1、 第八章第八章 蒸发设备蒸发设备传热设备传热设备换热器换热器蒸发器蒸发器蒸发过程实质为传热蒸发过程实质为传热过程过程目的：溶液浓缩目的：溶液浓缩传热是蒸发器设计的最重要的问题。传热是蒸发器设计的最重要的问题。产生大量产生大量二次蒸汽二次蒸汽消耗大量消耗大量加热蒸汽加热蒸汽一、蒸发基本原理一、蒸发基本原理 在化工过程中，蒸发是浓缩溶液的单元在化工过程中，蒸发是浓缩溶液的单元操作。这种操作是将溶液加热，使其中部分操作。这种操作是将溶液加热，使其中部分溶剂气化并不断除去，以提高溶液中溶质浓溶剂气化并不断除去，以提高溶液中溶质浓度。例如，烧碱液的增浓、稀盐水液的浓缩、度。例如，烧碱液的增浓、稀盐水液的
2、浓缩、淡水制备等。用来进行蒸发的设备称为蒸发淡水制备等。用来进行蒸发的设备称为蒸发器。器。蒸发的方式有蒸发的方式有自然蒸发自然蒸发和和沸腾蒸发沸腾蒸发。自然。自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点下气化。沸蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点下气化。沸腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时气化，在腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时气化，在气化过程中，溶液呈沸腾状态，溶剂的气化气化过程中，溶液呈沸腾状态，溶剂的气化不仅发生在溶液表面，而且发生在溶液内部，不仅发生在溶液表面，而且发生在溶液内部，几乎在溶液各个部分都同时发生气化现象，几乎在溶液各个部分都同时发生气化现象，因此沸腾蒸发的速率远超过自然蒸发速率。因此沸腾蒸发的速
3、率远超过自然蒸发速率。工业上的蒸发大多是采用沸腾蒸发工业上的蒸发大多是采用沸腾蒸发。图8-1蒸发裝置示意图1-加热室 2-加热管 3-中心降液管 4-蒸发室 5-捕汁器 6-冷凝器蒸发过程尚有以下特点：蒸发过程尚有以下特点：1.蒸发的物料是溶有不挥发性溶质的溶液。依拉乌尔定律可知，在相同压力下，蒸发的物料是溶有不挥发性溶质的溶液。依拉乌尔定律可知，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。所以，当加热蒸汽温度一定时，蒸发溶液时的传溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。所以，当加热蒸汽温度一定时，蒸发溶液时的传热温度差要比蒸发纯溶剂时为小，溶液的浓度越大，这种影响越显著。热温度差要比蒸发纯溶剂时为小，溶液
4、的浓度越大，这种影响越显著。2.蒸发时要汽化大量的溶剂，因此需消耗大量的加热蒸汽。蒸发时要汽化大量的溶剂，因此需消耗大量的加热蒸汽。3.被蒸发的溶液本身，常具有某些特性，例如，有些物料在浓缩时可能结垢或析被蒸发的溶液本身，常具有某些特性，例如，有些物料在浓缩时可能结垢或析出结晶，有些热敏性物料在高温下易分解变质，有些溶液则有较大的粘度或较强出结晶，有些热敏性物料在高温下易分解变质，有些溶液则有较大的粘度或较强的腐蚀性等。的腐蚀性等。二、蒸发系统二、蒸发系统1.单效蒸发系统单效蒸发系统 2.多效蒸发系统：（多效蒸发系统：（1）并流法）并流法（2）逆流法（）逆流法（3）平流法）平流法 图8-2 并
5、流加料三效蒸发装置的流程图8-3 逆流加料三效蒸发装置的流程图图8-4 平流加料三效蒸发装置的流程平流加料三效蒸发装置的流程三、多效蒸发中效数的限制三、多效蒸发中效数的限制 多效蒸法可以提高加热蒸汽的利用率，所以多效蒸发多效蒸法可以提高加热蒸汽的利用率，所以多效蒸发的操作费用是随着效数的增加而减少。但从表的操作费用是随着效数的增加而减少。但从表8-1可知，可知，虽然虽然(D/W)是随着效数的增加而不断减小，但所节省的加是随着效数的增加而不断减小，但所节省的加热蒸汽量亦随之减小，例如由单效改为双效，可节省加热蒸汽量亦随之减小，例如由单效改为双效，可节省加热蒸汽量约为热蒸汽量约为50，而从四效增为
6、五效，可节省加热蒸，而从四效增为五效，可节省加热蒸汽量就己降为汽量就己降为10。另一方面，增加效数就需要增加设。另一方面，增加效数就需要增加设备费，而当增加一效的设备费用不能与所节省的加热蒸备费，而当增加一效的设备费用不能与所节省的加热蒸汽的收益相抵时，就没有必要再增加效数，所以多效蒸汽的收益相抵时，就没有必要再增加效数，所以多效蒸发的效数是有一定限度的。发的效数是有一定限度的。图8-5 有额外蒸汽引出的并流加料三效蒸发装置的流程图8-6 五效真空蒸发方案（数据/%）四、蒸发热力方案选择的原则四、蒸发热力方案选择的原则 热力方案的选择首先应满足工艺的要求，即保证供应足够浓度的浓缩汁和车间热力方
