蒸发器

薄膜式蒸发器

（一）分类

1 管式薄膜蒸发器

升膜式蒸发器

降膜式蒸发器

升降膜式蒸发器

2 刮板式薄膜蒸发器

3 离心薄膜蒸发器

（一）管式薄膜蒸发器

这类蒸发器的特点是液体沿加热管壁成膜而进行蒸发。按液体动流动方向可分为：升膜式、降膜式、升降膜式等。

1 升膜式蒸发器结构

升膜式蒸发浓缩设备是指在蒸发器中形成的液膜与蒸发的二次蒸汽气流方向相同，由下而上并流上升。设备的基本结构如图9所示。

物料从加热器下部的进料管进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。

对浓缩倍数要求高的工艺条件，如果物料对加热时间相对较长无不良后果，可将从排料口放出的浓缩液部分回流至进料管，以增加浓缩倍数。由于在蒸发器中物料受热时间很短，对热敏性物料的影响相对较小，此种蒸发器对于发泡性强、稍度较小的热敏性物料较为适用。但不适用于黏度较大，受热后易产生积垢或浓缩时有晶体析出的物料。

图9 升膜式蒸发器

2 升膜式蒸发器成膜原理

升膜式蒸发器正常操作的关键是让液体物

料在管壁上形成连续不断的液膜。液膜在

长管中形成过程如图10所示, 图11a-h是

分阶段解释在长管中气、液两相的变化及

液膜形成的过程。

图11a 如果物料进入蒸发器时的温度

低于其沸点，蒸发器中有一段加热管作

为预热区，传热方式为自然对流。为了

维持蒸发器正常操作，加热管中液面一

般为管高度的1／4～1／5，液面太高，

设备效率低，出料达不到要求的浓度，控

制适当的进料量和进料温度，使设备处于

较佳的工作状态。

图11b 物料经加热达到沸腾温度时，溶

液便开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连

续的液相中。由于蒸汽气泡的密度小，

故气泡通过液体而上升。流体比重降低。

图12 液体继续受热，温度不断上升。随着气泡量的不断增加，小气泡结合形成较大的气泡，气体上升的速度则加快。液相因混有蒸汽气泡，使液体静压头下降。

图11c 当气泡继续增大形成柱状，占据管子中部的大部分空间时，

气体以很大的速度上升，而液体受重力作用沿气泡边缘下滑。

图11d 液体下降较多时，大个柱状汽泡则被液层截断。

此时液相仍然是连续相。这时混合流体处于一种强烈的

湍流状态，气柱向上升并带动其周围的部分液体一起运

动。

图11f 处于管壁和气柱之间的液体在重力作用下，向下运动，管壁上的液体受热不断蒸发，气柱不断增大，最后气柱之间的液膜消失，蒸汽占据了整个管的中部空间，形成连续相，液体只能分布于管壁，形成环状液膜，并在上升蒸汽的拖带下形成“爬膜”。

图11g 如果气流速度进一步加大，即蒸发强度过高，

溶液蒸发很激烈，蒸汽流速太快，液体蒸发时蒸汽会把溶液以雾沫形成式夹

带离开液膜，进入管中部的高速蒸汽流，在管内形成带有雾沫的喷雾流，同

时也使所形成的“液膜”迅速减薄。

图11h 如果汽速进一步增加，雾沫夹带进一步严重，使

液膜上升的速度赶不上溶液蒸发速度，则加热管上的液膜将

会出现局部被干燥、结疤、结垢、结焦等不正常现象。

可见管膜式蒸发的操作状况最好是形成“爬膜”到出

现喷雾流之间

图10 液膜的形成过程

3 溶液在加热管中产生爬膜的必要条件

要有足够的传热温差和传热强度，使蒸发的二次蒸汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成

膜上升的程度。

温度差对蒸发器的传热系数影响较大。如温差小。物料在管内仅被加热，液体内部对

流循环差，传热系数小。当温差增大，内壁上液体开始沸腾，当温差达到一定程度时，

管子的大部分长度几乎为汽液混合物所充满，二次蒸汽将溶液拉成薄膜，沿管壁迅

速向上运动。由于沸腾传热系数与液体流速成正比，随着升膜速度的增加，传

热系数不断增大。再者，由于管内不是充满液体，而是汽液混合物，因液体静

压强所引起的沸点升高所产生的温差损失几乎完全可以避免，增加了传热温度

差，传热强度增加。

图12 升膜式蒸发器

1-浓缩液, 2-蒸汽入口, 3-原料进料, 4-冷凝液出

口, 5-加热管, 6-蒸闪蒸器, 7-二次蒸气出口

但是，如传热温差过大或蒸发强度过高，传热表面

产生蒸汽量大于蒸汽离开加热面的量，则蒸汽就

会在加热表面积积聚形成大气泡，甚至覆盖加热

面，使液体不能浸润管壁，这时传热系数迅速下降，

同时形成"干壁"现象；导致蒸发器非正常运行。

升膜式蒸发器具有传热效率高，物料受热时间短的特点。

为保证设备的正常操作，应维持在爬膜状态的温度差，

并且控制一定的蒸发浓缩倍数，一般为5倍。保持真空

度稳定。

4 升膜式蒸发器的传热系数

升膜式蒸发的传热系数是不稳定的，它是随操作状

况而变化。

一条加热管中出现成膜过程有几个阶段，各阶段的

传热系数各不相同。管子下部浸没溶液的一段为加

热段，内部液体只靠自然对流循环，故它的传热系

数很低，加热段的长度随进料温度和温度差不同而

变化。

物料受热后，沸腾传热系数也得到很大的提高，但

传热系数是随管子高度而变化的。

升膜式蒸发器

升膜式蒸发器的结构，是由蒸发加热管、二次蒸汽

液沫导管、分离器和循环管四部分组成。

物料从加热器下部的进料管进入，在正常工作时，液面只达加热管高度1/4~1/5。在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。

对于加热管子直径、长度选择要适当，管径不宜过大，一般在25～80毫米之间，管长与管径之比一般为 100－500 ，这样才能使加热面供应足够成膜的汽速。

事实上由于蒸汽流量和流速是沿加热管上升而增加，故爬膜工作状况也是逐步形成的。因此管径越大，则管子需要越长。但长管加热器结构比较复杂，壳体应考虑热胀冷缩的应力对结构的影响，需采用浮头管板或在加热器壳体加膨胀圈。

二降膜式蒸发器

降膜式蒸发器与升膜式蒸发器物的结构基本相同，但由于液膜与蒸汽的流动方向是由上到下，所以与升膜式蒸发器相反，进料口在上面而分离器在下面，见图15。料液由顶部加入，通过液料分配器均匀地分配到每根加热管中被加热蒸发，因重力的影响增加了蒸汽的抽拉作用和液膜的流动速度，所以在同样条件下降膜蒸发器的液膜比升膜要薄，传热系数也较大，K=500-5,000 kJ/（m2· h·℃）。同时，由于液流加速方向与重力方向一致，加速压头所引起的沸点升高也没有了。液体的运动是靠本身的重力和二次蒸汽运动的拖带力的作用，其下降的速度比较快，因此成