浅析外加热循环蒸发器蒸发室设计过程中的几个要点

摘 要：浓缩器的蒸发室是主要用于液体混合液和蒸汽分离的一个机构，通过溶剂的蒸发提高液体混合物的固体含量，从而得到人们所需要的物质。在化工、食品、中药等行业应用较为广泛，蒸发室设计的合理性直接影响到设备的性价比，从而提高热能的利用率，起到节能减排的作用，更响应了环保的号召。

关键词：蒸发室；循环口；汽出口

1 蒸发室直径的计算

假设单效蒸发器，蒸发能力W=1000kg/h，蒸发温度为65℃。根据《化工原理》上册附录表4[1]，查得65℃时对应的蒸汽密度ρ=0.1611kg/m3。

在一般情况下蒸发室体积强度一般允许值为1.1～1.5m3/（m3.s），在此按照U=1.5m3/（m3.s）进行计算。

确定了蒸发室容积后，根据物料的特性定蒸发室的高度。物料与蒸汽难于分离并且易产生气泡的料液一般蒸发室高度稍微高点，反之稍微低一点。蒸发室的直径不能太小，太小会造成料液剧烈沸腾，产生的二次蒸汽夹带料液液滴严重，流速太大，造成跑料。反之制造和安装成本大大提高，所以蒸发室的设计不仅要考虑到适用性，也要考虑到制作和安装的需求。一般情况下蒸发室高度和直径比为1～2，在此取高度h和直径d比为1.5，即直径h=1.5d。

中药提取行业蒸发室一般在负压下工作，上封头采用标准椭圆封头，下封头采用锥角90度椎体。封头和筒体应同时满足《压力容器》[2]GB150.3-2011强度和结构要求，也应满足现场使用工艺的需要。一般情况下粘度大不易排料的物料下锥角应尽量小，反之易排料的物料下锥角应大点，按照GB150.3-2011 5.6.1.2节要求的规定最大锥角应不大于120度，因大于120度的锥角强度计算时按照平盖计算，厚度比较厚，既不经济也不美观，给生产和成本带来一定压力。设计蒸发室时应根据易清洗无死角、强度以及美观性进行选择。关于壁厚应根据GB150.3-2011进行计算确认，在此不再举例计算。为简单便捷可查《压力容器与化工设备实用手册》上册，第2章，压力容器壳体与封头，表WT-1～WT-60[3]进行简单确认厚度。

2 蒸发室的附件

2.1 物料循环口

物料循环口即蒸发室与加热器之间的联通管道，假如蒸发室采用锥底则循环出料口在锥底最底处，循环进料口一般设在蒸发室的三分之一处，并且是切线方向进料。下三分之一是储存料液的空间，上部是汽液分离室。切向进料的好处是，较大流速的汽液混合物在切线方向进入形成离心力，物料在离心力、惯性、重力作用下得到充分的汽液分离，流速一般为0.1～0.5m/s[1]。一般情况下外加热器越长，温差越大，汽化越强，流速也就越快，反之流速侧相对来说越慢。在流速的推动下料液在蒸发室底部旋转并形成漩涡，增加了表面积，有利于沸腾气泡的溢出，能进一步提高蒸发效率。

2.2 二次蒸汽出口

通过加热后从料液中蒸发出来的纯蒸汽统称为二次蒸汽，二次蒸汽出口太小会影响排出，太大会使二次蒸汽在上升过程中冷却行成液滴再回流到蒸发室内从而降低了蒸发效率。因此二次蒸汽出口要选择合理，在此推荐一简单算法：如单效，蒸发量为1000kg/h；查《化工原理》上册可知二次蒸汽在真空作用下管道中的流速一般为20～50m/s[1]（在此取50m/s）。根据《化工原理》附录表4，查得65℃时对应的蒸汽密度ρ=0.1611kg/m3 [1]。

2.3 除沫器

除沫器的作用就是去除二次蒸汽在升腾过程中产生的汽液夹带。因为单纯的蒸汽只有水和少部分的挥发性气体，而上升的蒸汽会夹带着部分细小微粒料液。汽液夹带的危害主要是夹带的料液进入二效的加热器或冷凝器的列管，在高温下形成污垢，大大降低加热器和冷凝器的传热效率，其次是跑料，造成物料的浪费。为防止汽液夹带除沫器是一个必要的防护单元。除沫器的种类很多，如化工部标准HG/T21586-1998抽屉式丝网除沫器，HG/T21618-1998丝网除沫器。至今在食品和制药行业使用较多的还是丝网除沫器，但结构还是借鉴于HG/T21618-1998丝网除沫器的标准，如图1。

另外还有其他的一些除沫设备，如汽水分离器、挡板等在此就不一一介绍了。

2.4 其他功能性接口

蒸发室还需配备一些功能型接口，如人孔、视镜、视灯、清洗器、真空表口和破真空口等。如今人孔基本采用大视镜人孔，人孔安装位置一般在料液位置处，主要方便观察和清洗。一般在人孔的上部安装一个或两个视镜，大小基本为DN125，主要作用是操作者方便观察料液蒸发的情况，观察是否有泡沫产生，从而对其进行相应的调整。清洗器一般采用可旋转喷球式（CIP清洗球），价格便宜，清洗效果好，一般安装在顶部。真空表一般安装在顶部有利于观察或通过管道引到方便操作和观察处。破真空口一般装的顶部通过管道引到人手方便操作处，起到打破真空的作用。

3 结束语

蒸发室作为浓缩设备的一个重要组成部分，其尺寸设计的合理性直接影响产品的质量和浓缩效率，因此一定要引起大家的注意，总体尺寸尽量通过理论计算确认，再根据实际物料特性和经验制定出比较切合应用的容积和长径比。再根据操作和生产的需要增加一些功能性管口，主要目的是在适用和经济同时满足的前提下达到方便操作和美观。

参考文献

[1]管国锋，赵汝溥.化工原理（第三版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]中华人民共和国国家标准.GB150.1～150.4-2011.压力容器[S]. 2011，11.

[3]董大勤，袁凤隐.压力容器与化工设备实用手册（上册）（第一版）[M].北京：化学工业出版社，2000.

作者简介：单建领（1980-），男，助理工程师，主要从事乳品机械和中药提取/浓缩机械研究工作。

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