降膜式蒸发器的若干设计要点
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内壁，如图2所示。常识告诉我们，更薄的液相膜是 更容易蒸发的，这也是降膜式蒸发器能具有更高传 热系数的原因，如何使管内液相膜均匀分布是整个 蒸发器设计的核心与灵魂。本文就降膜式蒸发器管 内传热系数的确定、分布器的设计及浸润问题进行 阐述。
换热管
冷凝蒸汽
液相膜
分布器
换热管
Ta
Tp Tv
蒸汽
冷凝器
蒸汽腔
关键词：降膜式蒸发器；传热系数；分布器；浸润问题
0 引言
降膜式蒸发器是蒸发设备中的一种，在国外应 用已经有相当长的一段时间，其主要优点有：（1）传 热效率高；（2）物料停留时间更短；（3）可应用于更 小的温差工况；（4）内部没有压力差，内部物料物性 一致，使内部传热系数更统一等。其中，物料停留时 间短，使其更加适用于热敏性物料的蒸发工作。因 此，降膜式蒸发器也广泛应用于食品、药品、饮料和 造纸等行业，典型的降膜式蒸发器的工艺流程如图 1所示。
Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ◆装备应用与研究
降膜式蒸发器的若干设计要点
陈庭清
（上海远跃制药机械有限公司，上海 201715）
摘 要：介绍了降膜式蒸发器的结构特点，并就传热系数的确定、分布器的设计及浸润问题等进行了阐述， 大量引用国外先进的技术经验，对蒸发器设计者了解降膜式蒸发器具有一定的指导意义。
ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ： Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｍ］．Ｗｉｌｅｙ，２０１１． ［３］ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ． ＨＴＲＩ ｄｅｓｉｇｎ
收稿日期：2015－03－03 作者简介：陈庭清（1984—），男，江西赣州人，助理工程 师，研究方向：化工设备的研发设计。
［５］ Ｐａｒａｍａｌｉｎｇａｍ Ｓ，Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ Ｊ，Ｍａｒｓｈ Ｃ．Ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｆ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ ｄｕｅ ｔｏ
［参考文献］ ［１］ ＣＨＵＮ Ｋ Ｒ，ＳＥＢＡＮ Ｒ Ａ．Ｈａｅｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏ Ｅｖａｐｏｒ－
ａｔｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍｓ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ
Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ◆装备应用与研究
简 单 有 效 ，有 计 算 依 据 ，是 本文着力推
缺口
排空管
荐的结构。
液面
液面
进口孔 3 浸润问题
管板
管板
（a）简单堰式
（b）带缺口式 图３ 分布器结构
成膜 间隙
（c）插入式
布液孔
蒸汽
液体
h
换热管的浸润问题是降膜式蒸发 器设计时应考虑的又一重要因素，如果 换热管没有处于浸润状态，那么换热 管 会出现 重度结 垢 或 红 锈 ，从 而 使 整个 蒸发器处于低热传递效果之下。这里引 入一个物理量Γ来阐述这个问题。
气液分离器
冷凝液
冷凝液 图１ 典型的降膜式蒸发器的工艺流程
与升膜式蒸发器的工作特点不同，降膜式蒸发 器管内液体并非是充满的，而是呈薄膜状分布于管
图２ 薄膜状分布管内壁
1 降膜式蒸发器管内传热系数的确定
关于降膜式蒸发器管内传热系数的确定，国际 上已有相当多的研究成果，现在一般通用的有 HTRI 法 以 及 CHUN 和 SEBAN 研 究 出 来 的 计 算 方
机电信息 2015 年第 20 期总第 446 期 ２９
装备应用与研究◆Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ
法，由于CHUN和SEBAN方 法更 多 地 出 现 于 相 关 （BOILING RANGE METHOD） 和理论沸腾范围法
科技文献中，本文仅就CHUN和SEBAN方法进行介绍。 （theoretical BOLING RANGE MEYHOD）及上述两
