蒸發器類型和應用

蒸發器可能被歸類如下：

1.通過管狀加熱表麵與蒸發液體分離的加熱培養基。

2.加熱介質，由線圈，夾克，雙牆，平板等限製。

3.加熱培養基與蒸發液體直接接觸。

4.通過太陽輻射加熱。

迄今為止，工業蒸發器數量最多，采用管狀加熱表麵。液體經過加熱表麵的循環可以通過沸騰或機械手段誘導。在後一種情況下，沸騰可能在加熱表麵發生也可能不會發生。

強製循環蒸發器（圖11-122 A，B，C）盡管它可能不是許多用途的最經濟性，但強製循環（FC）蒸發器適用於最寬的蒸發器應用。使用泵來確保循環經過加熱表麵，可以將傳熱，蒸氣的功能分開液體分離和結晶。泵從閃光室中撤出酒，並將其通過加熱元件迫使其回到閃光室。無論蒸發率如何，都保持循環狀態；因此，這種類型的蒸發器非常適合結晶操作，其中必須始終保持固體。經過加熱表麵的液體速度僅受所需或可用的泵浦功率以及在較高速度處加速腐蝕和腐蝕的限製。管子速度通常從鹽蒸發器中至少約為1.2 m/s（4 ft/s），含銅或黃銅管以及含有5％或更多固體ob体育赛事的液體，含量約為3 m/s（10 ft/s）苛性蒸發器鎳管和液體隻有少量固體。當不通過腐蝕加速腐蝕時，可以使用更高的速度。

如圖11-122a所示的類型，在液體中煮沸時，在FC蒸發器中獲得最高的熱轉移係數。加熱元件投射到蒸氣頭中，並將液位保持在頂部管板板附近，通常略低於液位。這種類型的FC蒸發劑不太適合醃製溶液，因為在管中沸騰會增加牆壁上鹽沉積的機會，而在管出口處突然閃爍會促進過多的成核和細晶體的產生。因此，這種類型的蒸發劑很少使用，除非存在淨空限製或液體既不形成鹽或尺度。

到目前為止，最多的強製循環蒸發器是淹沒管類型的，如圖11-122£>所示。加熱元件的放置足夠遠的位於液位以下或返回線至閃光燈室以防止管中沸騰。優選地，即使在插入的管子（因此在蒸汽溫度下），靜水壓頭也足以防止沸騰，因為這可以防止整個管子的鹽水。這種類型的蒸發器有時有Hori

如圖。11-122蒸發器類型。（a）強製循環。（b）淹沒管強迫循環。（c）奧斯陸型結晶器。（d）短管垂直。（e）螺旋槳卡蘭德裏亞。（f）長管垂直。（g）循環長管垂直。（h）落電影。（i，j）水平管蒸發器。C =冷凝物;f = feed;g =通風孔;p = product;S = Steam;v =蒸氣;ent =分開的夾帶出口。

如圖。11-122蒸發器類型。（a）強製循環。（b）淹沒管強迫循環。（c）奧斯陸型結晶器。（d）短管垂直。（e）螺旋槳卡蘭德裏亞。（f）長管垂直。（g）循環長管垂直。（h）落電影。 (i,j) Horizontal-tube evaporators. C = condensate; F = feed; G = vent; P = product; S = steam; V = vapor; ENT'T = separated entrainment outlet.

Zontal加熱元件（通常是兩次通用），但是隻要有足夠的淨空，就會使用垂直的單通氣加熱元件。垂直元件通常具有較低的摩擦損失，並且比水平加熱器更容易清潔或更容易。淹沒管的強製循環蒸發劑相對不受管中的鹽的影響，因為沒有通過管中的蒸發產生過飽和的。由於加熱元件的過飽和僅是由受控加熱而不是通過加熱和蒸發而產生的，因此尺度形成的趨勢也降低了。

選擇與FC蒸發器一起使用的蒸氣頭類型以適合產品特性，並且可能從簡單的離心分離器到圖11-122B和C所示的結晶室。圖11-122b顯示了一種常用於常見鹽的類型。它旨在在整個係統中循環一堆晶體。圖11-122C顯示了一個淹沒的管FC蒸發器，其中加熱，閃爍和結晶完全分離。結晶的固體在蒸氣頭下方的腔室中保持為流化床，幾乎沒有或沒有固體通過加熱器和閃光室循環。這種類型非常適合生長的粗晶體，但是晶體通常接近球形形狀，並且需要仔細設計以避免在閃光腔中產生尖齒。