7、案的选择首先应满足工艺的要求，即保证供应足够浓度的浓缩汁和车间各用汽工序足够的蒸汽及规定的蒸汽参数，并做到热力利用的合理经济。在不影响各用汽工序足够的蒸汽及规定的蒸汽参数，并做到热力利用的合理经济。在不影响操作稳定的情况下，最大限度地抽取额外蒸汽，做到全面利用，使进入冷凝器的汁操作稳定的情况下，最大限度地抽取额外蒸汽，做到全面利用，使进入冷凝器的汁汽降到最低限度以及利用冷凝水自然蒸发等，使热力方案具有较高的技术经济指标，汽降到最低限度以及利用冷凝水自然蒸发等，使热力方案具有较高的技术经济指标，同时又保证蒸发操作的稳定性和灵活性，即一方面是尽可能使实际抽取的汁汽量与同时又保证蒸发操作的稳定性和灵
8、活性，即一方面是尽可能使实际抽取的汁汽量与设计时的抽取量相一致，另一方面是注意生产波动时调节的可能性。设计时还必须设计时的抽取量相一致，另一方面是注意生产波动时调节的可能性。设计时还必须考虑到蒸发罐的真空度应有调节的可能性，或者采用浓缩罐。对于设备的投资费用考虑到蒸发罐的真空度应有调节的可能性，或者采用浓缩罐。对于设备的投资费用等方面也应予以适当的考虑。等方面也应予以适当的考虑。一、蒸发设备基本构造一、蒸发设备基本构造 1.标准式蒸发器标准式蒸发器(中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器)标准式蒸发器结构紧凑，传热条件良好，标准式蒸发器结构紧凑，传热条件良好，投资少，但存在循环速度小、检修不方便
9、投资少，但存在循环速度小、检修不方便等缺点。该类蒸发器在国内糖厂和小型氯等缺点。该类蒸发器在国内糖厂和小型氯碱企业应用较多。碱企业应用较多。图8-7 标准式蒸发罐1-罐底封头；2-进液管；3-加热室；4-蒸发室；5-捕集器；6-罐顶封头；7-二次蒸汽出口；8-管板；9-中央降液管；10-加热管；11-加热室外壳；12-蒸汽入口；13-凝结水出口；14-浓缩液出口2.悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器 悬框式蒸发器的基本结构见图悬框式蒸发器的基本结构见图8-8。其加热室像篮筐，悬挂在蒸发器壳体的下。其加热室像篮筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，加热蒸汽由顶部引入，在管间加热管内的溶液。其原理和中央循环管式相部，
10、加热蒸汽由顶部引入，在管间加热管内的溶液。其原理和中央循环管式相同，但溶液沿悬筐外壁和外壳体内壁所形成的环隙向下做循环流动，循环速度同，但溶液沿悬筐外壁和外壳体内壁所形成的环隙向下做循环流动，循环速度略大。其加热管束可取出后清理，用备用管束替换，以节约清洗时间。加热蒸略大。其加热管束可取出后清理，用备用管束替换，以节约清洗时间。加热蒸汽从位于中央的一根多孔管进入，均匀吹入各加热管间。加热管束和管内壁形汽从位于中央的一根多孔管进入，均匀吹入各加热管间。加热管束和管内壁形成的的环形通道是循环料液的下流通道。其传热面积一般在成的的环形通道是循环料液的下流通道。其传热面积一般在100m2以下，总以下，
11、总传热系数为传热系数为6003500W/(m2K)（1）优点：悬框式蒸发器实际上是标准式蒸发器的改进形式。它把加热室改）优点：悬框式蒸发器实际上是标准式蒸发器的改进形式。它把加热室改进成可整体装拆悬吊在蒸发器中，便于检修；循环通道比标准式大，可以产生进成可整体装拆悬吊在蒸发器中，便于检修；循环通道比标准式大，可以产生较大的循环速度和传热系数，同时由于循环通道在外周，因此热损失小。加热较大的循环速度和传热系数，同时由于循环通道在外周，因此热损失小。加热室可由顶部取出，便于检修和更换，适用于易结晶、结垢溶液的蒸发。室可由顶部取出，便于检修和更换，适用于易结晶、结垢溶液的蒸发。（2）缺点：悬框式蒸发
12、器存在结构复杂、单位传热面的金属消耗量较多而制）缺点：悬框式蒸发器存在结构复杂、单位传热面的金属消耗量较多而制造费用较大。造费用较大。3.盘管式蒸发器盘管式蒸发器 盘管式蒸发器适用于牛奶、果汁、蔬菜汁、豆浆、葡萄糖溶液等热敏性物料在真盘管式蒸发器适用于牛奶、果汁、蔬菜汁、豆浆、葡萄糖溶液等热敏性物料在真空条件下进行低温浓缩，也可供医药、化工等部门浓缩物料之用。空条件下进行低温浓缩，也可供医药、化工等部门浓缩物料之用。盘管式蒸发器具有以下优点：蒸发强度高，每平方米传热面积蒸发量可达盘管式蒸发器具有以下优点：蒸发强度高，每平方米传热面积蒸发量可达100kg/小时以上，其原因是传热温度差较高；操作方