Re— ——雷诺数。
当蒸发温度处于上述温度范围之间时，应使用组合 法（COMBINED METHOD）进行插值运算。具体方 法在相关文献中有比较详尽的记载，不再赘述。
当管内流体为湍流时：
h*f =0.003 8 Re0.4Pr0.65
（2）
式中 h*f— ——无量纲膜传热系数，W／（m2·K）；
Re— ——雷诺数；
Cd— ——修正系数； g— ——重力加速度，9.8 m／s2；
h— ——积液高度，m。
ΠD2holes =
F
4
nholesCd 姨2gh
式中 Dholes— ——布液孔直径，m；
F— ——介质流量，m3／s；
（6）
于0.2 kg／（m·s）时，蒸发器的整体换热系数将会被 Γ／Γmin的比值修正。同样，也有研究表明，当浸润程 度（WETTING RANGE）低 于 0.08 kg／（m·s）时 ，蒸
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ２００２，１２（４）：１８７－１８９． ［９］ Ａｌｅｘ Ｐａｔｉｓｔ，Ｄａｒｒｅｎ Ｂａｔｅｓ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ： Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｏ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｍｅｒｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ２００８（９）：１４７–１５４． ［１０］ Ｂｅｒｇｌｅｓ Ａ Ｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｌｏｗ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ
（上接第28页） ［６］ 李春喜，宋红艳．超声波在化工中的应用与研究进
展［Ｊ］．石油学报，２００１，１７（３）：８６－９４． ［７］ 秦炜，原永辉．超声波化工分离过程的强化［Ｊ］．化
工进展，１９９５（１）：１－５． ［８］ Ｗａｎｇ Ｊｕｎ， Ｈａｎ Ｊｉａｎｔａｏ， Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｇ． Ｔｈｅ
CHUN和SEBAN在其发表的论文中总结了以 者的组合方法（COMBINED METHOD）。一般来说
下设计公式：
沸腾范围法适用于沸点≤61.1 ℃的蒸发过程，而理
当管内流体为层流时：
论沸腾范围法适用于沸点＞111.1 ℃的蒸发过程，
h*f =0.821 Re－0.22
（1）
式中 h*f— ——无量纲膜传热系数，W／（m2·K）；
ｆｉｌｍ ｂｒｅａｋ－ｕｐ ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉ－ｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０００ （７８Ｃ）．
Ｔｒａｎｓｆｅｒ，１９７１（１１）．
［２］ Ｋ． Ｓ． Ｎ． Ｒａｊｕ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ，
h— ——积液高度，m。
4 结语
Cd一般取0.6～0.7，其中布液孔的数量（nhole）s 可 根据换热管的数量及分布情况推算出来，那么布液
通过以上描述，我们能清晰地认识到降膜式蒸
孔的直径也就很容易推算出来了。这种分布器结构 发器的设计要点，即液体分布效果的好坏：分布得
机电信息 2015 年第 20 期总第 446 期 ３１
式中 Pr— ——普朗特数；
另有文献也介绍了一种分布器的结构，其上面
Cp—— —比热容，J／（kg·K）； k— ——传热系数，W／（m2·K）；
设 有 布 液 孔（LIQUID HOLES）升 气 管（VAPOR TUBES）结构，如图4所示，用于下降液体的分布及
μ—— —动力黏度，Pa·s。
蒸发后气体的上升。
如 Paramalingam 在 相 关 文 献 中 提 出 在 以 牛 奶 为
操作对象 的蒸发器中 ，推荐 Γmin不能低 于0.123～
nholes— ——布液孔数量； Cd— ——修正系数； g— ——重力加速度,9.8 m／s2；
0.151 kg／（m·s），但更多的人认为Γmin最好不要低于 0.2 kg／（m·s）。
在实际运用时会发现，要处理的物料不一定是
