① 蒸發器的工作原理和作用是什麼
通過加熱使溶液濃縮或從溶液中析出晶粒的設備。主要由加熱室和蒸發室兩部分組成。加熱室向液體提供蒸發所需要的熱量，促使液體沸騰汽化；蒸發室使氣液兩相完全分離。加熱室中產生的蒸氣帶有大量液沫，到了較大空間的蒸發室後，這些液體借自身凝聚或除沫器等的作用得以與蒸氣分離。通常除沫器設在蒸發室的頂部。 蒸發器按操作壓力分常壓、加壓和減壓3種。按溶液在蒸發器中的運動狀況分有：①循環型。沸騰溶液在加熱室中多次通過加熱表面，如中央循環管式、懸筐式、外熱式、列文式和強制循環式等。②單程型。沸騰溶液在加熱室中一次通過加熱表面，不作循環流動，即行排出濃縮液，如升膜式、降膜式、攪拌薄膜式和離心薄膜式等。③直接接觸型。加熱介質與溶液直接接觸傳熱，如浸沒燃燒式蒸發器。蒸發裝置在操作過程中，要消耗大量加熱蒸汽，為節省加熱蒸汽，可採用多效蒸發裝置和蒸汽再壓縮蒸發器。蒸發器廣泛用於化工、輕工等部門。
② 蒸發器結構之標準式蒸發器構成詳解
【導讀】一般的，我們對於蒸發器的了解還是不太清楚。蒸發器有很多種類型，對於不同類型的蒸發器的結構也是大同小異的。針對於此，我們就來拋磚引玉的介紹一種結構。相信在了解了這個結構的詳細情況之後，能夠觸類旁通的了解到其他的一些蒸發器的結構。桐粗畝這對於我們以後的應用來說，可以是大有裨益的。
其實我們說到的蒸發器它的主要結構就是兩個部分，即加熱室還有分離室兩個部分。由於種類不同，我們又可以依照加熱室相關的結構以及相應的操作時，相應的溶液所流動的具體實際情況又可以把將工業中一種經常會見到的間接加熱蒸發器劃分為兩個大類，他們分別是循環型(有的地方也叫做非膜式型的)還有單程型(也就是膜式型的)。接下來我們就來說說這個循環型的。
對於一種中央循環管式的蒸發器而言，它的構成是這個樣子的。首先我們來說這個加熱室，它是利用垂直管束進行組合而成。在管束的中央會安裝一個直徑比較大的管子。對於細管來說，裡面單位體積的溶液相關的受熱面相對於粗管來說是比較大的。總結著看就是前者的受熱好且溶液的汽化比較多，細管裡面的汽液混合物相對密度要小得多。正是由於這樣的密度差的作用，能夠讓溶液沿著粗管的方向下降。這個時候相應的液體就會順著細管上升，形成一個自然循環的運動。
我們一般會管中間的粗管叫做降液管，而相對應的細管就叫做沸騰管。有的時候為了能夠讓溶液循環更好一些，就會讓中央循環管的相對截面積所佔的比例達到加熱管總截面積的百分之四十到百分之百之間。通常相應的管束高度就是1—2m;而我們的裝置的加熱管相對直徑就是25～75mm，長徑對比20～40。
對於這種蒸發器完全是由原先的水平加熱室還有蛇管加熱室等相類似的蒸發器演變來的，但是他們的溶液循環情況要比老式的好很多，傳熱效率也相對的高很多;這種機器的結構緊湊且製造很方便再加上操作可靠的特點，使其應用十分的廣泛。
蒸發的概念
將含有不揮發溶質的溶液加熱沸騰，使其中的揮發性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過程稱為蒸發。蒸發操作廣泛應用於化工、輕工、制葯、食品等許多工業中。
1.蒸發操作的目的
工業蒸發操作的主要目的是：
(1)稀溶液的增濃直接製取液體產品，或者將濃縮的溶液再經進一步處理(如冷卻結晶)製取固體產品，例如稀燒鹼溶液(電解液)的濃縮、蔗糖水溶液的濃縮以及各種果汁、牛奶的濃縮等等;
(2)純凈溶劑的製取，此時蒸出的溶劑是產品，例如海水蒸發脫鹽製取淡水。
(3)同時制備濃溶液和回收溶劑，例如中葯生產中酒精浸出液的蒸發。
工業上被蒸發的溶液多為水溶液，故本章的討論僅限於水溶液的蒸發。原則上，水溶液蒸發的基本原理和設備對其它液體的蒸發也是適用的。
2.蒸發流程
按照分子運動學說，當液體受熱時，靠近加熱面的分子不斷地獲得動能。當一些分子的動能大於液體分子之間的引力時，這些分子便會從液體表面逸出而成為自由分子，此即分子的汽化。因此溶液的蒸發需要不斷地向溶液提供熱能，以維持分凳手子的連續汽化;另一方面，液面上方的蒸汽必須及時移除，否則蒸汽與溶液將逐漸趨於平衡，汽化將不能局森連續進行。