13、便，容易掌握；易损小时以上，其原因是传热温度差较高；操作方便，容易掌握；易损件少，维护简单；每批的产品质量均匀一致；设备制造工艺简单，使用钢材件少，维护简单；每批的产品质量均匀一致；设备制造工艺简单，使用钢材少。少。缺点：间歇操作，生产效率低；物料受热时间长，影响产品质量；料液循环缺点：间歇操作，生产效率低；物料受热时间长，影响产品质量；料液循环差，传热系数低；由于是单效、间歇操作，蒸汽消耗量大，蒸发差，传热系数低；由于是单效、间歇操作，蒸汽消耗量大，蒸发1kg水耗蒸汽水耗蒸汽在在1.1kg以上；冷却水用量大；盘管表面易结垢，且洗涮不方便；二次蒸以上；冷却水用量大；盘管表面易结垢，且洗涮不方便
14、；二次蒸汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂。汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂。盘管式蒸发器按锅体结构可分为有加热夹套式和无加热夹套式。我国从日本引进盘管式蒸发器按锅体结构可分为有加热夹套式和无加热夹套式。我国从日本引进的盘管式蒸发器在锅体下侧有加热夹套，以增大传热面积。国产的盘管蒸发器皆的盘管式蒸发器在锅体下侧有加热夹套，以增大传热面积。国产的盘管蒸发器皆为无加热夹套。基本结构见图为无加热夹套。基本结构见图8-9。图8-8 悬框式蒸发器1-壳体 2-蒸汽接管 3-分离室 4-悬框加热室 5-溢流管图8-9 盘管式蒸发器1-气液分离器 2-仪表箱 3-总汽阀 4-蒸发室 5-加热盘管 6-汽包
15、 7-分汽阀 8-疏水阀 9-加热室 10-取样旋塞 11-出料旋塞4.外加热室式蒸发器外加热室式蒸发器 外加热室式蒸发器的加热室装于蒸发室之外，外加热室式蒸发器的加热室装于蒸发室之外，采用了长加热管（管长与管径之比为采用了长加热管（管长与管径之比为50100），液体下降管（也称循环管）不再受热，），液体下降管（也称循环管）不再受热，基本结构如图基本结构如图8-10。它是将加热室移至蒸发。它是将加热室移至蒸发器体外的一种外热式自然循环蒸发器，由列器体外的一种外热式自然循环蒸发器，由列管加热器、蒸发室、循环管三个部分组成。管加热器、蒸发室、循环管三个部分组成。若蒸发时产生结晶，应在循环管下口加液
16、固若蒸发时产生结晶，应在循环管下口加液固分离器。料液在蒸发器内循环速度小于分离器。料液在蒸发器内循环速度小于1m/s,循环的动力是循环管和加热管内液体的重度循环的动力是循环管和加热管内液体的重度差。这种蒸发器传热面积常为数百平方米甚差。这种蒸发器传热面积常为数百平方米甚至上千平方米。一个蒸发室可配有至上千平方米。一个蒸发室可配有14个加个加热室。加热管较长，其长径比热室。加热管较长，其长径比L/D=60110，总传热系数为总传热系数为14003500 W/(m2K)。这种。这种设备的缺点是设备较高，由于料液在管内液设备的缺点是设备较高，由于料液在管内液柱较高，提高了下部液体的沸点，故要求加柱较
17、高，提高了下部液体的沸点，故要求加热温差大，因而限制了多效使用。热温差大，因而限制了多效使用。（1）优点：蒸发室通过导管和循环管与加热室相）优点：蒸发室通过导管和循环管与加热室相连接，使得循环速度较大（可达连接，使得循环速度较大（可达1.5m/s）；）；加热室便于清洗、检修和更换。加热室便于清洗、检修和更换。（2）缺点）缺点:结构比较复杂，散热损失较大。结构比较复杂，散热损失较大。图8-10 外加热室式蒸发器1-加热室 2-蒸发室 3-循环管 5.列文蒸发器列文蒸发器 列文式蒸发器属于加热管外沸腾的自然循列文式蒸发器属于加热管外沸腾的自然循环型蒸发器，是环型蒸发器，是50年代前苏联年代前苏联P
18、Enebnh提出的，其结构见图提出的，其结构见图8-11。其特点是在加。其特点是在加热室的上部加一段热室的上部加一段2.75m高的直管作为高的直管作为沸腾室。由于沸腾室内液柱静压力的作用，沸腾室。由于沸腾室内液柱静压力的作用，加热管内的溶液只升温不沸腾，升温后的加热管内的溶液只升温不沸腾，升温后的溶液上升至沸腾室时，压力降低，沸腾气溶液上升至沸腾室时，压力降低，沸腾气化。这样，就将溶液的沸腾气化由加热室化。这样，就将溶液的沸腾气化由加热室转移到没有传热面的沸腾室，沸腾室内装转移到没有传热面的沸腾室，沸腾室内装有隔板以防止汽泡增大，并可达到较大的有隔板以防止汽泡增大，并可达到较大的流速。列文式蒸