显然，这种结构是能保证下方每根换热管内均
纯物质，它们大部分都是混合物，所以要引入一个 能布有液体的，而文献中也给出了布液孔数量与大
修 正 系 数 Fcf， 主 要 的 计 算 方 法 有 沸 腾 范 围 法 小的计算方案，如下式表述：
３０ 制药装备·2015 年 7 月·第 7 辑
［１２］ Ｋａｔｈａｒｉｎａ Ｓｃｈｏｓｓｌｅｒ， Ｈｅｎｒｙ Ｊａｇｅｒ， Ｄｉｅｔｒｉｃｈ Ｋｎｏｒ． Ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｙｉｎｇ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ［Ｊ］．Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｍｅｒｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２０１２（１６）：１１３－１２０．
装备应用与研究◆Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ
好，则流量控制到位，浸润问题就解决了，换热效果
ｍａｎｕａｌ［Ｚ］．
也就上来了；分布得差，则不能形成理想的薄膜蒸 发，换热效果就差，也容易出现蒸发器重度结垢或 红锈现象，影响设备使用寿命。
［４］ Ｈｅｌｄｍａｎ Ｄ Ｒ，Ｌｕｎｄ Ｄ Ｂ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ｆｏｏｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．２ｔｈ ｅｄ．ＣＲＣ ＰＲＥＳＳ，２００６．
Re=
5 800 Pr1.06
（4）
式中 Re—— —雷诺数；
Pr— ——普朗特数。
Pr= Cp μ k
（5）
2 分布器的设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分布器是液体能否成膜的关键所在，一般来说 分布器要求能同时完成以下任务：
（1）应该能将液体分布至每根换热管； （2）应该能将液体分布在换热管的内表面； （3）蒸 汽 能 够 自 由 通 过 换 热 管 ，且 不 影 响 液 体 分布工作； （4）能够允许在过流工况下正常工作； （5）能够从底部进行清洗； （6）不会导致液体停留时间过长。 在实际工程运用中，分布器的形式是各式各样 的，相关文献介绍了以下几种分布器的结构，即简 单堰式、带缺口式和插入式（图3）。显然这些结构对 换热管的装配精度的要求是比较高的，如果有某些 换热管伸出长度过低，则会造成其他换热管没有物 料通过的情况，这不是我们希望看到的现象。
Γ是每根换热管内物料的实际质
升气管
量 流 量 ；Γmin是 保 证 每 根 换 热 管 内 壁 都 能被浸润的最低质量流量。
图４ 设有布液孔升气管的分布器结构
研究表明，当浸润程度（WETTING RANGE）低
F=nholesAholeCd 姨2gh 式中 F— ——介质流量，m3／s；
nholes— ——布液孔数量； Ahole— ——布液孔面积，m2；
Pr— ——普朗特数。
! " hf1=h*f
ρt2kt3g μt2
1／3
（3）
式中 hf1— ——纯物质的降膜传热系数，W／（m2·K）；
h*f— ——无量纲膜传热系数，W／（m2·K）；
ρt— ——密度，kg／m3；
kt— ——传热系数，W／（m2·K）；
g—— —重力加速度，9.8 m／s2；
μt—— —动力黏度，Pa·s。
发器的整体换热系数将会降低13%左右。提高浸润
程度的方法一般认为是加大管径或换热管长度，这
也是降膜蒸发器的管径能达到Φ50.8 mm、管长一
般取5～10 m的原因。
通 过 以 上 描 述 ，会 发 现 对 于 Γmin的 求 解 成 为 关
（7） 键 ，在 国 际 上 已 经 有 一 些 人 对 此 进 行 过 总 结 ，
［１３］ 胡松青，李琳．功率超声对溶液性质的影响［Ｊ］． 应用声学，２００３，２２（１）：２６－３０．
［１４］ 石秀东．液体的超声蒸发［Ｊ］．食品与机械，１９９８ （１）：１８－１９．
［１５］ 曾永，樊引琴，王丽伟，等．水质模糊综合评价法 与单因子指数评价法比较 ［Ｊ］． 人民黄河，２００７ （２）：４５－６５．
