淺析外加熱循環蒸發器蒸發室設計過程中的幾個要點

單建領　劉鳳

摘 要：濃縮器的蒸發室是主要用于液體混合液和蒸汽分離的一個機構，通過溶劑的蒸發提高液體混合物的固體含量，從而得到人們所需要的物質。在化工、食品、中藥等行業應用較為廣泛，蒸發室設計的合理性直接影響到設備的性價比，從而提高熱能的利用率，起到節能減排的作用，更響應了環保的號召。

關鍵詞：蒸發室；循環口；汽出口

1 蒸發室直徑的計算

假設單效蒸發器，蒸發能力W=1000kg/h，蒸發溫度為65℃。根據《化工原理》上冊附錄表4[1]，查得65℃時對應的蒸汽密度ρ=0.1611kg/m3。

在一般情況下蒸發室體積強度一般允許值為1.1～1.5m3/（m3.s），在此按照U=1.5m3/（m3.s）進行計算。

確定了蒸發室容積后，根據物料的特性定蒸發室的高度。物料與蒸汽難于分離并且易產生氣泡的料液一般蒸發室高度稍微高點，反之稍微低一點。蒸發室的直徑不能太小，太小會造成料液劇烈沸騰，產生的二次蒸汽夾帶料液液滴嚴重，流速太大，造成跑料。反之制造和安裝成本大大提高，所以蒸發室的設計不僅要考慮到適用性，也要考慮到制作和安裝的需求。一般情況下蒸發室高度和直徑比為1～2，在此取高度h和直徑d比為1.5，即直徑h=1.5d。

中藥提取行業蒸發室一般在負壓下工作，上封頭采用標準橢圓封頭，下封頭采用錐角90度椎體。封頭和筒體應同時滿足《壓力容器》[2]GB150.3-2011強度和結構要求，也應滿足現場使用工藝的需要。一般情況下粘度大不易排料的物料下錐角應盡量小，反之易排料的物料下錐角應大點，按照GB150.3-2011 5.6.1.2節要求的規定最大錐角應不大于120度，因大于120度的錐角強度計算時按照平蓋計算，厚度比較厚，既不經濟也不美觀，給生產和成本帶來一定壓力。設計蒸發室時應根據易清洗無死角、強度以及美觀性進行選擇。關于壁厚應根據GB150.3-2011進行計算確認，在此不再舉例計算。為簡單便捷可查《壓力容器與化工設備實用手冊》上冊，第2章，壓力容器殼體與封頭，表WT-1～WT-60[3]進行簡單確認厚度。

2 蒸發室的附件

2.1 物料循環口

物料循環口即蒸發室與加熱器之間的聯通管道，假如蒸發室采用錐底則循環出料口在錐底最底處，循環進料口一般設在蒸發室的三分之一處，并且是切線方向進料。下三分之一是儲存料液的空間，上部是汽液分離室。切向進料的好處是，較大流速的汽液混合物在切線方向進入形成離心力，物料在離心力、慣性、重力作用下得到充分的汽液分離，流速一般為0.1～0.5m/s[1]。一般情況下外加熱器越長，溫差越大，汽化越強，流速也就越快，反之流速側相對來說越慢。在流速的推動下料液在蒸發室底部旋轉并形成漩渦，增加了表面積，有利于沸騰氣泡的溢出，能進一步提高蒸發效率。

2.2 二次蒸汽出口

通過加熱后從料液中蒸發出來的純蒸汽統稱為二次蒸汽，二次蒸汽出口太小會影響排出，太大會使二次蒸汽在上升過程中冷卻行成液滴再回流到蒸發室內從而降低了蒸發效率。因此二次蒸汽出口要選擇合理，在此推薦一簡單算法：如單效，蒸發量為1000kg/h；查《化工原理》上冊可知二次蒸汽在真空作用下管道中的流速一般為20～50m/s[1]（在此取50m/s）。根據《化工原理》附錄表4，查得65℃時對應的蒸汽密度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騰過程中產生的汽液夾帶。因為單純的蒸汽只有水和少部分的揮發性氣體，而上升的蒸汽會夾帶著部分細小微粒料液。汽液夾帶的危害主要是夾帶的料液進入二效的加熱器或冷凝器的列管，在高溫下形成污垢，大大降低加熱器和冷凝器的傳熱效率，其次是跑料，造成物料的浪費。為防止汽液夾帶除沫器是一個必要的防護單元。除沫器的種類很多，如化工部標準HG/T21586-1998抽屜式絲網除沫器，HG/T21618-1998絲網除沫器。至今在食品和制藥行業使用較多的還是絲網除沫器，但結構還是借鑒于HG/T21618-1998絲網除沫器的標準，如圖1。

另外還有其他的一些除沫設備，如汽水分離器、擋板等在此就不一一介紹了。

2.4 其他功能性接口

蒸發室還需配備一些功能型接口，如人孔、視鏡、視燈、清洗器、真空表口和破真空口等。如今人孔基本采用大視鏡人孔，人孔安裝位置一般在料液位置處，主要方便觀察和清洗。一般在人孔的上部安裝一個或兩個視鏡，大小基本為DN125，主要作用是操作者方便觀察料液蒸發的情況，觀察是否有泡沫產生，從而對其進行相應的調整。清洗器一般采用可旋轉噴球式（CIP清洗球），價格便宜，清洗效果好，一般安裝在頂部。真空表一般安裝在頂部有利于觀察或通過管道引到方便操作和觀察處。破真空口一般裝的頂部通過管道引到人手方便操作處，起到打破真空的作用。

3 結束語

蒸發室作為濃縮設備的一個重要組成部分，其尺寸設計的合理性直接影響產品的質量和濃縮效率，因此一定要引起大家的注意，總體尺寸盡量通過理論計算確認，再根據實際物料特性和經驗制定出比較切合應用的容積和長徑比。再根據操作和生產的需要增加一些功能性管口，主要目的是在適用和經濟同時滿足的前提下達到方便操作和美觀。

參考文獻

[1]管國鋒，趙汝溥.化工原理（第三版）[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]中華人民共和國國家標準.GB150.1～150.4-2011.壓力容器[S]. 2011，11.

[3]董大勤，袁鳳隱.壓力容器與化工設備實用手冊（上冊）（第一版）[M].北京：化學工業出版社，2000.

作者簡介：單建領（1980-），男，助理工程師，主要從事乳品機械和中藥提取/濃縮機械研究工作。