液體蒸發過程
液體蒸發的簡化流程如圖片所示，其主體設備—蒸發器由加熱室和分離室兩部分組成，其中加熱室為一垂直排列的加熱管束，在管外用加熱介質(通常為飽和水蒸汽)加熱管內的溶液，使之沸騰汽化。濃縮了的溶液(稱為完成液)由蒸發器的底部排出。而溶液汽化產生的蒸汽經上部的分離室與溶液分離後由頂部引至冷凝器。為便於區別，將蒸出的蒸汽稱為二次蒸汽，而將加熱蒸汽稱為生蒸汽或新鮮蒸汽。
對於沸點較高的溶液的蒸發，可採用高溫載熱體如導熱油、融鹽等作為加熱介質，也可以採用煙道氣直接加熱。
3.蒸發過程的分類
(1)常壓蒸發、加壓蒸發和減壓蒸發
按蒸發操作壓力的不同，可將蒸發過程分為常壓、加壓和減壓(真空)蒸發。對於大多數無特殊要求的溶液，採用常壓、加壓或減壓操作均可。但對於熱敏性料液，例如抗生素溶液、果汁等的蒸發，為了保證產品質量，需要在減壓條件下進行。減壓蒸發的優點是：
①溶液沸點降低，在加熱蒸汽溫度一定的條件下，蒸發器傳熱的平均溫度差增大，於是傳熱面積減小;
②由於溶液沸點降低，可以利用低壓蒸汽或廢熱蒸汽作為加熱蒸汽;
③溶液沸點低，可防止熱敏性物料的變性或分解;
④由於溫度低，系統的熱損失小。但另一方面，由於沸點降低，溶液的粘度大，使蒸發的傳熱系數減小，同時，減壓蒸發時，造成真空需要增加設備和動力。
(2)單效蒸發與多效蒸發
根據二次蒸汽是否用作另一蒸發器的加熱蒸汽，可將蒸發過程分為單效蒸發和多效蒸發。若前一效的二次蒸汽直接冷凝而不再利用，稱為單效蒸發，圖片5-1所示為單效蒸發的流程示意。若將二次蒸汽引至下一蒸發器作為加熱蒸汽，將多個蒸發器串聯，使加熱蒸汽多次利用的蒸發過程稱為多效蒸發。
(3)間歇蒸發與連續蒸發
根據蒸發的過程模式，可將其分為間歇蒸發和連續蒸發。間歇蒸發系指分批進料或出料的蒸發操作。間歇操作的特點是：在整個過程中，蒸發器內溶液的濃度和沸點隨時間改變，故間歇蒸發為非穩態操作。通常間歇蒸發適合於小規模多品種的場合，而連續蒸發適合於大規模的生產過程。
4.蒸發操作的特點
前已述及，蒸發操作是從溶液中分離出部分溶劑，而溶液中所含溶質的數量不變，因此蒸發是一個熱量傳遞過程，其傳熱速率是蒸發過程的控制因素。蒸發所用的設備屬於熱交換設備。
但與一般的傳熱過程比較，蒸發過程又具有其自身的特點，主要表現在：
(1)溶液沸點升高
被蒸發的料液是含有非揮發性溶質的溶液，由拉烏爾定律可知，在相同的溫度下，溶液的蒸汽壓低於純溶劑的蒸氣壓。換言之，在相同壓力下，溶液的沸點高於純溶劑的沸點。因此，當加熱蒸汽溫度一定，蒸發溶液時的傳熱溫度差要小於蒸發溶劑時的溫度差。溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。在進行蒸發設備的計算時，必須考慮溶液沸點上升的這種影響。
(2)物料的工藝特性蒸發過程中，溶液的某些性質隨著溶液的濃縮而改變。
有些物料在濃縮過程中可能結垢、析出結晶或產生泡沫;有些物料是熱敏性的，在高溫下易變性或分解;有些物料具有較大的腐蝕性或較高的粘度等等。因此，在選擇蒸發的方法和設備時，必須考慮物料的這些工藝特性。
(3)能量利用與回收
蒸發時需消耗大量的加熱蒸汽，而溶液汽化又產生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潛熱，提高加熱蒸汽的經濟程度，也是蒸發器設計中的重要問題。
蒸發設備
隨著工業蒸發技術的不斷發展，蒸發設備的結構與型式亦不斷改進與創新，其種類繁多，結構各異。目前工業上實用的蒸發設備約有六十餘種，其中最常用的也有十餘種型式，本節僅介紹常用的幾種。
一.常用蒸發器的結構與特點
