首先，了解一下蒸發(fā)器都有哪些類型：

隨著工業(yè)蒸發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與型式亦不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，其種類繁多，結(jié)構(gòu)各異。目前工業(yè)上實(shí)用的蒸發(fā)設(shè)備約有六十余種，其中最常用的也有十余種型式，本節(jié)僅介紹常用的幾種。

常用蒸發(fā)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，最初采用夾套式或蛇管式加熱裝置，其后則有橫臥式短管加熱室及豎式短管加熱室。繼而又發(fā)明了豎式長(zhǎng)管液膜蒸發(fā)器，以及刮板式薄膜蒸發(fā)器等等。根據(jù)溶液在蒸發(fā)器中流動(dòng)的情況，大致可將工業(yè)上常用的間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型與單程型兩類。

這類蒸發(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)如圖片所示，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%。

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

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

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。

這類蒸發(fā)器的特點(diǎn)是，溶液沿加熱管壁成膜狀流動(dòng)，一次通過(guò)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：（1）升膜蒸發(fā)器；（2）降膜蒸發(fā)器；（3）升—降膜蒸發(fā)器；（4）刮板薄膜蒸發(fā)器。

（1）升膜蒸發(fā)器

升膜式蒸發(fā)器其加熱室由一根或數(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。

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

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(guò)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

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(guò)20m2，故其處理量較小。

在實(shí)際生產(chǎn)中，除上述循環(huán)型和單程型兩大類間壁式傳熱的蒸發(fā)器外，有時(shí)還應(yīng)用直接接觸傳熱的蒸發(fā)器。它是將燃料（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。

由于篇幅限制本文中對(duì)于各種蒸發(fā)器的原理工作沒有做詳細(xì)介紹，想了解此內(nèi)容可以到化工707app中搜索蒸發(fā)結(jié)晶查看更多詳細(xì)內(nèi)容。

這么多蒸發(fā)器那么蒸發(fā)過(guò)程到底該怎么設(shè)計(jì)計(jì)算呢？一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

下面以三效并流加料的蒸發(fā)裝置為例介紹多效蒸發(fā)的計(jì)算方法。

在蒸發(fā)過(guò)程中，總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和

任何一效中料液的組成為

一般情況下，各效蒸發(fā)量可按總政發(fā)來(lái)那個(gè)的平均值估算，即

對(duì)于并流操作的多效蒸發(fā)，因有自蒸發(fā)現(xiàn)象，可按如下比例進(jìn)行估計(jì)。例如，

以上各式中：

W — 總蒸發(fā)量，kg/h；

W₁，W₂ ，… ，W_n — 各效的蒸發(fā)量，kg/h；

F — 原料液流量，kg/h；

x₀, x₁,…, x_n — 原料液及各效完成液的組成，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

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

式中：

— 各效加熱蒸汽壓強(qiáng)與二次蒸汽壓強(qiáng)之差，Pa；

p¹—第一效加熱蒸汽的壓強(qiáng)，Pa；

p'_k— 末效冷凝器中的二次蒸汽的壓強(qiáng)，Pa。

多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計(jì)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(qiáng)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

— 由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，℃；

— 由于蒸發(fā)器中溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，℃；

— 由于管路流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降而引起的溫度差損失，℃。

關(guān)于  、  和  的求法，分別介紹如下：

（1）由于溶液蒸汽壓下降多引起的溫度差損失可用校正系數(shù)法和杜林規(guī)則求得。

式中

  — 常壓下由于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(diǎn)t_A值可從手冊(cè)差得；

— 校正系數(shù)，量綱為一。

式中 ：

T'₁— 操作壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)，亦即二次蒸汽的飽和溫度，℃；

r'— 操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg.

杜林規(guī)則：某種溶液的沸點(diǎn)和相同壓強(qiáng)下標(biāo)準(zhǔn)液體（一般為水）的沸點(diǎn)呈線性關(guān)系。在以水的沸點(diǎn)為橫坐標(biāo)，該溶液的沸點(diǎn)為縱坐標(biāo)并以溶液的組成為參數(shù)的直角坐標(biāo)圖上，可得一組直線，稱為杜林直線。利用杜林線圖，可根據(jù)溶液的組成及世紀(jì)壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)查出相同壓強(qiáng)下溶液的沸點(diǎn)，從而得出 值。

根據(jù)杜林規(guī)則也可計(jì)算液體在各種壓強(qiáng)下沸點(diǎn)的近似值。此法的依據(jù)是：某液體在兩種不同壓強(qiáng)下兩沸點(diǎn)之差 與水同樣壓強(qiáng)下兩沸點(diǎn)之差 ，其比值為一常數(shù)，即

求得k 值，其他任一壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)t'_A就可由下式求得，即

                                        （1-11）

所以不用杜林線圖也可計(jì)算出溶液的 值。

（2）由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失 某些蒸汽器在操作室，器內(nèi)溶液需維持一定的液位，因而蒸發(fā)器中溶液內(nèi)部的壓強(qiáng)大于液面的壓強(qiáng)，致使溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)較液面處高，二者之差即為因溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失  。為簡(jiǎn)便起見，溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)可按液面和底層的平均壓強(qiáng)來(lái)查取。平均壓強(qiáng)近似按靜力學(xué)方程估算：

