的沸點較液面處高，二者之差即為因溶液靜壓強引起的溫度差損失。為簡便起見，溶液內部的沸點可按液面和底層的平均壓強來查取。平均壓強近似按靜力學方程估算：

（1-12）

式中：

pm— 蒸發器中液面和底部間的平均壓強，Pa；

p — 二次蒸汽的壓強，即液面處的壓強，Pa；

ρ— 溶液的平均密度，kg/m3；

L— 液層高度，m；

g— 重力加速度，m/s2。

（1-13）

式中：

tpm— 根據平局壓強求得水的沸點，℃；

tp— 根據二次蒸汽壓強求得水的沸點，℃。

由於管道流動阻力產生的壓強降所引起的溫度差損失在多效蒸發中，末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過程中，由於管道阻力使其壓強降低，蒸汽的飽和溫度也相應降低，由此而引起的溫度插損失即為。根據經驗，取各效間因管道阻力引起的溫度差損失為1℃.根據已估算的各效二次蒸汽壓強及溫度差損失，即可由下式估算各效溶液的沸點t。

（1-14）

3.加熱蒸汽消耗量和各效蒸發水量的初步計算

第一效的焓衡算式為

由式（1-15）可求得第I 效的蒸發量Wi。若在焓衡算式中計入溶液的濃縮熱及蒸發器的熱損失，尚需考慮熱利用係數η 。一般溶液的蒸發，可取η為0.98-0.7 （式中X為溶液的組成變化，以質量分數表示）。

式中：

Di— 第i 效的加熱蒸汽量，kg/h,當無額外蒸汽抽出時，