在淹沒的管FC蒸發器中，將所有熱量施加為明智的熱量，從而導致循環液的溫度升高，從而降低了可用於傳熱的總體溫度差。溫度升高，管子比例，管速度和循環泵的頭部需求都會影響循環速率的選擇。頭部需求通常很難估算，因為它們不僅包括通常的摩擦，入口和收縮，以及當恢複閃光室高於液位時的高程損失，而且還導致由於返回線中的閃光而增加的摩擦損失閃光燈室中的渦流損失。循環有時會受到抽吸線中蒸氣的限製。這可能是由於蒸氣分離不足而引起的泵入口在蒸氣頭的壓力下尚未完全閃爍以平衡的酒。

強迫循環蒸發器的優點：

1.高熱量轉移係數

2.正循環

3.相對免於醃製，縮放和結垢的自由

強迫循環蒸發器的缺點：

1.高成本

2.循環泵所需的電源

3.相對較高的持有或住宿時間

強製循環蒸發器的最佳應用：

1.結晶產品

2.腐蝕性解決方案

3.粘性解決方案

強迫循環蒸發器的頻繁困難：

1.用從設備牆壁脫離的鹽沉積物將管入口塞滿

2.由於高於預期的頭部損失而導致的循環不良

3.由於管子中的沸騰而鹽

4.腐蝕 - 滲入

短管垂直蒸發器（圖11-122D）這是最早的商業用途中最早的類型之一。目前，其主要用途是蒸發甘蔗糖汁。通過在試管中沸騰的循環是誘發加熱表麵的，通常在直徑為50.8至76.2 mm（2至3英寸）中，長1.2至1.8 m（4至6 ft）。身體是一個垂直圓柱體，通常是鑄鐵，而管道則是延伸到跨直徑的水平管板中。通過管的循環速率是進料速率的許多倍。因此，必須從頂部管紙上到底部管紙下方的返回段落。如圖11-122d所示，最常用的是中央井或淡化。因此，通過淡出的摩擦損失不會明顯阻礙通過管子上的循環，淡淡的滴麵積應與管的聯合橫截麵區域相同。這導致了幾乎一半的管板直徑的捕撈。

這種蒸發劑中的循環和傳熱受液體“水平”的強烈影響。當外部儀表玻璃表明的水平僅在管子的一半左右時，就可以達到最高的熱傳遞係數。ob体育赛事低於最佳水平的略有降低導致管牆不完全潤濕，從而增加了犯規趨勢和容量迅速降低。當這種類型的蒸發器與可以沉積鹽或秤沉積的液體一起使用時，習慣上以液體水平高於最佳水平，通常在頂部管板上高於最佳水平。

標準短管垂直蒸發器中的循環完全取決於沸騰，當沸騰停止時，任何固體的固體都無法懸浮。因此，這種類型很少用作結晶的蒸發器。通過在淡季中安裝螺旋槳，可以克服這種反對。圖11-122E說明了這種蒸發器，通常稱為Pro Peller Calandria。通常將螺旋槳放置盡可能低以減少氣腔，並通過驅動井的延伸來籠罩。螺旋槳的使用有時會使短管垂直蒸發器的容量增加一倍。圖11-122E所示的蒸發器包括洗脫腿對於鹽生產，類似於圖11-122b的FC蒸發器上使用的鹽。當然，底部的形狀將取決於特定的應用以及螺旋槳是從上方還是下方驅動的。為了避免使用蒸發器用於結晶溶液時，必須在頂部管板上明顯保持液位。