ｏｎ ｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ－Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｓｍｅ，１９６４（８６）：５５９－５６０． ［１１］ Ｗｏｎｇ Ｓ Ｗ，Ｃｈｏｎ Ｗ Ｙ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄｓ ｂｙ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｙ ｂｏｉｌｉｎｇ［Ｊ］．Ａｉｃｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９６９，１５（２）：２８１－２８３．
内壁，如图2所示。常识告诉我们，更薄的液相膜是 更容易蒸发的，这也是降膜式蒸发器能具有更高传 热系数的原因，如何使管内液相膜均匀分布是整个 蒸发器设计的核心与灵魂。本文就降膜式蒸发器管 内传热系数的确定、分布器的设计及浸润问题进行 阐述。
换热管
冷凝蒸汽
液相膜
分布器
换热管
Ta
Tp Tv
蒸汽
冷凝器
蒸汽腔
关键词：降膜式蒸发器；传热系数；分布器；浸润问题
0 引言
降膜式蒸发器是蒸发设备中的一种，在国外应 用已经有相当长的一段时间，其主要优点有：（1）传 热效率高；（2）物料停留时间更短；（3）可应用于更 小的温差工况；（4）内部没有压力差，内部物料物性 一致，使内部传热系数更统一等。其中，物料停留时 间短，使其更加适用于热敏性物料的蒸发工作。因 此，降膜式蒸发器也广泛应用于食品、药品、饮料和 造纸等行业，典型的降膜式蒸发器的工艺流程如图 1所示。
Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ◆装备应用与研究
降膜式蒸发器的若干设计要点
陈庭清
（上海远跃制药机械有限公司，上海 201715）
摘 要：介绍了降膜式蒸发器的结构特点，并就传热系数的确定、分布器的设计及浸润问题等进行了阐述， 大量引用国外先进的技术经验，对蒸发器设计者了解降膜式蒸发器具有一定的指导意义。
ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ： Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｍ］．Ｗｉｌｅｙ，２０１１． ［３］ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ． ＨＴＲＩ ｄｅｓｉｇｎ
收稿日期：2015－03－03 作者简介：陈庭清（1984—），男，江西赣州人，助理工程 师，研究方向：化工设备的研发设计。
［５］ Ｐａｒａｍａｌｉｎｇａｍ Ｓ，Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ Ｊ，Ｍａｒｓｈ Ｃ．Ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｆ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ ｄｕｅ ｔｏ
［参考文献］ ［１］ ＣＨＵＮ Ｋ Ｒ，ＳＥＢＡＮ Ｒ Ａ．Ｈａｅｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏ Ｅｖａｐｏｒ－
ａｔｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍｓ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ
Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ◆装备应用与研究
简 单 有 效 ，有 计 算 依 据 ，是 本文着力推
缺口
排空管
荐的结构。
液面
液面
进口孔 3 浸润问题
管板
管板
（a）简单堰式
（b）带缺口式 图３ 分布器结构
成膜 间隙
（c）插入式
布液孔
蒸汽
液体
h
换热管的浸润问题是降膜式蒸发 器设计时应考虑的又一重要因素，如果 换热管没有处于浸润状态，那么换热 管 会出现 重度结 垢 或 红 锈 ，从 而 使 整个 蒸发器处于低热传递效果之下。这里引 入一个物理量Γ来阐述这个问题。
气液分离器
冷凝液
冷凝液 图１ 典型的降膜式蒸发器的工艺流程
与升膜式蒸发器的工作特点不同，降膜式蒸发 器管内液体并非是充满的，而是呈薄膜状分布于管
图２ 薄膜状分布管内壁
1 降膜式蒸发器管内传热系数的确定
关于降膜式蒸发器管内传热系数的确定，国际 上已有相当多的研究成果，现在一般通用的有 HTRI 法 以 及 CHUN 和 SEBAN 研 究 出 来 的 计 算 方
机电信息 2015 年第 20 期总第 446 期 ２９
