循環(huán)型蒸發(fā)器分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

        目前常用的循環(huán)型蒸發(fā)器有以下幾種：

        一、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)介：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的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(chēng)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%。當(dāng)加熱介質(zhì)通入管間加熱時(shí)，由于加熱管內(nèi)單位體積液體的受熱面積大于中央循環(huán)管內(nèi)液體的受熱面積，因此加熱管內(nèi)液體的相對(duì)密度小，從而造成加熱管與中央循環(huán)管內(nèi)液體之間的密度差，這種密度差使得溶液自中央循環(huán)管下降，再由加熱管上升，形成自然循環(huán)流動(dòng)。

        操作時(shí)，管束內(nèi)單位體積溶液的受熱面積大于粗管內(nèi)的，即前者受熱好，溶液汽化的多，因此細(xì)管內(nèi)的溶液含汽量多，致使密度比粗管內(nèi)溶液的要小，這種密度差促使溶液作沿粗管下降而沿細(xì)管上升的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，故粗管除稱(chēng)為中央循環(huán)管外還稱(chēng)為降液管，細(xì)管稱(chēng)為加熱管或沸騰管。

        中央循環(huán)管式蒸發(fā)器在過(guò)程工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，故又稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器。它適用于蒸發(fā)結(jié)垢不嚴(yán)重、有少量結(jié)晶析出和腐蝕性較小的溶液。這種蒸發(fā)器的傳熱面積可高達(dá)數(shù)百平方米，傳熱系數(shù)約為600w/（m·℃）~3000w/（m·℃）

        優(yōu)缺點(diǎn)：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器是從水平加熱室及蛇管加熱室蒸發(fā)器發(fā)展而來(lái)。相對(duì)于這些老式蒸發(fā)器而言，它具有溶液循環(huán)好、傳熱速率快等優(yōu)點(diǎn)。

        但實(shí)際上這類(lèi)蒸發(fā)器由于受總高度的限制，所以加熱管長(zhǎng)度較短，一般為1至2m，直徑：25至75mm，所以循環(huán)速度一般在0.4m/s~0.5m/s以下。另外，由于溶液不斷循環(huán)，使加熱管內(nèi)溶液始終接近完成液的濃度，故有溶液粘度大、沸點(diǎn)高等缺點(diǎn)。此外，蒸發(fā)器的加熱室不易清洗。

        二、懸筐式蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)介：懸筐式蒸發(fā)器是在中央循環(huán)管蒸發(fā)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，其加熱室像個(gè)懸筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，可由頂部取出。加熱介質(zhì)由中央蒸汽管進(jìn)入加熱室，而在加熱室外壁與蒸發(fā)器殼體的內(nèi)壁之間有環(huán)隙通道，其作用類(lèi)似于中央循環(huán)管。

        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，常用于燒堿工業(yè)中。

        優(yōu)缺點(diǎn)：懸筐式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)速度較高（約為1~1.5m/s），傳熱系數(shù)較大。由于與殼體接觸的是溫度較低的溶液，其熱損失較小，且加熱室的一端可自由膨脹，避免了管子與管板之間的溫差應(yīng)力。此外，由于懸掛的加熱室可以由蒸發(fā)器上方取出，故其清洗和檢修都比較方便。

        其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬消耗量大。

        三、外熱式蒸發(fā)器

        外熱式循環(huán)蒸發(fā)器具有制造簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，是循環(huán)型蒸發(fā)器中應(yīng)用最廣泛的蒸發(fā)器之一，也是最典型的一種蒸發(fā)器。外熱式循環(huán)蒸發(fā)器可分為外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器和外熱式強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。

        外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)介：外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器由循環(huán)管、加熱室、沸騰管、分離室四個(gè)主要部分組成。蒸發(fā)過(guò)程中，料液進(jìn)入加熱室加熱升溫，由于未達(dá)到該狀態(tài)下的飽和溫度，溶液并不沸騰，隨著加熱和管內(nèi)壓強(qiáng)的降低，當(dāng)溶液的溫度達(dá)到該狀態(tài)下的飽和壓強(qiáng)后，開(kāi)始沸騰，從而產(chǎn)生大量氣泡。溶液的密度也隨之減小，這樣在沸騰管中的氣液混合物和循環(huán)管側(cè)的未沸騰的料液間存在密度差，形成了外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的循環(huán)推動(dòng)力。