短管垂直蒸發器的優點：

1.高溫差異的高熱量轉移係數

2.較低的淨空

3.簡單的機械下降

4.相對便宜

短管垂直蒸發器的缺點：

1.低溫差異和低溫下的傳熱不良

2.高地板空間和重量

3.相對較高的持有

4.用粘性液體傳熱不良

短管垂直蒸發器的最佳應用：

1.清除液體

2.如果使用螺旋槳，結晶產品

3.相對非腐蝕性液體，由於身體大而昂貴，如果用低碳鋼或鑄鐵來製造的材料

4.溫和的縮放溶液需要機械清潔，因為試管直徑短且直徑較大

長管垂直蒸發器（圖11-122/，G，H）在這種類型的類型中，總蒸發比在所有其他組合中都多，因為它通常是每單位容量最便宜的。長管垂直（LTV）蒸發器由一個簡單的一通垂直組成殼管熱交換器排出相對較小的蒸氣頭。通常，蒸汽頭部沒有液位水平，酒的停留時間僅為幾秒鍾。管通常的直徑約為50.8毫米（2英寸），但可ob体育赛事能小於25.4毫米（1英寸）。在上升的膠片版本中，管長的長度可能從不到6至10.7 m（20至35 ft），而落下電影版本中的長達20 m（65 ft）。蒸發器通常是單次操作的，僅在將液體和進化的蒸氣帶到通過管中的時間到放電密度。極端情況是苛性高濃度器，在370°C（700°F）的149°C（300°F）的入口飼料中產生大量的無水產物，在22 mm-（8）/8英寸）外直徑鎳管6 m（20 ft）長。LTV蒸發器的最大用途是將黑酒集中在紙漿和紙業行業中。由於長管和相對較高的熱轉移係數，因此在這種類型的蒸發器中，可以實現比其他任何一種蒸發劑的單個單位能力。

圖11-122所示的LTV蒸發器是常用的LTV蒸發器，尤其是黑酒。進料進入管子的底部，並開始在管子上沸騰，並在高速撞擊管板上的偏轉器時，液體和蒸氣的混合物在頂部留在頂部。該偏轉器作為主要分離器和泡沫斷路器都是有效的。

在許多情況下，當飼料與蒸發之比或飼料與加熱麵的比率較低時，希望通過蒸發器提供產品的再循環。這可以在圖11-122/中顯示的類型中完成，通過在產品線和進料線之間添加管道連接。在圖11-122G中所示的類型中，可以實現較高的再循環速率，該類型廣泛用於冷凝牛奶。通過將蒸氣頭的放大部分擴大到仍然較低的地方以提供酒類的存儲空間，可以將這種類型用作批處理蒸發器。

LTV蒸發器管中的液體溫度遠非均勻，難以預測。在下端，液體通常不沸騰，而酒將熱量作為明智的熱量接收。由於進入液體速度通常很低，因此真正的熱轉移係數

底部

沿管的距離

如圖。長管垂直蒸發器中的11-123溫度變化。

底部

沿管的距離

如圖。長管垂直蒸發器中的11-123溫度變化。

在這個非沸騰區域中的纖維很低。At some point up the tube, the liquid starts to boil, and from that point on the liquid temperature decreases because of the reduction in static, friction, and acceleration heads until the vapor-liquid mixture reaches the top of the tubes at substantially vapor-頭部溫度。因此，沸騰區的真實溫度差總是小於蒸汽和蒸氣頭溫度測得的總溫度差。

盡管沸騰區的真正熱量轉移係數很高，但它們會被降低的溫度差部分抵消。沸騰開始的管子中的點以及達到最高溫度的地點對工作條件（例如進料特性，進料溫度，進料速率和熱量通量）敏感。圖11-123顯示了在恒定末端溫度差的LTV蒸發器的管中液體溫度的典型變化。曲線1顯示了飼料在管入口處不沸騰的正常情況。曲線2表明當進料在沸點進入時，溫度差會損失。曲線3的條件與曲線2完全相同，除了進料含有0.01％的teepol以減少表麵張力[Coulson和Mehta，Trans。研究化學Eng。，31，208（1953）]。表麵活性劑產生蒸氣和液體的更親密混合物，結果液體被加速至速度更接近蒸氣速度，從而增加了管中的壓降。 Although the surface-active agent caused an increase of more than 100 percent in the true heat-transfer coefficient, this was more than offset by the reduced temperature difference so that the net result was a reduction in evaporator capacity. This sensitivity of the LTV evaporator to changes in operating conditions is less pronounced at high than at low temperature differences and temperature levels.

LTV蒸發器的下降版本（圖11-122H）消除了這些問題的問題。液體被饋入管子的頂部，並以薄膜流向牆壁。蒸氣 - 液體分離通常發生在底部，盡管這種類型的某些蒸發劑安排了蒸氣以反向液體反向液體升高。穿過試管的壓降通常很小，沸騰的溫度與蒸氣頭溫度基本相同。掉落的蒸發劑被廣泛用於濃縮熱敏感材料，例如果汁，因為固定時間很小，在通過蒸發器時液體也不會過熱，即使在低沸騰處，液體也很高溫度。