装备应用与研究◆Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ
法，由于CHUN和SEBAN方 法更 多 地 出 现 于 相 关 （BOILING RANGE METHOD） 和理论沸腾范围法
科技文献中，本文仅就CHUN和SEBAN方法进行介绍。 （theoretical BOLING RANGE MEYHOD）及上述两
Re— ——雷诺数。
当蒸发温度处于上述温度范围之间时，应使用组合 法（COMBINED METHOD）进行插值运算。具体方 法在相关文献中有比较详尽的记载，不再赘述。
当管内流体为湍流时：
h*f =0.003 8 Re0.4Pr0.65
（2）
式中 h*f— ——无量纲膜传热系数，W／（m2·K）；
Re— ——雷诺数；
Cd— ——修正系数； g— ——重力加速度，9.8 m／s2；
h— ——积液高度，m。
ΠD2holes =
F
4
nholesCd 姨2gh
式中 Dholes— ——布液孔直径，m；
F— ——介质流量，m3／s；
（6）
于0.2 kg／（m·s）时，蒸发器的整体换热系数将会被 Γ／Γmin的比值修正。同样，也有研究表明，当浸润程 度（WETTING RANGE）低 于 0.08 kg／（m·s）时 ，蒸
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ２００２，１２（４）：１８７－１８９． ［９］ Ａｌｅｘ Ｐａｔｉｓｔ，Ｄａｒｒｅｎ Ｂａｔｅｓ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ： Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｏ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｍｅｒｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ２００８（９）：１４７–１５４． ［１０］ Ｂｅｒｇｌｅｓ Ａ Ｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｌｏｗ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ
（上接第28页） ［６］ 李春喜，宋红艳．超声波在化工中的应用与研究进
展［Ｊ］．石油学报，２００１，１７（３）：８６－９４． ［７］ 秦炜，原永辉．超声波化工分离过程的强化［Ｊ］．化
工进展，１９９５（１）：１－５． ［８］ Ｗａｎｇ Ｊｕｎ， Ｈａｎ Ｊｉａｎｔａｏ， Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｇ． Ｔｈｅ
CHUN和SEBAN在其发表的论文中总结了以 者的组合方法（COMBINED METHOD）。一般来说
下设计公式：
沸腾范围法适用于沸点≤61.1 ℃的蒸发过程，而理
当管内流体为层流时：
论沸腾范围法适用于沸点＞111.1 ℃的蒸发过程，
h*f =0.821 Re－0.22
（1）
式中 h*f— ——无量纲膜传热系数，W／（m2·K）；
ｆｉｌｍ ｂｒｅａｋ－ｕｐ ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉ－ｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０００ （７８Ｃ）．
Ｔｒａｎｓｆｅｒ，１９７１（１１）．
［２］ Ｋ． Ｓ． Ｎ． Ｒａｊｕ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ，
h— ——积液高度，m。
4 结语
Cd一般取0.6～0.7，其中布液孔的数量（nhole）s 可 根据换热管的数量及分布情况推算出来，那么布液
通过以上描述，我们能清晰地认识到降膜式蒸
孔的直径也就很容易推算出来了。这种分布器结构 发器的设计要点，即液体分布效果的好坏：分布得
机电信息 2015 年第 20 期总第 446 期 ３１
式中 Pr— ——普朗特数；
另有文献也介绍了一种分布器的结构，其上面
Cp—— —比热容，J／（kg·K）； k— ——传热系数，W／（m2·K）；
设 有 布 液 孔（LIQUID HOLES）升 气 管（VAPOR TUBES）结构，如图4所示，用于下降液体的分布及
μ—— —动力黏度，Pa·s。
蒸发后气体的上升。
如 Paramalingam 在 相 关 文 献 中 提 出 在 以 牛 奶 为