19、发器可避免在加热管中析流速。列文式蒸发器可避免在加热管中析出晶体，可用于有晶体析出的溶液的蒸发。出晶体，可用于有晶体析出的溶液的蒸发。图8-11列文蒸发器加热室循环管蒸发室 6.结晶式蒸发器结晶式蒸发器 结晶式蒸发器也称改进的列文式蒸发器，结构如图结晶式蒸发器也称改进的列文式蒸发器，结构如图8-12。它除保持了原列文式。它除保持了原列文式蒸发器的一些特点外，还在循环管与加热室之间增加了一个有利于结晶析出及蒸发器的一些特点外，还在循环管与加热室之间增加了一个有利于结晶析出及分离的结晶罐，从而减少固体盐垢对加热室的传热影响，延长了洗罐周期。目分离的结晶罐，从而减少固体盐垢对加热室的传热影响，延长了
20、洗罐周期。目前我国氯碱厂较普遍采用列文式及其改进型蒸发器。前我国氯碱厂较普遍采用列文式及其改进型蒸发器。7.强制外循环蒸发器强制外循环蒸发器 上述各种蒸发器均为自然循环型蒸发器，即靠加热管与循环管内溶液的密度差上述各种蒸发器均为自然循环型蒸发器，即靠加热管与循环管内溶液的密度差引起溶液的循环，这种循环速度一般都比较低，不宜处理粘度大、易结垢及有引起溶液的循环，这种循环速度一般都比较低，不宜处理粘度大、易结垢及有大量结晶析出的溶液。对于这类溶液的蒸发，可采用强制循环型蒸发器。大量结晶析出的溶液。对于这类溶液的蒸发，可采用强制循环型蒸发器。8.强制内循环蒸发器强制内循环蒸发器 强制内循环蒸发器用于
21、避免在加热面上沸腾的产品而形成结垢或产生结晶，为强制内循环蒸发器用于避免在加热面上沸腾的产品而形成结垢或产生结晶，为此，管中的流动速度必须高。当循环液体流过热交换器时被加热，然后在分离此，管中的流动速度必须高。当循环液体流过热交换器时被加热，然后在分离器中压力降低时部分蒸发，从而将液体冷却至对应压力下的沸点温度。由于循器中压力降低时部分蒸发，从而将液体冷却至对应压力下的沸点温度。由于循环泵的原因，蒸发器的操作与温差基本无关，物料的再循环速度可以精确调节，环泵的原因，蒸发器的操作与温差基本无关，物料的再循环速度可以精确调节，蒸发速率设定在一定的范围内，在结晶应用中，晶体可以通过调节循环流动速蒸发
22、速率设定在一定的范围内，在结晶应用中，晶体可以通过调节循环流动速度和采用特殊的分离器设计从循环晶体泥浆中分离出来。度和采用特殊的分离器设计从循环晶体泥浆中分离出来。图8-13 强制外循环蒸发器1-液沫捕集器 2-分离器 3-循环管 4-循环泵 5-加热管 6-旋流板图8-14 强制内循环蒸发器1-分布器 2-加热室 3-上升通道 4-轴流泵5-下降通道图8-12 结晶式蒸发器1-循环管；2-蒸发室；3-加热器；4-结晶罐二次蒸汽洗涤水二次蒸汽加热蒸汽冷凝水料液出口料液 9升膜式蒸发器升膜式蒸发器 （1）基本结构）基本结构 升膜式蒸发器主要由蒸发室（或称分离器）、加热器及循环管升膜式蒸发器主要由
23、蒸发室（或称分离器）、加热器及循环管道、止逆阀、水力喷射器、水箱、离心出料泵、水泵及操作台等所组成。它是道、止逆阀、水力喷射器、水箱、离心出料泵、水泵及操作台等所组成。它是自然循环蒸发器的一种，结构如图自然循环蒸发器的一种，结构如图8-15所示。所示。（2）工作原理）工作原理 升膜式蒸发器又称爬升膜蒸发器，它依据虹吸泵原理操作，根升膜式蒸发器又称爬升膜蒸发器，它依据虹吸泵原理操作，根据在沸腾过程中产生的蒸汽气泡的升力，液体和蒸汽并流向上流动，同时，产据在沸腾过程中产生的蒸汽气泡的升力，液体和蒸汽并流向上流动，同时，产生的蒸汽量增加，从而在管壁上产生流动的膜，即液体向上生的蒸汽量增加，从而在管壁
24、上产生流动的膜，即液体向上“爬爬”。并流向上。并流向上运动有助于在液体中产生高度的湍流。料液由加热管底部进入，加热蒸汽在管运动有助于在液体中产生高度的湍流。料液由加热管底部进入，加热蒸汽在管外将热量传给管内料液。外将热量传给管内料液。优点：占地面积小，空间高度低，结构紧凑，造价低，投资少；常为连续优点：占地面积小，空间高度低，结构紧凑，造价低，投资少；常为连续操作，亦可间歇操作；清洗方便，劳动强度低，并可用清洗液循环清洗；操作，亦可间歇操作；清洗方便，劳动强度低，并可用清洗液循环清洗；物料循环较好，正常操作时不易结焦。物料循环较好，正常操作时不易结焦。缺点：不适宜于高粘度物料的浓缩，如甜炼乳的
