蒸發(fā)是液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的物理過程。一般而言,蒸發(fā)器即液態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的物體。工業(yè)上有大量的蒸發(fā)器,其中應(yīng)用于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器是其中一種。蒸發(fā)器是制冷四大件中很重要的一個部件,低溫的冷凝液體通過蒸發(fā)器,與外界的空氣進行熱交換,氣化吸熱,達到制冷的效果。蒸發(fā)器主要由加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。加熱室向液體提供蒸發(fā)所需要的熱量,促使液體沸騰汽化;蒸發(fā)室使氣液兩相完全分離。
加熱室中產(chǎn)生的蒸氣帶有大量液沫,到了較大空間的蒸發(fā)室后,這些液體借自身凝聚或除沫器等的作用得以與蒸氣分離。通常除沫器設(shè)在蒸發(fā)室的頂部。
蒸發(fā)器按操作壓力分常壓、加壓和減壓3種。按溶液在蒸發(fā)器中的運動狀況分有:①循環(huán)型。沸騰溶液在加熱室中多次通過加熱表面,如中央循環(huán)管式、懸筐式、外熱式、列文式和強制循環(huán)式等。②單程型。沸騰溶液在加熱室中一次通過加熱表面,不作循環(huán)流動,即行排出濃縮液,如升膜式、降膜式、攪拌薄膜式和離心薄膜式等。③直接接觸型。加熱介質(zhì)與溶液直接接觸傳熱,如浸沒燃燒式蒸發(fā)器。蒸發(fā)裝置在操作過程中,要消耗大量加熱蒸汽,為節(jié)省加熱蒸汽,可采用多效蒸發(fā)裝置和蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。蒸發(fā)器廣泛用于化工、輕工等部門。
中央循環(huán)管式蒸發(fā)器這種蒸發(fā)器又稱作標準式蒸發(fā)器。它的加熱室由垂直管束組成,中間有一根直徑很大的中央循環(huán)管,其余管徑較小的加熱管稱為沸騰管。由于中央循環(huán)管較大,其單位體積溶液占有的傳熱面,比沸騰管內(nèi)單位溶液所占有的要小,即中央循環(huán)管和其它加熱管內(nèi)溶液受熱程度不同,從而沸騰管內(nèi)的汽液混合物的密度要比中央循環(huán)管中溶液的密度小,加之上升蒸汽的向上的抽吸作用,會使蒸發(fā)器中的溶液形成由中央循環(huán)管下降、由沸騰管上升的循環(huán)流動。這種循環(huán),主要是由溶液的密度差引起,故稱為自然循環(huán)。這種作用有利于蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果的提高。
這種蒸發(fā)器的主要缺點是液柱靜壓頭效應(yīng)引起的溫度差損失(意義詳見6.3.1)較大,為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外,設(shè)備龐大,消耗的材料多,需要高大的廠房等。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外,在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時,還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中,溶液的循環(huán)主要依靠外加的動力,用泵迫使它沿一定方向流動而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制,一般在2.5m/s以上。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的明顯缺點是能量消耗大,每平方米加熱面積約需0.4~0.8kW。