多种蒸发浓缩设备详细结构汇总 一次学全了
名词解释
1.平衡浓缩：是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法，如蒸发浓缩和冷冻浓缩。
2.非平衡浓缩：利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程，即两相用半透膜隔开，因此，分离不是靠两相的直接接触，故称非平衡浓缩。
3.蒸发：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的过程。
4.蒸发过程的完成有两个必要条件：
（1）热能的供应：它包括维持沸腾的温度、补充因溶剂汽化所带走的热量、设备消耗的热量等；
（2）溶剂蒸汽的排除；
5.浓缩目的：
（1）作为干燥的预处理，以降低产品的加工热耗；
（2）提高产品质量；
（3）提高产品的保藏性；
（4）减少产品的体积和重量，便于运输；
（5）浓缩用作某些结晶操作的预处理；
（6）提取果汁中的芳香物质。
浓缩设备的分类
1.按压力分
常压浓缩设备：蒸发面为常压；溶剂气化后直接排入大气。特点：设备结构简单、投资省、维修方便，但蒸发速率低，能量损耗大，易破坏物料中营养成分。
真空浓缩设备：蒸发面上气化后处于负压状态，特点是优点：加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大；可利用压强较低的蒸汽作为加热介质；使浓缩设备的热损失减少。缺点：增加附属设备及动力，成本高；热量消耗大。
电加热夹层锅
可倾式夹层锅
不锈钢搅拌夹层锅
2.按蒸汽利用的次数分
双效浓缩设备：二次利用；
多效浓缩设备：三次或三次以上利用；
带有热泵的浓缩设备：热泵再次加热利用。
3.按料液的流程分
单程式、循环式（自然循环和强制循环）。
4.按料液分布状态分
薄膜式：分散成薄膜状，蒸发面大，蒸发快。它分为升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和离心式薄膜蒸发器。
非膜式：大蒸发面。它按料液管路中流动，管路又分为盘管式浓缩器、中央循环管式浓缩器。
多效蒸发结晶能耗
工业生产中常遇到要求处理大量料液并汽化大量水分的情况，为了节约加热蒸汽，可采用多效。
多效蒸发是将多台蒸发器首尾相接，串联操作的系统，后一效的操作压力和溶液沸点均较前一效低，仅在操作压力最高的第一效加入新鲜的加热蒸汽，所产生的二次蒸汽通入后一效的加热室作为后一效的加热蒸汽，即后一效的加热室成为前一效二次蒸汽的冷凝器，最末效往往是在真空下的操作的，只有末效的二次蒸汽才用冷却介质冷凝。因此多效蒸发不但明显地减少了加热蒸汽的耗量，同时也明显的减少了冷却水的耗量，理想条件下，生蒸汽及冷却水耗量与效数间的关系见下表：
真空浓缩设备
1.单效真空浓缩设备特点
（1）真空下蒸发浓缩，配有抽真空装置；
（2）蒸汽一次利用，热能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用；
（3）结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制容易；
（4）传热面积小（管道），生产能力低，料液循环差，盘管表面易结垢；
（5）清洗困难。
2.中央循环管式浓缩锅
（1）基本原理：
由于传热产生重度差，形成了自然循环，液面上的水汽向上部负压空间迅速蒸发，从而达到浓缩的目的。
（2）基本结构：
锅体：锅底、加热室—蒸汽容纳空间。
加热器体：中央循环管(截面积为总面积的40%－100%）和上下管板及加热管束（直径25mm－75mm)，长径比为20-40，液料在管内流动而加热蒸汽在管束之间流动。
管道（口）：真空系统、料液进出口、不凝气出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口。
蒸发室：蒸发室是指料液液面上部的圆筒空间。料液经加热后汽化，必须具有一定高度和空间，使汽液进行分离，二次蒸汽上升，溶液经中央循环管下降，如此保证料液不断循环和浓缩。