25、浓缩；也不适宜于终点浓度缺点：不适宜于高粘度物料的浓缩，如甜炼乳的浓缩；也不适宜于终点浓度要求严格的物料浓缩，如淡炼乳的浓缩；操作要求较高，应严格控制料位，要求严格的物料浓缩，如淡炼乳的浓缩；操作要求较高，应严格控制料位，出料系统及加热器底部密封要求高，操作中不宜随意停车，否则易结焦；在出料系统及加热器底部密封要求高，操作中不宜随意停车，否则易结焦；在连续出料操作中，会有少量料液长期在蒸发器内循环，影响产品质量。连续出料操作中，会有少量料液长期在蒸发器内循环，影响产品质量。图8-15 升膜式蒸发器图8-16 降膜式蒸发器 10.降膜式蒸发器降膜式蒸发器 （1）基本结构）基本结构它的结构与升膜式
26、蒸发器大致相同，如图它的结构与升膜式蒸发器大致相同，如图8-16。降膜蒸发器由布液装置、蒸发器体、分离器、预热。降膜蒸发器由布液装置、蒸发器体、分离器、预热器、闪蒸罐、热压泵以及真空形成装置与冷凝器组成。器、闪蒸罐、热压泵以及真空形成装置与冷凝器组成。布液装置布液装置 其作用是将料液均匀分配于各管并呈膜状下降其作用是将料液均匀分配于各管并呈膜状下降,常见三种类型沟槽型分布器、扩尾型分常见三种类型沟槽型分布器、扩尾型分布器和齿缝型分布器见图布器和齿缝型分布器见图8-17。蒸发器体蒸发器体 它在结构上如同普通立式列管换热器，唯管子长度较长，目前国外最长可达它在结构上如同普通立式列管换热器，唯管子长
27、度较长，目前国外最长可达18m。为。为提高降膜蒸发器管内物料的周边流量，除对物料进行外循环外，常把蒸发器体分隔成两部分提高降膜蒸发器管内物料的周边流量，除对物料进行外循环外，常把蒸发器体分隔成两部分或更多。或更多。（2）工作原理）工作原理 如图如图8-16中，在降膜蒸发器中，液体和蒸汽向下并流流动，需浓缩的液体预热至沸腾温度，均匀的中，在降膜蒸发器中，液体和蒸汽向下并流流动，需浓缩的液体预热至沸腾温度，均匀的液膜通过蒸发器顶上的液体分布装置进入加热管，在沸腾温度下向下流动并部分蒸发，往下液膜通过蒸发器顶上的液体分布装置进入加热管，在沸腾温度下向下流动并部分蒸发，往下运动引入的重力因并流的蒸汽流
28、不断加强。运动引入的重力因并流的蒸汽流不断加强。降膜蒸发器适用于牛奶、豆浆、果汁、海产品等热敏性液体食品的真空浓缩，也适用于医药、降膜蒸发器适用于牛奶、豆浆、果汁、海产品等热敏性液体食品的真空浓缩，也适用于医药、中药浸提液、日用化工等工业部门作为蒸发液体物料之用。中药浸提液、日用化工等工业部门作为蒸发液体物料之用。降膜蒸发器的优点降膜蒸发器的优点:物料一次通过，受热时间短，可防止热分解，如乳液蒸发提高奶粉复原物料一次通过，受热时间短，可防止热分解，如乳液蒸发提高奶粉复原性，宜于热敏性物料；连续操作，设备有效时间利用率高；蒸发与预热都在小温差下进性，宜于热敏性物料；连续操作，设备有效时间利用率高
29、；蒸发与预热都在小温差下进行，因而不易结焦，易于清洗，也宜于二次蒸汽再压缩和多效流程操作；由于可多效操作行，因而不易结焦，易于清洗，也宜于二次蒸汽再压缩和多效流程操作；由于可多效操作及二次蒸汽再压缩等原因，热能消耗少；冷却水消耗量少；传热系数高，传热性能好；及二次蒸汽再压缩等原因，热能消耗少；冷却水消耗量少；传热系数高，传热性能好；无液柱静压强引起的温差损失，固形物引起的沸点升高小；可用于固形物含量与粘度较无液柱静压强引起的温差损失，固形物引起的沸点升高小；可用于固形物含量与粘度较高的物料；可进行就地清洗；易于调节、控制，操作稳定可靠、方便，易实现自动化。高的物料；可进行就地清洗；易于调节、控
30、制，操作稳定可靠、方便，易实现自动化。缺点：设备较高，要求高层厂房；要求工作蒸汽压力较高且稳定；设备投资较高。由于缺点：设备较高，要求高层厂房；要求工作蒸汽压力较高且稳定；设备投资较高。由于降膜蒸发器的众多优点，已在工业中得到广泛应用。降膜蒸发器的众多优点，已在工业中得到广泛应用。11.旋转薄膜蒸发器旋转薄膜蒸发器 旋转薄膜蒸发器是国内近年开发的一种高效蒸发装置，如图旋转薄膜蒸发器是国内近年开发的一种高效蒸发装置，如图8-18所示。所示。通常在真空下操作，蒸发效率高，能力大，其蒸发强度可达通常在真空下操作，蒸发效率高，能力大，其蒸发强度可达150300kg(m2h)。该型式蒸发器国内已有系列产
31、品。该型式蒸发器国内已有系列产品。与常规的蒸发器相比，它具有以下特点：传热系数大与常规的蒸发器相比，它具有以下特点：传热系数大(最大可达最大可达2500W(m2K)，蒸发强度高，蒸发强度高150200kg水水(m2h)；物料在蒸发器；物料在蒸发器内停留时间短内停留时间短(数秒至十多秒数秒至十多秒)，不结焦、无污垢；适用的粘度范围，不结焦、无污垢；适用的粘度范围广广(最高粘度可达最高粘度可达10Pas左右左右)；可进行连续生产，操作弹性大，浓；可进行连续生产，操作弹性大，浓度调节范围广并且无须洗罐；可在较低温度条件下蒸发度调节范围广并且无须洗罐；可在较低温度条件下蒸发(工作温度工作温度为为78)
