加热室的型式有多种,最初采用夹套式或蛇管式加热装置,其后则有横卧式短管加热室及竖式短管加热室。
继而又发明了竖式长管液膜蒸发器,以及刮板式薄膜蒸发器等等。根据溶液在蒸发器中流动的情况,大致可将工业上常用的间接加热蒸发器分为循环型与单程型两类。
列文蒸发器的特点是在加热室的上部增设一沸腾室。这样,加热室内的溶液由于受到这一段附加液柱的作用,只有上升到沸腾室时才能汽化。在沸腾室上方装有纵向隔板,其作用是防止气泡长大。
此外,因循环管不被加热,使溶液循环的推动力较大。循环管的高度一般为7~8m,其截面积约为加热管总截面积的200~350%。因而循环管内的流动阻力较小,循环速度可高达2 ~3m/s。
列文蒸发器的优点是循环速度大,传热效果好,由于溶液在加热管中不沸腾,能够尽可能的防止在加热管中析出晶体,故适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。其缺点是设备庞大,需要的厂房高。此外,由于液层静压力大,故要求加热蒸汽的压力较高。
上述各种蒸发器均为自然循环型蒸发器,即靠加热管与循环管内溶液的密度差引起溶液的循环,这种循环速度一般都比较低,不宜处理粘度大、易结垢及有大量析出结晶的溶液。对于这类溶液的蒸发,可采用强制循环型蒸发器。这种蒸发器是利用外加动力(循环泵)使溶液沿一定方向作高速循环流动。循环速度的大小可通过调节泵的流量来控制。一般循环速度在2.5m/s以上。这种蒸发器的优点是传热系数大,对于粘度较大或易结晶、结垢的物料,适应性较好,但其动力消耗较大。二:单程型蒸发器这类蒸发器的特点是,溶液沿加热管壁成膜状流动,一次通过加热室即达到一定的要求的浓度,而停滞时间仅数秒或十几秒钟。单程型蒸发器的主要优点是传热效率高,蒸发速度快,溶液在蒸发器内停滞时间短,因而非常适合于热敏性物料的蒸发。按物料在蒸发器内的流动方向及成膜原因的不同,可大致分为以下几种类型:(1)升膜蒸发器;(2)降膜蒸发器;(3)升—降膜蒸发器;(4)刮板薄膜蒸发器。
升膜式蒸发器其加热室由一根或数根垂直长管组成,通常加热管直径为25~50mm,管长与管径之比为100~150。原料液经预热后由蒸发器的底部进入,加热蒸汽在管外冷凝。
当溶液受热沸腾后迅速汽化,所生成的二次蒸汽在管内高速上升,带动液体沿管内壁成膜状向上流动,上升的液膜因受热而继续蒸发。故溶液自蒸发器底部上升至顶部的过程中逐渐被蒸浓,浓溶液进入分离室与二次蒸汽分离后由分离器底部排出。
常压下加热管出口处的二次蒸汽速度不应小于10m/s,一般为20~50m/s,减压操作时,有时可达100~160m/s或更高。
升膜蒸发器适用于蒸发量较大(即稀溶液)、热敏性及易起泡沫的溶液,但不适于高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液。
降膜式蒸发器与升膜蒸发器的不同之处在于原料液由加热管的顶部加入。溶液在自身重力作用下沿管内壁呈膜状下流,并被蒸发浓缩,汽液混合物由加热管底部进入分离室,经气液分离后,完成液由分离器的底部排出。
为使溶液能在壁上均匀成膜,在每根加热管的顶部均需设置液体布膜器。布膜器的型式有多种。
降膜蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液,对于粘度较大的物料也能适用。但对于易结晶或易结垢的溶液不适用。此外,由于液膜在管内分布不易均匀,与升膜蒸发器相比,其传热系数较小。
这种蒸发器是利用旋转刮片的刮带作用,使液体分布在加热管壁上。它的突出优点是对物料的适应性很强,例如对于高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都能适用。刮板薄膜蒸发器的结构如图片(5-11)所示。
它的壳体外部装有加热蒸汽夹套,其内部装有可旋转的搅拌刮片,旋转刮片有固定的和活动的两种。前者与壳体内壁的缝隙0.75~1.5mm,后者与器壁的间隙随搅拌轴的转数而变。
料液由蒸发器上部沿切线方向加入后,在重力和旋转刮片带动下,溶液在壳体内壁上形成下旋的薄膜,并在下降过程中不断被蒸发浓缩,在底部得到完成液。
这类蒸发器的缺点是结构较为复杂,动力消耗大,传热面积小,一般为3~4m2,最大不超过20m2,故其处理量较小。
在实际生产中,除上述循环型和单程型两大类间壁式传热的蒸发器外,有时还应用非间接接触传热的蒸发器。
它是将燃料(通常是煤气或重油)与空气混合后燃烧产生的高温烟气直接喷入被蒸发的溶液中,高温烟气与溶液非间接接触,使得溶液迅速沸腾汽化。蒸发出的水分与烟气一起由蒸发器的顶部直接排出。
通常这种蒸发器的燃烧室在溶液中的深度为200~600mm,燃烧室内高温烟气的温度可达1000℃以上,但由于气液非间接接触时传热速率快,气体离开液面时只比溶液温度高出2~4℃。
燃烧室的喷嘴因在高温下使用,较易损坏,故应选用耐高温和耐腐蚀的材料制作,结构上应考虑便于更换。
浸没燃烧蒸发器的特点是结构相对比较简单,传热效率高。该蒸发器非常适合于处理易结晶、结垢或有腐蚀性的物料的蒸发。目前在废酸处理和硫酸铵盐溶液的蒸发中,已广泛采用此种蒸发器。但它不适用于不可被烟气污染物料的处理,而且它的二次蒸汽也很难利用。