        應(yīng)用：可以在真空條件下操作，適用于中藥、西藥、葡萄糖、淀粉、味精、乳品等熱敏性物料的低溫真空濃縮，應(yīng)用范圍較廣。

        優(yōu)缺點(diǎn)：外熱式蒸發(fā)器的加熱管長(zhǎng)徑比為60~100，常壓蒸發(fā)時(shí)，溶液在循環(huán)管內(nèi)的循環(huán)速度小于一米每秒。由于其采用的是外置加熱室，便于清洗和更換，并且不受分離室結(jié)構(gòu)以及加熱室尺寸的影響，一個(gè)蒸發(fā)器可配一到四個(gè)加熱室，因此能夠達(dá)到很大的蒸發(fā)能力。

        但人無(wú)完人，物也一樣，外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器也有一些不足之處。主要就是溶液的循環(huán)速度不高，傳熱效果欠佳，溶液溫度較高。

        外熱式強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)介：外熱式強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是由加熱室和蒸發(fā)室組成，靠循環(huán)管、循環(huán)泵連接成一個(gè)整體，它適合于有結(jié)晶顆粒或粉粒的溶液蒸發(fā)濃縮。

        應(yīng)用：可用于工業(yè)廢水處理、城市污水處理等。

        優(yōu)缺點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，唯一不足的是電耗相對(duì)較高。這種蒸發(fā)器利用外加動(dòng)力促使料液循化，工業(yè)中一般用軸流泵提供動(dòng)力。在同樣條件下，提高蒸發(fā)器內(nèi)液體的循環(huán)速度，則單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)加熱管的溶液越多，溶液溫度越低，越有利于熱敏性物質(zhì)的蒸發(fā)，且還有利于傳熱系數(shù)的提高。同時(shí)，由于降低了單程氣化率，溶液在加熱管壁面附近的局部濃度增高現(xiàn)象得到了控制，減緩了加熱管上的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。

        但是強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器在蒸發(fā)過(guò)程中，隨著溶液濃度的逐漸增大，在動(dòng)設(shè)備（如循環(huán)泵）處易發(fā)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象，并且設(shè)備運(yùn)行時(shí)動(dòng)力消耗大，通常為0.4~0.8kW（每1m2傳熱面積）。因此，加熱面積越大，所需循環(huán)泵的動(dòng)力越大，其維修和操作費(fèi)用也越大。

        四、列文蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)介：列文蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在加熱室上增設(shè)沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用，而并不在加熱管內(nèi)沸騰，直到上升至沸騰室內(nèi)當(dāng)其所受壓力降低后才能開(kāi)始沸騰，因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒(méi)有傳熱面的沸騰室。

        應(yīng)用：適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。

        優(yōu)缺點(diǎn)：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。另外，這種蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積約為加熱管的總截面積的2至3倍，溶液循環(huán)速度可達(dá)2.5至3m/s以上，故總傳熱系數(shù)亦較大。

        主要缺點(diǎn)是液柱靜壓頭效應(yīng)引起的溫度差損失較大，為了保持一定的有效溫度差，要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外，設(shè)備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠(chǎng)房等。

        五、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)介：強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是利用外加動(dòng)力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動(dòng)。循環(huán)速度的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)泵的流量來(lái)控制，一般循環(huán)速度在2.5m/s以上。它的加熱室有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)，液體循環(huán)速度大小由泵調(diào)節(jié)。根據(jù)分離室循環(huán)料液進(jìn)出口的位置不同，它又可以分為正循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器及逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器，循環(huán)料液進(jìn)口位置在出口位置上部的稱(chēng)為正循環(huán)，反之為逆循環(huán)。

        應(yīng)用：強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器用于避免在加熱面上沸騰的產(chǎn)品而形成結(jié)垢或產(chǎn)生結(jié)晶。為此，管中的流動(dòng)速度必須高。當(dāng)循環(huán)液體流過(guò)熱交換器時(shí)被加熱，然后在分離器的壓力降低時(shí)部分蒸發(fā)，從而將液體冷卻至對(duì)應(yīng)該壓力下的沸點(diǎn)溫度。

        由于循環(huán)泵的原因，蒸發(fā)器的操作與溫差基本無(wú)關(guān)，物料的再循環(huán)速度可以精確調(diào)節(jié)，蒸發(fā)速率設(shè)定在一定的范圍內(nèi)。在結(jié)晶應(yīng)用中，晶體可以通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)流動(dòng)速度和采用特殊的分離器設(shè)計(jì)從循環(huán)晶體泥漿中分離出來(lái)。設(shè)備采用泵強(qiáng)制循環(huán)，具有蒸發(fā)速率高，濃縮比重大的特點(diǎn)，特別適用于濃度或粘度較高物料的蒸發(fā)。

        優(yōu)缺點(diǎn)：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。蒸發(fā)器的加熱室不易清洗。