32、，解决或减缓了浓碱对设备的腐蚀问题，可选用普通的奥氏，解决或减缓了浓碱对设备的腐蚀问题，可选用普通的奥氏体不锈钢制作，降低了设备的投资费用；可使用二次蒸汽或余热体不锈钢制作，降低了设备的投资费用；可使用二次蒸汽或余热(使用蒸汽压力使用蒸汽压力0.10.2MPa)从而降低了能耗。由于旋转薄膜蒸发器从而降低了能耗。由于旋转薄膜蒸发器具有上述的特点，该设备有可能成为蒸发设备新的替代产品。具有上述的特点，该设备有可能成为蒸发设备新的替代产品。12.刮板式薄膜蒸发器刮板式薄膜蒸发器 刮板式薄膜蒸发器有固定刮板式和活动刮板式两种。按其安装形式又有立式和卧式之分；刮板式薄膜蒸发器有固定刮板式和活动刮板式两种
33、。按其安装形式又有立式和卧式之分；而立式又分降膜式和升膜式两种。而立式又分降膜式和升膜式两种。（1）基本结构见图）基本结构见图8-19所示。所示。（2）工作原理：料液由进料口沿切线方向进入蒸发器内，或经器内固定在旋转轴上的料液）工作原理：料液由进料口沿切线方向进入蒸发器内，或经器内固定在旋转轴上的料液分配盘，将料液均布内壁四周。由于重力和刮板离心力的作用，料液在内壁形成螺旋下降分配盘，将料液均布内壁四周。由于重力和刮板离心力的作用，料液在内壁形成螺旋下降或上升的薄膜（立式），或螺旋向前推进的薄膜（卧式）。二次蒸汽经顶部（立式）或浓或上升的薄膜（立式），或螺旋向前推进的薄膜（卧式）。二次蒸汽经顶
34、部（立式）或浓缩液口端的汽液分离器后至冷凝器中冷凝排出。由于料液在浓缩时成液膜状态，而且不断缩液口端的汽液分离器后至冷凝器中冷凝排出。由于料液在浓缩时成液膜状态，而且不断更新，故总传热系数较高，适用于低粘度的果汁、蜂蜜、牛乳或含有悬浮颗粒的料液的浓更新，故总传热系数较高，适用于低粘度的果汁、蜂蜜、牛乳或含有悬浮颗粒的料液的浓缩。在浓缩中液层很薄，溶液沸点升高可忽略，料液在加热区域停留时间随蒸发器的高缩。在浓缩中液层很薄，溶液沸点升高可忽略，料液在加热区域停留时间随蒸发器的高（长）度、刮板的导向角及转轴的转速等因素而变化，一般在（长）度、刮板的导向角及转轴的转速等因素而变化，一般在245s左右。
35、固定式刮板主左右。固定式刮板主要用于不刮壁蒸发；而活动式刮板则应用于刮壁蒸发，因刮板与筒内壁接触，因此这种刮要用于不刮壁蒸发；而活动式刮板则应用于刮壁蒸发，因刮板与筒内壁接触，因此这种刮板又称为扫叶片或拭壁刮板。板又称为扫叶片或拭壁刮板。操作要点：筒体的加热室为夹套，务求蒸汽在夹套内流动均匀，防止局部过热和短路。转操作要点：筒体的加热室为夹套，务求蒸汽在夹套内流动均匀，防止局部过热和短路。转轴由电机及变速调节器控制。轴应有足够的机械强度和刚度，且多采用空心轴。转轴两端轴由电机及变速调节器控制。轴应有足够的机械强度和刚度，且多采用空心轴。转轴两端装有良好的机械密封，一般采用不透性石墨与不锈钢的端
36、面轴封。装有良好的机械密封，一般采用不透性石墨与不锈钢的端面轴封。优点：料液在浓缩时成膜状，且不断更新，总传热系数较大，优点：料液在浓缩时成膜状，且不断更新，总传热系数较大，K11633489W/mk。料液在加热区域停留时间短，料液在加热区域停留时间短，245s（时间随罐的高度，刮板的导向角，转速等而变化）。（时间随罐的高度，刮板的导向角，转速等而变化）。可处理粘度大的物料（适于易结晶，结垢，高粘度，热敏性物料）可在传热温差很小情况可处理粘度大的物料（适于易结晶，结垢，高粘度，热敏性物料）可在传热温差很小情况下操作，消除结垢现象。下操作，消除结垢现象。缺点：设备成本高，不易清洗，只用于单效蒸发
37、，耗汽量大。动力消耗较大；一般传缺点：设备成本高，不易清洗，只用于单效蒸发，耗汽量大。动力消耗较大；一般传热面积在热面积在1.53kwm2时，能耗随料液粘度增大而增加；由于加热室直径较小，清洗不时，能耗随料液粘度增大而增加；由于加热室直径较小，清洗不大方便。大方便。图8-19 刮板式薄膜蒸发器图8-18 旋转薄膜蒸发器1-浓碱出口；2-转子下轴承；3-加热夹套；4-转子；5-加热蒸汽；6-碱液入口；7-分离器；8-转子上轴承；9-转子驱动；10-二次蒸汽出口；11-冷凝水出口二、蒸发附属装置二、蒸发附属装置蒸发装置的附属设备和机械主要有除尘器、冷凝器和真空泵。蒸发装置的附属设备和机械主要有除尘