落下電影LTV蒸發劑的主要問題是將飼料分布到管。必須連續潤濕所有管表麵。除非飼料與蒸發之比相當高，否則這通常需要再循環液體。當飼料發生明顯的濃度變化並且產品是粘性和/或具有高沸點上升時，有時會使用圖11-122H的簡單再循環係統的替代方法。進料室和蒸氣頭分為許多酒室，並使用單獨的泵串聯通過各種管子，所有這些都與蒸汽和蒸氣壓在一起。可以通過在管板上上方的穿孔板或一個或多個噴霧噴嘴來實現掉落蒸發器的單個管的實際分布。

上升和下降的膠片LTV蒸發劑通常不適合醃製或嚴重縮放液體。但是，兩者都被廣泛用於黑酒，這是一個輕度的縮放問題，還用於將溶液攜帶到與結晶鹽相對於飽和度之外的溶液。在後一種情況下，通常可以通過提高進料速率或降低蒸汽速率來迅速清除沉積物，以使產品在短時間內不飽和。由於難以堵塞飼料分配器，因此掉落的蒸發器通常不適合含有固體的液體。然而，它已應用於用caso4飽和的鹽水蒸發，並在懸浮液中含有5％至10％的caso4種子以預防比例（Anderson，AsmePap。76-WA/PWR-5，1976）。

由於它們的結構，緊湊性和通常高的熱傳輸係數的簡單性，LTV蒸發器非常適合使用腐蝕性液體。一個例子是人造絲自旋浴酒的重新攝入，這是高度酸的。這些蒸發器采用不透水的石墨管，鉛，橡膠覆蓋或不透水的石墨板和橡膠襯裏的蒸氣頭。拋光的不鏽鋼LTV蒸發器被廣泛用於食品。後一個蒸發器通常與圖11-122G所示的蒸發器相似，其中加熱元件位於蒸氣頭的一側，以便於輕鬆進入管子進行清潔。

長管垂直蒸發器的優點：

1.低成本

2.一個身體中的大加熱表麵

3.低固定

4.小地板空間

5.在合理的溫度差異（上升膜）下，良好的熱轉移係數

6.在所有溫度差異（下降膜）下，良好的熱轉移係數

長管垂直蒸發器的缺點：

1.高淨空

2.通常不適合鹽和嚴重縮放液體

3.在低溫差異下，升高版本的供熱轉移係數不良

4.跌落版本通常需要的再循環

長管垂直蒸發器的最佳應用：

1.清除液體

2.泡沫液體

3.腐蝕性解決方案

4.大型蒸發負荷

5.高溫差異（升高膜，低溫差異）

6.低溫操作 - 墜落的電影

7.蒸氣壓縮操作 - 墜落的薄膜

長管垂直蒸發器的頻繁困難：

1.崛起單位對工作條件變化的敏感性

2.對跌落電影單位的飼料分配不佳

在這些類型的水平管蒸發器（圖11-122»）中，蒸汽在內部和管子外的酒。圖11-122/的浸沒管版本很少被使用，除了製備鍋爐飼料。低夾帶損失是主要目的：水平圓柱形殼每單位容積的脫離接觸麵積很大。特殊版本使用限製的管板之間的變形管，當用冷水噴灑時，大部分秤沉積物破裂。通過在圖11-122/靜水頭部損失的版本中淋浴，消除了液壓頭損失，並改善了熱量轉移性能到圖11-122H的落下膠卷型掉落。該蒸發器最初稱為Lillie，現在也稱為噴霧劑或簡單的水平管蒸發器。在最上方的管子上方的噴霧劑或穿孔板來完成管子上的液體分布。通過捆綁包保持此分布以避免過度濃縮酒是這種類型的蒸發器所特有的問題。現在它主要用於海水蒸發。