操作对象 的蒸发器中 ，推荐 Γmin不能低 于0.123～
nholes— ——布液孔数量； Cd— ——修正系数； g— ——重力加速度,9.8 m／s2；
0.151 kg／（m·s），但更多的人认为Γmin最好不要低于 0.2 kg／（m·s）。
在实际运用时会发现，要处理的物料不一定是
显然，这种结构是能保证下方每根换热管内均
纯物质，它们大部分都是混合物，所以要引入一个 能布有液体的，而文献中也给出了布液孔数量与大
修 正 系 数 Fcf， 主 要 的 计 算 方 法 有 沸 腾 范 围 法 小的计算方案，如下式表述：
３０ 制药装备·2015 年 7 月·第 7 辑
［１２］ Ｋａｔｈａｒｉｎａ Ｓｃｈｏｓｓｌｅｒ， Ｈｅｎｒｙ Ｊａｇｅｒ， Ｄｉｅｔｒｉｃｈ Ｋｎｏｒ． Ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｙｉｎｇ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ［Ｊ］．Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｍｅｒｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２０１２（１６）：１１３－１２０．
装备应用与研究◆Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ
好，则流量控制到位，浸润问题就解决了，换热效果
ｍａｎｕａｌ［Ｚ］．
也就上来了；分布得差，则不能形成理想的薄膜蒸 发，换热效果就差，也容易出现蒸发器重度结垢或 红锈现象，影响设备使用寿命。
［４］ Ｈｅｌｄｍａｎ Ｄ Ｒ，Ｌｕｎｄ Ｄ Ｂ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ｆｏｏｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．２ｔｈ ｅｄ．ＣＲＣ ＰＲＥＳＳ，２００６．
Re=
5 800 Pr1.06
（4）
式中 Re—— —雷诺数；
Pr— ——普朗特数。
Pr= Cp μ k
（5）
2 分布器的设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分布器是液体能否成膜的关键所在，一般来说 分布器要求能同时完成以下任务：
（1）应该能将液体分布至每根换热管； （2）应该能将液体分布在换热管的内表面； （3）蒸 汽 能 够 自 由 通 过 换 热 管 ，且 不 影 响 液 体 分布工作； （4）能够允许在过流工况下正常工作； （5）能够从底部进行清洗； （6）不会导致液体停留时间过长。 在实际工程运用中，分布器的形式是各式各样 的，相关文献介绍了以下几种分布器的结构，即简 单堰式、带缺口式和插入式（图3）。显然这些结构对 换热管的装配精度的要求是比较高的，如果有某些 换热管伸出长度过低，则会造成其他换热管没有物 料通过的情况，这不是我们希望看到的现象。
Γ是每根换热管内物料的实际质
升气管
量 流 量 ；Γmin是 保 证 每 根 换 热 管 内 壁 都 能被浸润的最低质量流量。
图４ 设有布液孔升气管的分布器结构
研究表明，当浸润程度（WETTING RANGE）低
F=nholesAholeCd 姨2gh 式中 F— ——介质流量，m3／s；
nholes— ——布液孔数量； Ahole— ——布液孔面积，m2；
Pr— ——普朗特数。
! " hf1=h*f
ρt2kt3g μt2
1／3
（3）
式中 hf1— ——纯物质的降膜传热系数，W／（m2·K）；
h*f— ——无量纲膜传热系数，W／（m2·K）；
ρt— ——密度，kg／m3；
kt— ——传热系数，W／（m2·K）；
g—— —重力加速度，9.8 m／s2；
μt—— —动力黏度，Pa·s。
发器的整体换热系数将会降低13%左右。提高浸润
程度的方法一般认为是加大管径或换热管长度，这
也是降膜蒸发器的管径能达到Φ50.8 mm、管长一
般取5～10 m的原因。
通 过 以 上 描 述 ，会 发 现 对 于 Γmin的 求 解 成 为 关
（7） 键 ，在 国 际 上 已 经 有 一 些 人 对 此 进 行 过 总 结 ，
［１３］ 胡松青，李琳．功率超声对溶液性质的影响［Ｊ］． 应用声学，２００３，２２（１）：２６－３０．
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