38、器、冷凝器和真空泵。1、除沫器（汽液分离器）、除沫器（汽液分离器）图8-20 不同类型的汽液分离器(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)2、冷凝器、冷凝器 （1）间接式冷凝器）间接式冷凝器 二次蒸汽与冷却二次蒸汽与冷却水间接传热，有列管式、板式、螺旋水间接传热，有列管式、板式、螺旋板式和淋水管式。板式和淋水管式。特点：冷凝液可回收利用，但传热效率低，特点：冷凝液可回收利用，但传热效率低，故用作冷凝的较少。图故用作冷凝的较少。图8-21 冷凝器冷凝器 （2）直接式冷凝器（混合式）直接式冷凝器（混合式）分为分为逆流式和喷射式，二次蒸汽与冷却水逆流式和喷射式，二次蒸汽与冷却水直接接触而冷凝。直接
39、接触而冷凝。图8-21 冷凝器一、蒸发设备的选用原则一、蒸发设备的选用原则 蒸发设备的选型主要考虑被蒸发溶液的性质，如粘度、发泡性、腐蚀性、热敏性和蒸发设备的选型主要考虑被蒸发溶液的性质，如粘度、发泡性、腐蚀性、热敏性和是否容易结晶或析出结晶等因素。是否容易结晶或析出结晶等因素。蒸发热敏性物料时，应选用膜式蒸发器，以防止物料分解；蒸发粘度大的溶液，为蒸发热敏性物料时，应选用膜式蒸发器，以防止物料分解；蒸发粘度大的溶液，为保证物料流速应选用强制循环回转薄膜式或降膜式蒸发器；蒸发易结垢或析出结晶保证物料流速应选用强制循环回转薄膜式或降膜式蒸发器；蒸发易结垢或析出结晶的物料，可采用标准式或悬筐式蒸发
40、器或管外沸腾式和强制循环型蒸发器；蒸发发的物料，可采用标准式或悬筐式蒸发器或管外沸腾式和强制循环型蒸发器；蒸发发泡性溶液时，应选用强制循环型和长管薄膜式蒸发器；蒸发腐蚀性物料时应考虑设泡性溶液时，应选用强制循环型和长管薄膜式蒸发器；蒸发腐蚀性物料时应考虑设备用材；如蒸发废酸等物料应选用浸没燃烧蒸发器；处理量小的或采用间歇操作时，备用材；如蒸发废酸等物料应选用浸没燃烧蒸发器；处理量小的或采用间歇操作时，可选用夹套或锅炉蒸发器，以便制造、操作和节约投资。可选用夹套或锅炉蒸发器，以便制造、操作和节约投资。1.热敏性热敏性 2.结垢性结垢性 3.发泡性发泡性 4.结晶性结晶性 5.粘滞性粘滞性 6.腐
41、蚀性腐蚀性 二、蒸发设备的设计原则二、蒸发设备的设计原则 以上是根据溶液的特性作为选择、设计蒸发浓缩设备的依据，选择时要以上是根据溶液的特性作为选择、设计蒸发浓缩设备的依据，选择时要全面衡量，还应满足如下几点要求：满足工艺要求，如溶液的浓缩比，全面衡量，还应满足如下几点要求：满足工艺要求，如溶液的浓缩比，浓缩后的收得率，保持溶液的特性。传热效果好，传热系数高，热利浓缩后的收得率，保持溶液的特性。传热效果好，传热系数高，热利用率高。结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可靠。动力消耗要小，用率高。结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可靠。动力消耗要小，如搅拌动力或真空动力消耗等。易于加工制造，维修方便，既
42、要节省如搅拌动力或真空动力消耗等。易于加工制造，维修方便，既要节省材料、耐腐蚀，又要保证足够的机械强度。材料、耐腐蚀，又要保证足够的机械强度。一、蒸发器的操作要点一、蒸发器的操作要点工厂的蒸发操作，多年来基本采用低液面五定操作。由于低液面料液柱静压工厂的蒸发操作，多年来基本采用低液面五定操作。由于低液面料液柱静压较低，沸点升高较小，有效温度差大，料液循环良好、传热效率高，从较低，沸点升高较小，有效温度差大，料液循环良好、传热效率高，从而提高蒸发效能。而提高蒸发效能。1定汽压定汽压 所谓定汽压是指第一效加热蒸汽压力保持稳定。当进罐的稀汁所谓定汽压是指第一效加热蒸汽压力保持稳定。当进罐的稀汁性能参
43、数基本稳定及要求的料液浓度度决定之后，加热蒸汽压力应维持性能参数基本稳定及要求的料液浓度度决定之后，加热蒸汽压力应维持恒定。恒定。2定各效压力定各效压力 根据蒸发系统热力方案的条件，掌握各效的正常压力差。根据蒸发系统热力方案的条件，掌握各效的正常压力差。3定液面定液面 进罐的稀汁量和浓度及各效罐的浓度波动不应过大。一般掌握进罐的稀汁量和浓度及各效罐的浓度波动不应过大。一般掌握料液面在加热管料液面在加热管13处，而沸腾时要保持沸腾液面盖过管板而不使加热处，而沸腾时要保持沸腾液面盖过管板而不使加热管裸露。管裸露。一、蒸发器的操作要点一、蒸发器的操作要点4定阀门定阀门 在操作正常的情况下应保持进汽阀
44、、进汁阀、抽汁在操作正常的情况下应保持进汽阀、进汁阀、抽汁汽阀、凝结水阀、不凝结气体排出阀、安全阀及过罐阀等不汽阀、凝结水阀、不凝结气体排出阀、安全阀及过罐阀等不经常变动，须调整时也应缓缓转动开闭。经常变动，须调整时也应缓缓转动开闭。5定抽汁汽定抽汁汽 根据热力计算和实际情况，应保持各效汁汽量根据热力计算和实际情况，应保持各效汁汽量稳定抽出，否则将影响蒸发系统的正常操作。稳定抽出，否则将影响蒸发系统的正常操作。二、蒸发器管理常识二、蒸发器管理常识 (一一)蒸发系统的正常管理蒸发系统的正常管理 1稳定均衡生产操作管理稳定均衡生产操作管理 全厂均衡生产直接关系到蒸发的操作管理。此外其他用气设备、加
