一文了解蒸發(fā)器的分類及工作原理

蒸發(fā)器是制冷四大件中很重要的一個部件，低溫的冷凝液體通過蒸發(fā)器，與外界的空氣進行熱交換，氣化吸熱，達到制冷的效果。蒸發(fā)器主要由加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。加熱室向液體提供蒸發(fā)所需要的熱量，促使液體沸騰汽化；蒸發(fā)室使氣液兩相完全分離。

蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。 根據(jù)加熱室的結構和運行中的溶液流動，工業(yè)中常用的間接加熱蒸發(fā)器可分為循環(huán)型（非膜型）和單向型（膜型）兩種。

循環(huán)型（非膜）蒸發(fā)器

這種蒸發(fā)器的特征在于蒸發(fā)器中溶液的連續(xù)循環(huán)，以改善傳熱效果并且易于溶液的結垢。 有兩種類型的循環(huán)，自然循環(huán)和強制循環(huán)。 前者是由于加熱室中不同位置的溶液加熱程度不同，導致密度差引起的循環(huán)運動; 后者基于外力迫使溶液沿一個方向循環(huán)流動。

1、中央循環(huán)管（或標準式）蒸發(fā)器

中央循環(huán)管蒸發(fā)器，加熱室由垂直管束組成，中心管束有較大直徑的管子。細管中每單位體積溶液的加熱表面大于粗管中的加熱表面，即前者被更好地加熱并且溶液蒸發(fā)得更多。因此，細管中的汽液混合物的密度小于厚管中的濃度。這種密度差導致溶液以連續(xù)和規(guī)則的方式自然循環(huán)，其沿著粗管減小并沿著細管上升。粗管稱為降液管或中央循環(huán)管，細管稱為沸騰管或加熱管。為了促進溶液的良好循環(huán)，中央循環(huán)管的橫截面積通常為加熱管總橫截面積的40％至100％。管束高度為1-2m，加熱管直徑為25~75mm，長徑比為20~40。

2、懸筐式蒸發(fā)器

為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結晶、易結垢且不易清洗等缺點，對標準式蒸發(fā)器結構進行了更合理的改進，這就是懸筐式蒸發(fā)器。加熱室4象個籃筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，并且以加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁之間的環(huán)形孔道代替中央循環(huán)管。溶液沿加熱管中央上升，而后循著懸筐式加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間的環(huán)隙向下流動而構成循環(huán)。由于環(huán)隙面積約為加熱管總截面積的100至150%，故溶液循環(huán)速度比標準式蒸發(fā)器為大，可達1.5m/s。此外，這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進行檢修或更換，而且熱損失也較小。它的主要缺點是結構復雜，單位傳熱面積的金屬消耗較多。

3、外熱式蒸發(fā)器

外熱式蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器的加熱管較長，長徑比為50-100。 由于循環(huán)管中的溶液不被蒸汽加熱，其密度大于加熱管中的溶液，所形成的溶液的循環(huán)運動沿循環(huán)管減小，沿加熱管上升，循環(huán)速度可達1.5 m/s。

單程型蒸發(fā)器

這一大類蒸發(fā)器的主要特點是：溶液在蒸發(fā)器中只通過加熱室一次，不作循環(huán)流動即成為濃縮液排出。溶液通過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習慣上又稱為液膜式蒸發(fā)器。根據(jù)物料在蒸發(fā)器中流向的不同，單程型蒸發(fā)器又分以下幾種。

1、升膜式蒸發(fā)器

其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為25～50mm，管長和管徑之比約為100～150。料液經(jīng)預熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升，一般常壓下操作時適宜的出口汽速為20～50m/s，減壓下操作時汽速可達100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、液混合物在分離器2內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導出。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達到上述要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)；它對粘度很大，易結晶或易結垢的物料也不適用。

2、降膜蒸發(fā)器

如果使用具有較高蒸發(fā)濃度或粘度的溶液，可以使用降膜蒸發(fā)器。 其加熱室類似于升膜蒸發(fā)器的加熱室。 進料液體在加熱室頂部加入，并通過管末端的液體分配器均勻地流入加熱管。 在溶液本身的重力作用下，溶液沿著管的內(nèi)壁以薄膜形式向下流動并蒸發(fā)。 為了將薄膜均勻地分布在墻壁上并防止二次蒸汽直接從加熱管的頂部逸出，必須在加熱管的頂部設置經(jīng)過良好處理的液體分配器。

降膜蒸發(fā)器也適用于熱敏材料的處理，但它不適用于易結晶，易結垢或粘度高的溶液的處理。

3、刮板式蒸發(fā)器

蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝有可旋轉的葉片即刮板。刮板有固定式和轉子式兩種，前者與殼體內(nèi)壁的間隙為0.5～1.5mm，后者與器壁的間隙隨轉子的轉數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有加至與刮板同軸的甩料盤上的）。由于重力、離心力和旋轉刮板刮帶作用，溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排出。這種蒸發(fā)器是一種利用外加動力成膜的單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點是對物料的適應性很強，且停留時間短，一般為數(shù)秒或幾十秒，故可適應于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結晶、結垢、熱敏性的物料。但其結構復雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需1.5～3kW。此外，其處理量很小且制造安裝要求高。

直接接觸傳熱的蒸發(fā)器

實際生產(chǎn)中，有時還應用直接接觸傳熱的蒸發(fā)器。它是將燃料（通常為煤氣和油）與空氣混合后，在浸于溶液中的燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣經(jīng)燃燒室下部的噴嘴直接噴入被蒸發(fā)的溶液中。高溫氣體和溶液直接接觸，同時進行傳熱使水分蒸發(fā)汽化，產(chǎn)生的水汽和廢煙氣一起由蒸發(fā)器頂部排出。其燃燒室在溶液中的浸沒深度一般為0.2～0.6m，出燃燒室的氣體溫度可達1000℃以上。因是直接觸接傳熱，故它的傳熱效果很好，熱利用率高。由于不需要固定的傳熱壁面，故結構簡單，特別適用于易結晶、結垢和具有腐蝕性物料的蒸發(fā)。在廢酸處理和硫酸銨溶液的蒸發(fā)中，它已得到廣泛應用。但若蒸發(fā)的料液不允許被煙氣所污染，則該類蒸發(fā)器一般不適用。而且由于有大量煙氣的存在，限制了二次蒸氣的利用。此外噴嘴由于浸沒在高溫液體中，較易損壞。從上介紹可以看出，蒸發(fā)器的結構型式很多，各有其優(yōu)缺點和適用的場合。在選型時，首先要看它能否適應所蒸發(fā)物料的工藝特性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性以及是否容易結晶或結垢等，然后再要求其結構簡單、易于制造、金屬消耗量少，維修方便、傳熱效果好等等。