降膜蒸发器的设计

一、降膜蒸发器的基本结构与工作原理

降膜蒸发器通常由传热管、分布器、壳体、冷凝器等部件组成。其工作原理是，液体通过分布器均匀分配到传热管的内壁，形成一层薄膜并沿管壁向下流动。在流动过程中，液体被管外的加热介质加热，部分液体蒸发，产生的蒸汽与未蒸发的液体一起继续向下流动，最终在分离器中分离。

二、降膜蒸发器的设计要点

1、传热管的选择：传热管是降膜蒸发器的核心部件，其材质、直径和长度等参数的选择对蒸发器的性能有重要影响。一般来说，传热管应选用导热性能好、耐腐蚀的材料，如不锈钢、钛合金等。同时，传热管的直径和长度应根据蒸发量、液体性质和操作条件等因素进行合理设计。

2、分布器的设计：分布器的作用是将液体均匀分配到传热管的内壁，形成一层均匀的薄膜。分布器的设计应确保液体能够均匀、稳定地流入传热管，避免局部干涸或积液现象的发生。

3、壳体的设计：壳体是降膜蒸发器的外部结构，其设计应满足强度、刚度和密封性的要求。同时，壳体内部应设置适当的支撑结构，以支撑传热管和分布器，确保整个蒸发器的稳定运行。

4、冷凝器的设计：冷凝器用于将产生的蒸汽冷凝成液体，以便回收利用。冷凝器的设计应确保蒸汽能够充分冷凝，同时避免冷凝液对传热管的腐蚀和堵塞。

三、降膜蒸发器的设计计算

在降膜蒸发器的设计中，要考虑六个问题，即设备基本尺寸、压降、最小流量、传热系数、液泛和液体分布。

1、基本尺寸：一般降膜蒸发器常用管径范围为20~75mm。管径选用原则是常压以上操作时采用小管径;真空操作时选用大管径，真空度越高，选用的管径越大。管子长度一般在 1~6m 之间，也有 8~9m 的。小管径选用大管长，大管径选用小管长，当然有时大管径也采用大管长。

2、压降：管内为气、液两相流，压降计算比较困难，而且计算结果误差较大。降膜蒸发器中的允许最大压降通常是设计的一个约束条件。降膜蒸发器的压降一般不大。

3、最小流量：管内液体流量变小时，会导致管壁上的液膜时断时续，产生于途径，这样不仅使传热恶化，而且使部分传热表面失效，易生污垢，所以设计时要把操作流量控制在最小流量以上。

4、传热系数：传热计算是降膜蒸发器设计的核心。降膜流动的雷诺数计算与满管液体时相同，但其传热系数却比满管液体时大。另外，气、液一起向下流动时，气流的剪力使膜减薄，从而强化了传热。

在得出降膜蒸发器的基本尺寸以后，壳侧给热系数可以根据加热介质的情况进行计算或估算，水蒸汽冷凝给热时可查图。

无相变时要采取相应的传热计算公式。作粗略计算时可参考以下提供的数值(h0的估计值)

水蒸汽壳侧冷凝:h。=5000Kcal/m·h·℃

单相热流体换热:h。=1000Kcal/m·h·℃

5、液泛：在气、液逆流操作时，气体向上有阻止液膜向下流的倾向。当气速很大时，就会产生液泛现象，导致操作破坏。出现液泛时，则可扩大管径或增加管数，也可以双管齐下。

6、液体分布：这是降膜蒸发器设计中最困难、最棘手的问题，布膜不好则是产生干途径的原因，分配不匀，则使管子中的流量有大有小。流量太大，则膜太厚，传热不好:流量太小，则容易产生干途径。分布器的品质很关键，要精心设计。

当一台降膜蒸发器初步计算结束后，还要从以下三方面去检查该设备是否可行。

(1)压降是否太大。在一般情况下，降膜蒸发器的压降是比较小的，这对常压操作是没有问题的，但在真空操作时，对压降有严格的限制。

(2)热流率是否太大。降膜蒸发器的热流率应控制在21500Kcal/mh(25KW/m)以内。如热流率太大，可降低壳侧的加热温度，即减小传热温差，这是有效的方法。

(3)传热温差是否太大。蒸汽加热热敏性液体时20~25℃;热油加热热敏性液体时35℃;对非热敏性液体时50℃。