蒸發(fā)器主導產(chǎn)品為各種類型的廢水蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器、雙效蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、外循環(huán)蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器、含鹽蒸發(fā)結(jié)晶器、MVR蒸發(fā)結(jié)晶器；濃縮器主導產(chǎn)品有提取濃縮裝置、減壓濃縮罐、雙效濃縮器、單效濃縮器、低溫濃縮器等設(shè)備。
蒸發(fā)的概念
將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過程稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于化工、輕工、制藥、食品等許多工業(yè)中。
1．蒸發(fā)操作的目的
工業(yè)蒸發(fā)操作的主要目的是：
（1）稀溶液的增濃直接制取液體產(chǎn)品，或者將濃縮的溶液再經(jīng)進一步處理（如冷卻結(jié)晶）制取固體產(chǎn)品，例如稀燒堿溶液（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）純凈溶劑的制取，此時蒸出的溶劑是產(chǎn)品，例如海水蒸發(fā)脫鹽制取淡水。
（3）同時制備濃溶液和回收溶劑，例如中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)。
工業(yè)上被蒸發(fā)的溶液多為水溶液，故本章的討論僅限于水溶液的蒸發(fā)。原則上，水溶液蒸發(fā)的基本原理和設(shè)備對其它液體的蒸發(fā)也是適用的。
2．蒸發(fā)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于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(fā)需要不斷地向溶液提供熱能，以維持分子的連續(xù)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于平衡，汽化將不能連續(xù)進行。
液體蒸發(fā)過程

液體蒸發(fā)的簡化流程如圖片所示，其主體設(shè)備—蒸發(fā)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(zhì)（通常為飽和水蒸汽）加熱管內(nèi)的溶液，使之沸騰汽化。濃縮了的溶液（稱為完成液）由蒸發(fā)器的底部排出。而溶液汽化產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)上部的分離室與溶液分離后由頂部引至冷凝器。為便于區(qū)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。
對于沸點較高的溶液的蒸發(fā)，可采用高溫載熱體如導熱油、融鹽等作為加熱介質(zhì)，也可以采用煙道氣直接加熱。
1．蒸發(fā)過程的分類
（1）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)
按蒸發(fā)操作壓力的不同，可將蒸發(fā)過程分為常壓、加壓和減壓（真空）蒸發(fā)。對于大多數(shù)無特殊要求的溶液，采用常壓、加壓或減壓操作均可。但對于熱敏性料液，例如抗生素溶液、果汁等的蒸發(fā)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要在減壓條件下進行。減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是：
①溶液沸點降低，在加熱蒸汽溫度一定的條件下，蒸發(fā)器傳熱的平均溫度差增大，于是傳熱面積減??；
②由于溶液沸點降低，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由于溫度低，系統(tǒng)的熱損失小。但另一方面，由于沸點降低，溶液的粘度大，使蒸發(fā)的傳熱系數(shù)減小，同時，減壓蒸發(fā)時，造成真空需要增加設(shè)備和動力。
（2）單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)
根據(jù)二次蒸汽是否用作另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，可將蒸發(fā)過程分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。若前一效的二次蒸汽直接冷凝而不再利用，稱為單效蒸發(fā)，圖片5-1所示為單效蒸發(fā)的流程示意。若將二次蒸汽引至下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，使加熱蒸汽多次利用的蒸發(fā)過程稱為多效蒸發(fā)。
（3）間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)
根據(jù)蒸發(fā)的過程模式，可將其分為間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)。間歇蒸發(fā)系指分批進料或出料的蒸發(fā)操作。間歇操作的特點是：在整個過程中，蒸發(fā)器內(nèi)溶液的濃度和沸點隨時間改變，故間歇蒸發(fā)為非穩(wěn)態(tài)操作。通常間歇蒸發(fā)適合于小規(guī)模多品種的場合，而連續(xù)蒸發(fā)適合于大規(guī)模的生產(chǎn)過程。
4．蒸發(fā)操作的特點
前已述及，蒸發(fā)操作是從溶液中分離出部分溶劑，而溶液中所含溶質(zhì)的數(shù)量不變，因此蒸發(fā)是一個熱量傳遞過程，其傳熱速率是蒸發(fā)過程的控制因素。蒸發(fā)所用的設(shè)備屬于熱交換設(shè)備。