                                               （1-12）

式中：

p_m — 蒸發(fā)器中液面和底部間的平均壓強(qiáng)，Pa；

p'— 二次蒸汽的壓強(qiáng)，即液面處的壓強(qiáng)，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：

t_pm— 根據(jù)平局壓強(qiáng) 求得水的沸點(diǎn)，℃；

t_p— 根據(jù)二次蒸汽壓強(qiáng) 求得水的沸點(diǎn)，℃。

由于管道流動(dòng)阻力產(chǎn)生的壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失 在多效蒸發(fā)中，末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過(guò)程中，由于管道阻力使其壓強(qiáng)降低，蒸汽的飽和溫度也相應(yīng)降低，由此而引起的溫度插損失即為 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取各效間因管道阻力引起的溫度差損失為1℃.根據(jù)已估算的各效二次蒸汽壓強(qiáng) 及溫度差損失 ，即可由下式估算各效溶液的沸點(diǎn)t。

                             （1-14）

第一效的焓衡算式為

由式（1-15）可求得第I 效的蒸發(fā)量W_i。若在焓衡算式中計(jì)入溶液的濃縮熱及蒸發(fā)器的熱損失，尚需考慮熱利用系數(shù)η 。一般溶液的蒸發(fā)，可取η為0.98-0.7 （式中△X為溶液的組成變化，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）。

式中：

D_i — 第i 效的加熱蒸汽量，kg/h,當(dāng)無(wú)額外蒸汽抽出時(shí)，

r_i— 第i 效加熱蒸汽的汽化熱，kJ/kg；

r'_i— 第i 效二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg；

c_PO— 原料液的比熱容，kJ/（kg·℃）；

c_PW— 水的比熱容，kJ/（kg·℃）；

t_i、 t_{i - 1}—第i 效及第（i-1）效溶液的沸點(diǎn)，℃；

η_i— 第i 效的熱利用系數(shù)，量綱為一。

對(duì)于加熱蒸汽（生蒸汽）的消耗量，可列出各效焓衡算式并與式（1-2）聯(lián)解而求得。

任一效的傳熱速率方程為

                         （1-17）

式中：

Q_i— 第i 效的傳熱速率，W；

K_i— 第i 效的傳熱系數(shù)，W；

S_i— 第i 效的傳熱面積，m2；

△t_i— 第i 效的傳熱溫度差，℃。

有效溫度分配的目的是為了求取蒸發(fā)的傳熱面積S_i，現(xiàn)以三效為例，即

                                  （1-18）

式中

                                       （1-19）

                       （1-20）

在多效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即

若由式（1-18）求得的傳熱面積不相等，應(yīng)依據(jù)各效面積的原則重新分配各

效的有效溫度差。方法如下：

設(shè)以△t'表示各效面相等時(shí)的有效溫度差，則

與（1-18）式相比可得

將式（1-22）中三式相加，得

式中 ∑△t— 各效的有效溫度差之和，稱為有效總溫度差，℃。

由式（1-23）求得傳熱面積S 后，即可由式（1-22）重新分配各效的有效溫度差。重復(fù)上述步驟，直至求得的各效傳熱面積相等，該面積即為所求。

如前所述，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，在選擇蒸發(fā)器的型式或設(shè)計(jì)蒸發(fā)器時(shí)，在滿足生產(chǎn)任務(wù)要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還要兼顧所用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造，操作和維修方便，傳熱效果好等等。除此而外，還要對(duì)被蒸發(fā)物料的工藝特性有良好的適應(yīng)性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性以及是否結(jié)晶或結(jié)垢等因素。

• 升膜蒸發(fā)器，適用于蒸發(fā)低沸點(diǎn)醇類或者低沸點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物；
  

• 降膜蒸發(fā)器適用于水溶物濃縮，不容易結(jié)晶或者結(jié)疤的物料蒸發(fā)；

• 水平降膜蒸發(fā)器適用于乙醇等中等沸點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物的蒸發(fā)；

• 自然內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)器適用于一般性物料濃縮蒸發(fā)；

• 強(qiáng)制外循環(huán)蒸發(fā)器適用于高濃度易結(jié)晶物料的蒸發(fā)及結(jié)晶；

• 降膜+強(qiáng)制外循環(huán)蒸發(fā)器組合適用于低濃度易結(jié)晶物料的濃縮結(jié)晶；

• 自然循環(huán)+強(qiáng)制外循環(huán)蒸發(fā)器組合適用于中低濃度易結(jié)晶物料的濃縮機(jī)結(jié)晶；

• 強(qiáng)制外循環(huán)+多效蒸發(fā)結(jié)晶組合適用于含有高沸點(diǎn)無(wú)機(jī)物或者有機(jī)物的二級(jí)濃縮結(jié)晶；

常用蒸發(fā)設(shè)備選型準(zhǔn)則表

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