蒸发室的高度，主要根据防止料液被二次蒸汽夹带的上升速度所决定，同时考虑清洗、维修加热管的方便，一般为加热管长度的1.1～1.5倍。
附件：人孔、仪表、取样口及视镜等。
（3）不凝气体处理：
加热室中不凝缩气体的排除：
加热蒸汽热交换后，放掉热，而冷凝成水，从下面排出。如上图所示，可是蒸汽中有一部分气体是混入的空气或氨等不凝缩气体，不能排除。如果不及时排除。
会在加热室内愈积愈多，严重影响热效率，在A处放出轻的不凝气；B处放出重的不凝气。排出位置的选择很重要，视不凝气积聚于何处而定，此管可接在真空系统。
蒸汽中混入不凝气体的原因有三：
锅炉水中混入溶解着的空气和其它气体、（若用的是冷凝水就不存在此情况）。如果用河水或井水，可以用开口炉烧开后再入锅炉，可去除大部分空气。
因在真空下操作，有空气从接头处漏入，造成二次蒸汽中混入不凝性气体。
如果是多效系统。则应注意料液中往往也会有溶解着的不凝气体，有时甚至还含有对材料具腐蚀性的恶性气体，应及时排除。不凝性气会形成薄膜，包住加热管。
因为气体不是好的热导体，加热蒸汽需通过它才能与壁内溶液进行热交换；因而传热效果就低了。
（4）使用注意事项：
一般开始操作时，先通入加热蒸汽于锅内赶走空气，后开启抽真空系统，造成锅内真空；
待加热器体内充满液体后，再开蒸汽阀门；
取样检验，达到所需浓度时，解除真空即可出料；
加热蒸汽压力应视不同物料选择，不宜太高，否则易发生焦管现象。
液膜式蒸发浓缩设备
1.特点
料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动（上升、下降或上升与下降组合），从而使蒸发面积增加，提高浓缩效率。
2.分类
（1）按液膜形成方式分：自然循环式蒸发器和强制循环式蒸发器；
（2）按液膜运动方向分：升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器。
3.升膜式蒸发器
（1）与中央循环管式浓缩锅的区别：
中央循环管式浓缩锅的料液是依靠传热产生的重度差排浓缩液，液面上的二次蒸汽靠负压排出。而升膜式蒸发器是依靠膨胀的二次蒸汽产生向上的升力，二次蒸汽浓缩液进入分离器。
（2）结构：
加热管（蒸发器）：直径为30mm-50mm的管子，长径比为100－150。长管式加热器结构比较复杂，壳体应考虑热应力对结构的影响，需采用浮头管板或在加热器壳体上加膨胀节。有时可采用套管办法来缩短管长；
汽液分离器：碰撞型、离心型、过滤型；
进口：蒸汽进口、料液进口；
出口：浓缩液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出口。
（3）工程过程：
料液由料液进口进入蒸发器管内，在管内底部与蒸汽首先进行对流传递热量(管外蒸汽热量传递给管内料液)，当料液获得一定热量达到沸腾状态，进入管中间部开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力；
由于料液热量的连续获得，产生二次蒸汽，膨胀的二次蒸汽产生强的上升力，料液呈薄膜状在管内上行，到管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液分离器，二次蒸汽从分离器顶部排出，浓缩液达到浓度要求从分离器底部排出，未达到浓度要求再次由下导管送到底部再次加热蒸发。
（4）注意事项：
操作时，应严格控制进料量，防止管壁结焦现象发生；
料液一般先预热到沸点状态进入加热器体，以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数；
各管路密封性能要好，连接可靠；
定期对密封垫进行更换和检查。
4.降膜式蒸发器
与升膜式一样，都属于自然循环的液膜式蒸发浓缩设备，构造与升膜式相似，主要区别是料液由加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，由于向下加速；
克服加速压头比升膜式小，沸点升高也小，且加热蒸汽与料液温差大，所以传热效果较好（关键：使料液均匀分布于各加热管）。
料液分布器：导流管、筛板或喷嘴、旋液喷头