但與一般的傳熱過程比較，蒸發(fā)過程又具有其自身的特點，主要表現(xiàn)在：
（1）溶液沸點升高
被蒸發(fā)的料液是含有非揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液，由拉烏爾定律可知，在相同的溫度下，溶液的蒸汽壓低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?。換言之，在相同壓力下，溶液的沸點高于純?nèi)軇┑姆悬c。因此，當加熱蒸汽溫度一定，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)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(fā)設(shè)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(fā)過程中，溶液的某些性質(zhì)隨著溶液的濃縮而改變。
有些物料在濃縮過程中可能結(jié)垢、析出結(jié)晶或產(chǎn)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(fā)的方法和設(shè)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(fā)時需消耗大量的加熱蒸汽，而溶液汽化又產(chǎn)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(jīng)濟程度，也是蒸發(fā)器設(shè)計中的重要問題。
蒸發(fā)設(shè)備
隨著工業(yè)蒸發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與型式亦不斷改進與創(chuàng)新，其種類繁多，結(jié)構(gòu)各異。目前工業(yè)上實用的蒸發(fā)設(shè)備約有六十余種，其中最常用的也有十余種型式，本節(jié)僅介紹常用的幾種。
1.常用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與特點
常用蒸發(fā)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，最初采用夾套式或蛇管式加熱裝置，其后則有橫臥式短管加熱室及豎式短管加熱室。繼而又發(fā)明了豎式長管液膜蒸發(fā)器，以及刮板式薄膜蒸發(fā)器等等。根據(jù)溶液在蒸發(fā)器中流動的情況，大致可將工業(yè)上常用的間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型與單程型兩類。
（1）循環(huán)型蒸發(fā)器
這類蒸發(fā)器的特點是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作循環(huán)流動。根據(jù)造成液體循環(huán)的原理的不同，又可將其分為自然循環(huán)和強制循環(huán)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(chǎn)生密度差而引起的自然循環(huán)；后者是依靠外加動力使溶液進行強制循環(huán)。目前常用的循環(huán)型蒸發(fā)器有以下幾種：
a.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器

中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖片所示，其加熱室由一垂直的加熱管束（沸騰管束）構(gòu)成，在管束中央有一根直徑較大的管子，稱為中央循環(huán)管，其截面積一般為加熱管束總截面積的40~100%。
當加熱介質(zhì)通入管間加熱時，由于加熱管內(nèi)單位體積液體的受熱面積大于中央循環(huán)管內(nèi)液體的受熱面積，因此加熱管內(nèi)液體的相對密度小，從而造成加熱管與中央循環(huán)管內(nèi)液體之間的密度差，這種密度差使得溶液自中央循環(huán)管下降，再由加熱管上升的自然循環(huán)流動。溶液的循環(huán)速度取決于溶液產(chǎn)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(huán)速度越大。但這類蒸發(fā)器由于受總高度限制，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(huán)管蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠等優(yōu)點，故在工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛，有所謂“標準蒸發(fā)器”之稱。但實際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，其循環(huán)速度較低（一般在0.5m/s以下）；而且由于溶液在加熱管內(nèi)不斷循環(huán)，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(shè)備的清洗和檢修也不夠方便。
b.懸筐式蒸發(fā)器