水平管蒸發器的優勢：

1.非常低的淨空

2.大型蒸氣脫離接觸區域 - 吸收管類型

3.小容量直立管相對較低的成本

4.良好的熱轉換係數

5.輕鬆的半自動降級 - 靜態管類型

水平管蒸發器的缺點：

1.不適合醃製液體

2.不適合縮放液體 - 橫向管類型

3.高成本 - 類型類型

4.維持液體分布 - 纖毛類型

水平管蒸發器的最佳應用：

1.有限的淨空

2.容量較小

3.非標準非鹽液-Traight-Tube類型

4.嚴重縮放液體 - 斜管類型

加熱表麵的雜物形式特殊蒸發器設計有時會在熱量小時，需要特殊的產品特征，或者產品特別難以處理。當產品非常粘稠，小批量，需要親密的混合和/或易於清潔是一個重要因素時，通常會使用夾具的水壺（經常帶有攪拌器）。盤繞管中的蒸汽蒸發器可用於具有尺度液體的小容量，以允許“冷震動”或完全從外殼中撤出線圈以進行手動尺度去除。用於縮放液體的其他設計采用平板熱交換器，因為通常可以比彎曲表麵更容易從平板上清除秤沉積物。一種這樣的設計，即通道轉換蒸發器，可以定期從沸騰的液體到凝結蒸氣的加熱表麵兩側的職責，以便在表麵接觸時形成的比例是在接觸表麵接觸時溶解的。冷凝蒸氣。

攪拌的薄膜蒸發器采用一個加熱表麵，該加熱表麵由一個大直徑管組成，該管道可能是直徑或錐形，水平或垂直的。液體通過旋轉的刀片組件鋪在管壁上，該刀片要麼保持牆壁上的密切間隙，要麼實際騎在牆上的液體膜上。昂貴的建築限製將應用於最困難的材料。高攪拌[以12 m/s（40 ft/s）的轉子尖速度的速度]和2至20 kW m2（0.25至2.5 hp/ft2）的功率強度允許處理極其粘性的材料。僅幾秒鍾的停留時間允許在溫度和溫度差異下的熱敏材料集中到其他類型的溫度差異[Mutzenberg，Parker和Fischer。化學Eng。，72,175-190（1965年9月13日）]。可以在沒有再循環的情況下處理高飼料與產品比率。

經濟和過程的考慮通常表明，激動的薄膜蒸發器以單效模式運行。然後可以使用非常高的溫度差異：許多與Dowtherm或其他高溫培養基一起加熱。盡管相對較低的熱量轉移係數和可以在單個管中提供的小表麵[約為20平方米（200 ft2）]，但這允許達到合理的能力。ob体育赛事蒸發水樣材料時，對6至13 mm的壁厚的結構需求是相對較低的熱量轉移係數的主要原因。

蒸發器沒有加熱表麵的蒸發液浸沒燃燒器蒸發器利用燃燒氣體在液體中冒泡作為傳熱。它僅由一個可以降低液體的液體，燃燒器和燃氣分配器以及燃燒控製係統的水箱組成。由於沒有加熱表麵可以沉積在哪個尺度上，因此該蒸發劑非常適合與嚴重縮放液體一起使用。構造特殊合金或非金屬材料的儲罐和燃燒器的易用性使實際的腐蝕性溶液處理。但是，由於蒸氣與大量不可固化的氣體混合在一起，因此無法重複使用該蒸氣中的熱量，並且裝置通常僅限於低燃料成本的區域。在使用浸沒燃燒器蒸發器時經常遇到的一個困難是高度夾帶損失。同樣，當控製時，不能使用這些蒸發器晶體大小很重要。

在紙漿和造紙工業中使用磁盤或級聯蒸發劑，以從鍋爐堆疊氣體中回收熱和夾帶的化學物質，並在將黑酒在鍋爐中燃燒之前最終濃度。這些蒸發器由一個水平軸組成，其安裝在垂直於軸的軸或鋼筋平行於軸的圓盤。組裝部分沉浸在濃的黑色酒中，以便在軸旋轉時將酒膜帶入熱氣流中。

某些形式的閃光蒸發器不需要加熱表麵。一個例子是一個重結晶過程，用於將具有正常溶解度曲線的鹽與具有逆溶性曲線的鹽分離，就像將氯化鈉與硫酸鈣分開[Richards，Chem。Eng。，59（3），140（1952）]。通過直接蒸汽注入加熱循環鹽水中原始固體飼料的懸浮液。蒸汽的溫度和稀釋液溶解具有正常溶解度曲線的鹽。其他鹽保持未溶解，並在將其閃爍至較低溫度之前與熱溶液分開。閃爍時的冷卻和水的損失會導致具有正常溶解度曲線的鹽的重結晶，該鹽在將鹽水與更固體的飼料混合之前與鹽水分離，以回收加熱器。該係統可以通過在階段閃爍至較低溫度，並使用除最後階段以外的所有閃光蒸氣來將其操作，以通過直接注入加熱回收鹽水。在此過程中，總係統不會發生淨蒸發，並且該過程不能用於濃縮溶液，除非添加加熱表麵。

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