a.筛孔板式 b、喷雾型 c.锯齿形导流管 d.螺旋沟槽导流管
e.典型导流管 f.筛孔板与导流管 结合 g.旋液型
5.升降膜式蒸发器
（1）两组加热管：一组升膜，另一组降膜
料液先进入升膜式加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发。浓缩液从顶部进入汽液分离器分离后，二蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从下部排出。
（2）特点
符合物料的要求，初进入，浓度低，速度快，容易达到升膜要求，初步浓缩后，在降膜式中受重力作用下能沿管壁均匀分布形成薄膜；
先升后降，有利于液体均布，加速湍动和搅动，进一步提高传热效果；
升膜控制降膜的进料分配；
串联可提高产品的浓缩比，减低设备高度。
6.板式蒸发器
（1）结构
板式加热器：4片传热板组成一个板单元；
汽液分离器：离心式（二次蒸汽和浓缩液在一起）；
进料管道：蒸汽进口、料液进口；
附件：密封圈、调节板、紧固件和支架等。
（2）板式蒸发器的传热组合：
（3）加热板间蒸汽与物料之流程：
（4）工作过程
料液经泵的作用强制通入板式加热器体，在流经升膜和降膜段时受加热蒸汽的作用，通过板壁对料液加热浓缩，产生的浓缩液和二次蒸汽由底部通入汇集槽机出口通入分离器，分离浓缩液和二次蒸汽，分别从各出口排出，其中冷凝水由冷凝水出口排出。
（5）优缺点
优点：
体积小，结构紧凑，加热面积可随意调整；
加热时间短；
热敏性物料的适应性好，如牛奶、果汁等；
具有升膜和降膜的特点，传热系数高。
缺点:
密封垫片易老化而产生泄漏；
适用压力有限；
对粘度大的物料适应性差。
真空浓缩装置的辅助设备
1.汽液分离器
又称捕沫器、捕液器和除沫器。
（1）作用：
将蒸发过程中产生的雾沫中的溶液聚集并与二次蒸汽分离，减少料液的损失，同时防止污染管道及其它浓缩器的加热面。
（2）要求
应具有良好的分离效果，其阻力损失尽可能的小，能保证液体连续地流向蒸发室内，同时应具备易于拆洗、没有死角，结构简单，尺寸小，材料消耗少等性能。
（3）类型与结构特点
碰撞型：二次蒸汽流经通道上，设有若干挡板，改变夹带液滴运动方向，与挡板碰撞，沿挡板面流下，从而分离汽液。
离心型：二次蒸汽沿分离器的壳壁成切线方向导入，气流产生回转运动，液滴在离心力作用下被甩到分离器的内壁，并沿壁流下回到蒸发室内，二次蒸汽由顶部出口管排除。
过滤型：二次蒸汽通过多层金属网或磁网等构成的捕液器，液滴粘附在其表面而二次蒸汽通过。
2.蒸汽冷凝器
（1）作用：
将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中的不凝性气体（如空气、二氧化碳等）分离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到所需的真空度。
大气式、表面式、低水位、水力喷射器
（2）类型与特点：
a.大气式冷凝器（又称干式高位逆流冷凝器）
二次蒸汽由冷凝器的下侧进入，向上通过隔板间隙，与从冷凝器上部进入的冷水逆流接触冷凝，不凝气体由上端排除，进入汽液分离器，将液滴分离后，再被抽真空装置吸取排入大气中，应用广泛。
b.表面式冷凝器
通过管壁间接加热，加之壁垢的存在，两边的温差大，其冷却水利用浪费大，应用较少。
c.低水位冷凝器
降低大气式冷凝器的高度，依靠抽水泵来排出冷凝水。其特点是降低了安装高度，可在室内安装，且具有气压式冷凝器的优点，但由于配有抽水泵，且管路严密和较高的真空吸头，其投资大。
（3）水力喷射器：
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中化恒科工程设计有限公司可为工程项目提供从规划、融资、勘察设计、采购、施工移交生产的全过程工程建设工作，具有工程承包、工程勘察设计、工程咨询、城镇燃气工程、压力容器、压力管道等资质，通过了ISO9001质量管理体系认证，为甲级设计院。
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