懸筐式蒸發(fā)器是中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。其加熱室像個懸筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，可由頂部取出，便于清洗與更換。加熱介質(zhì)由中央蒸汽管進入加熱室，而在加熱室外壁與蒸發(fā)器殼體的內(nèi)壁之間有環(huán)隙通道，其作用類似于中央循環(huán)管。操作時，溶液沿環(huán)隙下降而沿加熱管上升，形成自然循環(huán)。一般環(huán)隙截面積約為加熱管總面積的100~150%，因而溶液循環(huán)速度較高（約為1~1.5m/s）。由于與蒸發(fā)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(fā)器適用于蒸發(fā)易結(jié)垢或有晶體析出的溶液。它的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面需要的設(shè)備材料量較大。
c.外熱式蒸發(fā)器
外熱式蒸發(fā)器的特點是加熱室與分離室分開，這樣不僅便于清洗與更換，而且可以降低蒸發(fā)器的總高度。因其加熱管較長（管長與管徑之比為50~100），同時由于循環(huán)管內(nèi)的溶液不被加熱，故溶液的循環(huán)速度大，可達1.5m/s。
d.列文蒸發(fā)器
列文蒸發(fā)器的特點是在加熱室的上部增設(shè)一沸騰室。這樣，加熱室內(nèi)的溶液由于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(huán)管不被加熱，使溶液循環(huán)的推動力較大。循環(huán)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(huán)管內(nèi)的流動阻力較小，循環(huán)速度可高達2 ~3m/s。
列文蒸發(fā)器的優(yōu)點是循環(huán)速度大，傳熱效果好，由于溶液在加熱管中不沸騰，可以避免在加熱管中析出晶體，故適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。其缺點是設(shè)備龐大，需要的廠房高。此外，由于液層靜壓力大，故要求加熱蒸汽的壓力較高。
e.強制循環(huán)蒸發(fā)器
上述各種蒸發(fā)器均為自然循環(huán)型蒸發(fā)器，即靠加熱管與循環(huán)管內(nèi)溶液的密度差引起溶液的循環(huán)，這種循環(huán)速度一般都比較低，不宜處理粘度大、易結(jié)垢及有大量析出結(jié)晶的溶液。對于這類溶液的蒸發(fā)，可采用強制循環(huán)型蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)器是利用外加動力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動。循環(huán)速度的大小可通過調(diào)節(jié)泵的流量來控制。一般循環(huán)速度在2.5m/s以上。
這種蒸發(fā)器的優(yōu)點是傳熱系數(shù)大，對于粘度較大或易結(jié)晶、結(jié)垢的物料，適應(yīng)性較好，但其動力消耗較大。
(2)單程型蒸發(fā)器
這類蒸發(fā)器的特點是，溶液沿加熱管壁成膜狀流動，一次通過加熱室即達到要求的濃度，而停留時間僅數(shù)秒或十幾秒鐘。
單程型蒸發(fā)器的主要優(yōu)點是傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。
按物料在蒸發(fā)器內(nèi)的流動方向及成膜原因的不同，可以分為以下幾種類型：（1）升膜蒸發(fā)器；（2）降膜蒸發(fā)器；（3）升—降膜蒸發(fā)器；（4）刮板薄膜蒸發(fā)器。
a.升膜蒸發(fā)器
升膜式蒸發(fā)器其加熱室由一根或數(shù)根垂直長管組成，通常加熱管直徑為25~50mm，管長與管徑之比為100~150。原料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器的底部進入，加熱蒸汽在管外冷凝。當溶液受熱沸騰后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管內(nèi)高速上升，帶動液體沿管內(nèi)壁成膜狀向上流動，上升的液膜因受熱而繼續(xù)蒸發(fā)。故溶液自蒸發(fā)器底部上升至頂部的過程中逐漸被蒸濃，濃溶液進入分離室與二次蒸汽分離后由分離器底部排出。常壓下加熱管出口處的二次蒸汽速度不應(yīng)小于10m/s，一般為20~50m/s，減壓操作時，有時可達100~160m/s或更高。
升膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量較大（即稀溶液）、熱敏性及易起泡沫的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。
b.降膜蒸發(fā)器
降膜式蒸發(fā)器與升膜蒸發(fā)器的區(qū)別在于原料液由加熱管的頂部加入。溶液在自身重力作用下沿管內(nèi)壁呈膜狀下流，并被蒸發(fā)濃縮，汽液混合物由加熱管底部進入分離室，經(jīng)氣液分離后，完成液由分離器的底部排出。
為使溶液能在壁上均勻成膜，在每根加熱管的頂部均需設(shè)置液體布膜器。布膜器的型式有多種，下圖所示為較常用的三種。a采用一螺旋型溝槽的圓柱體作為導流管，液體沿溝槽旋轉(zhuǎn)下流分布在整個管內(nèi)壁上；圖片b的導流管下部為圓錐體，錐體底面向下內(nèi)凹，以免沿錐體斜面流下的液體再向中央聚集；圖片c中，液體是通過齒縫沿加熱管內(nèi)壁成膜狀下降。
降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液，對于粘度較大的物料也能適用。但對于易結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液不適用。此外，由于液膜在管內(nèi)分布不易均勻，與升膜蒸發(fā)器相比，其傳熱系數(shù)較小。
c.升—降膜蒸發(fā)器
將升膜和降膜蒸發(fā)器裝在一個外殼中，即構(gòu)成升—降膜蒸發(fā)器，原料液經(jīng)預(yù)熱后先由升膜加熱室上升，然后由降膜加熱器下降，再在分離室中和二次蒸汽分離后即得完成液。