45、热器等稳定的抽全厂均衡生产直接关系到蒸发的操作管理。此外其他用气设备、加热器等稳定的抽用汁汽量等都会给蒸发的五定操作带来影响。因此全厂各工序应协调好，以保证用汁汽量等都会给蒸发的五定操作带来影响。因此全厂各工序应协调好，以保证五定操作顺利进行，才能做到节省加热蒸汽消耗量。五定操作顺利进行，才能做到节省加热蒸汽消耗量。2全面抽取汁汽的管理全面抽取汁汽的管理 全面抽取汁汽是根据蒸发方案设计为依据，并结合生产实际情况，合理调整热力系全面抽取汁汽是根据蒸发方案设计为依据，并结合生产实际情况，合理调整热力系统，以便达到均衡抽取汁汽的目的。统，以便达到均衡抽取汁汽的目的。3凝结水系统的管理凝结水系统的管理
46、凝结水系统管理包括：凝结水系统管理包括：(1)不含物料的凝结水送回锅炉作为锅炉给水，这就要求检查其是否含有物料；不含物料的凝结水送回锅炉作为锅炉给水，这就要求检查其是否含有物料；(2)利用凝结水作为热源去加热其它物料；利用凝结水作为热源去加热其它物料；(3)利用凝结水自然蒸发补充低压蒸汽量的不足；利用凝结水自然蒸发补充低压蒸汽量的不足；(4)蒸发设备凝结水必须排出完全，否则将影响蒸发传热。蒸发设备凝结水必须排出完全，否则将影响蒸发传热。4保持加热面清洁的管理保持加热面清洁的管理加热管生成积垢会影响传热，无积垢生成是不可能的。根据查定或实际观察确定蒸发加热管生成积垢会影响传热，无积垢生成是不可能
47、的。根据查定或实际观察确定蒸发罐煮洗清除积垢操作。一般先煮碱，然后用清水煮洗罐煮洗清除积垢操作。一般先煮碱，然后用清水煮洗23次，再进行酸洗后再用次，再进行酸洗后再用清水冲洗清水冲洗23次，最后用人工通刷。现已采用化学防、除垢剂和高压水除垢的办次，最后用人工通刷。现已采用化学防、除垢剂和高压水除垢的办法。法。(二二)蒸发的设备管理蒸发的设备管理 1蒸发器的安装与水压试验蒸发器的安装与水压试验 蒸发器安装好坏与水压试验是否附合要求，对蒸发操作有直接影响。蒸发器蒸发器安装好坏与水压试验是否附合要求，对蒸发操作有直接影响。蒸发器的安装应先进行预安装，然后进行正式安装。预安装的目的是检查加热室、蒸的安
48、装应先进行预安装，然后进行正式安装。预安装的目的是检查加热室、蒸发室及各处法兰是否符合设计要求，出现加工不合理的地方采取补救措施。当发室及各处法兰是否符合设计要求，出现加工不合理的地方采取补救措施。当预安装无误时再进行正式安装和水压试验。预安装无误时再进行正式安装和水压试验。2蒸发系统阀门的管理蒸发系统阀门的管理 蒸发系统是受压容器，它包括各效蒸发器、抽汁汽系统、凝结水排出系统、蒸发系统是受压容器，它包括各效蒸发器、抽汁汽系统、凝结水排出系统、泵系统，甚至包括蒸汽冷凝系统。因此整个系统的阀门、管路等必须严密不泄泵系统，甚至包括蒸汽冷凝系统。因此整个系统的阀门、管路等必须严密不泄漏，阀门必须灵活
49、好用。特别在稳定操作的情况下，非操作人员不得随便触动漏，阀门必须灵活好用。特别在稳定操作的情况下，非操作人员不得随便触动阀门。阀门。3保温管理保温管理 蒸发设备及其所属的热力系统必须严格按保温操作规定保温，以防止热量的蒸发设备及其所属的热力系统必须严格按保温操作规定保温，以防止热量的损失。损失。三、不正常现象及处理三、不正常现象及处理 1各效压力不稳定各效压力不稳定产生各效压力不稳定的原因很多，大致有：供汽压力不稳定；汁汽抽出量不均衡；加热管严重积垢；产生各效压力不稳定的原因很多，大致有：供汽压力不稳定；汁汽抽出量不均衡；加热管严重积垢；凝结水或不凝结气体排出不良等。由操作人员和工艺及设备管理
50、人员判断其原因后处理。凝结水或不凝结气体排出不良等。由操作人员和工艺及设备管理人员判断其原因后处理。2料液浓度过低料液浓度过低 浓度过低意味着蒸发工序没有完成浓缩的基本任务，其原因有：进料浓度低或来量过大，汁汽抽浓度过低意味着蒸发工序没有完成浓缩的基本任务，其原因有：进料浓度低或来量过大，汁汽抽出不正常；首效供汽不足或末效真空不足，不能保证各效及总有效温度差；凝结水或不凝结气体排出不正常；首效供汽不足或末效真空不足，不能保证各效及总有效温度差；凝结水或不凝结气体排出不良；加热管严重积垢，蒸发效率低；加热管泄漏和液位过高等。操作人员应采用查定等手段判出不良；加热管严重积垢，蒸发效率低；加热管泄漏