常用蒸發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，最初採用夾套式或蛇管式加熱裝置，其後則有橫卧式短管加熱室及豎式短管加熱室。繼而又發明了豎式長管液膜蒸發器，以及刮板式薄膜蒸發器等等。根據溶液在蒸發器中流動的情況，大致可將工業上常用的間接加熱蒸發器分為循環型與單程型兩類。
1.循環型蒸發器
這類蒸發器的特點是溶液在蒸發器內作循環流動。根據造成液體循環的原理的不同，又可將其分為自然循環和強制循環兩種類型。前者是藉助在加熱室不同位置上溶液的受熱程度不同，使溶液產生密度差而引起的自然循環;後者是依靠外加動力使溶液進行強制循環。目前常用的循環型蒸發器有以下幾種：
(1)中央循環管式蒸發器
中央循環管式蒸發器的結構如圖片所示，其加熱室由一垂直的加熱管束(沸騰管束)構成，在管束中央有一根直徑較大的管子，稱為中央循環管，其截面積一般為加熱管束總截面積的40~100%。當加熱介質通入管間加熱時，由於加熱管內單位體積液體的受熱面積大於中央循環管內液體的受熱面積，因此加熱管內液體的相對密度小，從而造成加熱管與中央循環管內液體之間的密度差，這種密度差使得溶液自中央循環管下降，再由加熱管上升的自然循環流動。溶液的循環速度取決於溶液產生的密度差以及管的長度，其密度差越大，管子越長，溶液的循環速度越大。但這類蒸發器由於受總高度限制，加熱管長度較短，一般為1~2m，直徑為25~75mm，長徑比為20~40。
中央循環管蒸發器具有結構緊湊、製造方便、操作可靠等優點，故在工業上的應用十分廣泛，有所謂「標准蒸發器」之稱。但實際上，由於結構上的限制，其循環速度較低(一般在0.5m/s以下);而且由於溶液在加熱管內不斷循環，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液的沸點高、有效溫度差減小。此外，設備的清洗和檢修也不夠方便。
懸筐式蒸發器是中央循環管蒸發器的改進。其加熱室像個懸筐，懸掛在蒸發器殼體的下部，可由頂部取出，便於清洗與更換。加熱介質由中央蒸汽管進入加熱室，而在加熱室外壁與蒸發器殼體的內壁之間有環隙通道，其作用類似於中央循環管。操作時，溶液沿環隙下降而沿加熱管上升，形成自然循環。一般環隙截面積約為加熱管總面積的100~150%，因而溶液循環速度較高(約為1~1.5m/s)。由於與蒸發器外殼接觸的是溫度較低的沸騰液體，故其熱損失較小。
懸筐式蒸發器適用於蒸發易結垢或有晶體析出的溶液。它的缺點是結構復雜，單位傳熱面需要的設備材料量較大。
(3)外熱式蒸發器
外熱式蒸發器的特點是加熱室與分離室分開，這樣不僅便於清洗與更換，而且可以降低蒸發器的總高度。因其加熱管較長(管長與管徑之比為50~100)，同時由於循環管內的溶液不被加熱，故溶液的循環速度大，可達1.5m/s。
(4)列文蒸發器
列文蒸發器的特點是在加熱室的上部增設一沸騰室。這樣，加熱室內的溶液由於受到這一段附加液柱的作用，只有上升到沸騰室時才能汽化。在沸騰室上方裝有縱向隔板，其作用是防止氣泡長大。此外，因循環管不被加熱，使溶液循環的推動力較大。循環管的高度一般為7~8m，其截面積約為加熱管總截面積的200~350%。因而循環管內的流動阻力較小，循環速度可高達2~3m/s。
列文蒸發器的優點是循環速度大，傳熱效果好，由於溶液在加熱管中不沸騰，可以避免在加熱管中析出晶體，故適用於處理有晶體析出或易結垢的溶液。其缺點是設備龐大，需要的廠房高。此外，由於液層靜壓力大，故要求加熱蒸汽的壓力較高。
(5)強制循環蒸發器
蒸發器結構的情況對於它的應用來說是一種很好的表現。這種結構的使用完全可以讓它在執行工作的時候，達到一個相對比較滿意的結果。我們在了解了蒸發器結構之後，對於以後遇到的一些特殊的問題或者是故障的時候，就可以依據它的結構來斷定是哪裡出現了問題。解決起來也是相當的容易一些了。
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