這種蒸發(fā)器多用于蒸發(fā)過程中溶液的粘度變化很大，水分蒸發(fā)量不大和廠房高度有一定限制的場合。
（4）刮板薄膜蒸發(fā)器
這種蒸發(fā)器是利用旋轉(zhuǎn)刮片的刮帶作用，使液體分布在加熱管壁上。它的突出優(yōu)點是對物料的適應(yīng)性很強，例如對于高粘度、熱敏性和易結(jié)晶、結(jié)垢的物料都能適用。
刮板薄膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖片(5-11)所示。它的殼體外部裝有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)部裝有可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮片，旋轉(zhuǎn)刮片有固定的和活動的兩種。前者與殼體內(nèi)壁的縫隙為0.75~1.5mm，后者與器壁的間隙隨攪拌軸的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入后，在重力和旋轉(zhuǎn)刮片帶動下，溶液在殼體內(nèi)壁上形成下旋的薄膜，并在下降過程中不斷被蒸發(fā)濃縮，在底部得到完成液。
在某些情況下，可將溶液蒸干而由底部直接獲得固體產(chǎn)物。這類蒸發(fā)器的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，傳熱面積小，一般為3~4m2，最大不超過20m2，故其處理量較小。
（3）直接接觸傳熱的蒸發(fā)器
在實際生產(chǎn)中，除上述循環(huán)型和單程型兩大類間壁式傳熱的蒸發(fā)器外，有時還應(yīng)用直接接觸傳熱的蒸發(fā)器。它是將燃料（通常是煤氣或重油）與空氣混合后燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣直接噴入被蒸發(fā)的溶液中，高溫煙氣與溶液直接接觸，使得溶液迅速沸騰汽化。蒸發(fā)出的水分與煙氣一起由蒸發(fā)器的頂部直接排出。
通常這種蒸發(fā)器的燃燒室在溶液中的深度為200~600mm，燃燒室內(nèi)高溫煙氣的溫度可達1000℃以上，但由于氣液直接接觸時傳熱速率快，氣體離開液面時只比溶液溫度高出2~4℃。燃燒室的噴嘴因在高溫下使用，較易損壞，故應(yīng)選用耐高溫和耐腐蝕的材料制作，結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮便于更換。
浸沒燃燒蒸發(fā)器的特點是結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高。該蒸發(fā)器特別適用于處理易結(jié)晶、結(jié)垢或有腐蝕性的物料的蒸發(fā)。目前在廢酸處理和硫酸銨鹽溶液的蒸發(fā)中，已廣泛采用此種蒸發(fā)器。但它不適用于不可被煙氣污染物料的處理，而且它的二次蒸汽也很難利用。
2.蒸發(fā)器的選型
(1)蒸發(fā)器改進與發(fā)展

近年來，國內(nèi)外對于蒸發(fā)器的研究十分活躍，歸結(jié)起來主要有以下幾個方面： a.開發(fā)新型蒸發(fā)器
在這方面主要是通過改進加熱管的表面形狀來提高傳熱效果，例如新近發(fā)展起來的板式蒸發(fā)器，不但具有體積小、傳熱效率高、溶液滯留時間短等優(yōu)點，而且其加熱面積可根據(jù)需要而增減，拆卸和清洗方便。又如，在石油化工、天然氣液化中使用的表面多孔加熱管，可使沸騰溶液側(cè)的傳熱系數(shù)提高10~20倍。海水淡化中使用的雙面縱槽加熱管，也可顯著提高傳熱效果。
b.改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動狀況
在蒸發(fā)器內(nèi)裝入多種形式的湍流構(gòu)件，可提高沸騰液體側(cè)的傳熱系數(shù)。例如將銅質(zhì)填料裝入自然循環(huán)型蒸發(fā)器后，可使沸騰液體側(cè)的傳熱系數(shù)提高50%。這是由于構(gòu)件或填料能造成液體的湍動，同時其本身亦為熱導體，可將熱量由加熱管傳向溶液內(nèi)部，增加了蒸發(fā)器的傳熱面積。
c.改進溶液的性
　　近年來亦有通過改進溶液性質(zhì)來改善傳熱效果的研究報道。例如有研究表明，加入適當?shù)谋砻婊钚詣?，可使總傳熱系?shù)提高1倍以上。加入適當阻垢劑減少蒸發(fā)過程中的結(jié)垢亦為提高傳熱效率的途徑之一。
(2)蒸發(fā)器性能的比較與選型
如前所述，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，在選擇蒸發(fā)器的型式或設(shè)計蒸發(fā)器時，在滿足生產(chǎn)任務(wù)要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還要兼顧所用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，操作和維修方便，傳熱效果好等等。除此而外，還要對被蒸發(fā)物料的工藝特性有良好的適應(yīng)性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性以及是否結(jié)晶或結(jié)垢等因素。
不同類型的蒸發(fā)器，各有其特點，它們對不同物料的適應(yīng)性也不相同。

對于單效蒸發(fā)，通常給定的生產(chǎn)任務(wù)和操作條件是：進料量、溫度和濃度，完成液的濃度，加熱蒸汽的壓力和冷凝器的操作壓力，要求確定： a.水的蒸發(fā)量或完成液的量；

b.加熱蒸汽的消耗量；
c.蒸發(fā)器的傳熱面積。 蒸發(fā)過程的基本控制方程是質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程以及傳熱速率方程。因此，上述問題，可分別由物料衡算、熱量衡算和傳熱速率方程求出。