蒸發(fā)操作的最終目的是將溶液中大量的水分蒸發(fā)出來,使溶液得到濃縮,而要提高蒸發(fā)器在單位時間內(nèi)蒸出的水分,必須做到以下幾點(diǎn)。
(1)合理選擇蒸發(fā)器 蒸發(fā)器的選擇應(yīng)考慮蒸發(fā)溶液的性質(zhì),如溶液的黏度、發(fā)泡性、腐蝕性、熱敏性,以及是否容易結(jié)垢、結(jié)晶等情況。如熱敏性的食品物料蒸發(fā),由于物料所承受的最高溫度有一定極限,因此應(yīng)盡量降低溶液在蒸發(fā)器中的沸點(diǎn),縮短物料在蒸發(fā)器中的滯留時間,可選用膜式蒸發(fā)器。對于腐蝕性溶液的蒸發(fā),蒸發(fā)器的材料應(yīng)耐腐蝕。例如,氯堿廠為了將電解后所得的10%左右的NaOH稀溶液濃縮到42%,溶液的腐蝕性增強(qiáng),濃縮過程中溶液黏度又不斷增加,因此當(dāng)溶液中NaOH的濃度大于40%時,無縫鋼管的加熱管要改用不銹鋼管。溶液濃度在10%~30%一段蒸發(fā)可采用自然循環(huán)型蒸發(fā)器,濃度在30%~40%段蒸發(fā),由于晶體析出和結(jié)垢嚴(yán)重,而且溶液的黏度又較大,應(yīng)采用強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器,這樣可提高傳熱系數(shù),并節(jié)約鋼材。
(2)提高蒸汽壓力 為了提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力,提高加熱蒸汽的壓力和降低冷凝器中二次蒸汽壓力,有助于提高傳熱溫度差(蒸發(fā)器的傳熱溫度差是加熱蒸汽的飽和溫度與溶液沸點(diǎn)溫度之差)。因?yàn)榧訜嵴羝膲毫μ岣?,飽和蒸汽的溫度也相?yīng)提高。冷凝器中的二次蒸汽壓力降低,蒸發(fā)室的壓力變低,溶液沸點(diǎn)溫度也就降低。由于加熱蒸汽的壓力常受工廠鍋爐的限制,所以通常加熱蒸汽壓力控制在300~500kPa;冷凝器中二次蒸汽的絕對壓力控制在10~20kPa。假如壓力再降低,勢必增大真空泵的負(fù)荷,增加真空泵的功率消耗,且隨著真空度的提高,溶液的黏度增大,使傳熱系數(shù)下降,反而影響蒸發(fā)器的傳熱量。
(3)提高傳熱系數(shù)K 提高蒸發(fā)器蒸發(fā)能力的主要途徑是應(yīng)提高傳熱系數(shù)K。通常情況下,管壁熱阻很小,可忽略不計。加熱蒸汽冷凝膜系數(shù)一般很丸若在蒸汽中含有少量不凝性氣體時,則加熱蒸汽冷凝膜系數(shù)下降。據(jù)測試,蒸汽中含1%不凝性氣體,傳熱總系數(shù)下降60%,所以在操作中,必須密切注意和及時排除不凝性氣體。
在蒸發(fā)操作中,管內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象是不可避免的,尤其當(dāng)處理易結(jié)晶和腐蝕性物料時,此時傳熱總系數(shù)K變小,使傳熱量下降。在這些蒸發(fā)操作中,—方面應(yīng)定期停車清洗、除垢;另一方面改進(jìn)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu),如把蒸發(fā)器的加熱管加工光滑些,使污垢不易生成,即使生成也易清洗,這就可以提高溶液循環(huán)的速度,從而可降低污垢生成的速度。
對于不易結(jié)晶、不易結(jié)垢的物料蒸發(fā),影響傳熱總系數(shù)K的主要因素是管內(nèi)溶液沸騰的傳熱膜系數(shù)。在此類蒸發(fā)操作中,應(yīng)提高溶液的循環(huán)速度和湍動程度,從而提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力。
(4)提高傳熱量 提高蒸發(fā)器的傳熱量,必須增加它的傳熱面積。在操作中,應(yīng)密切注意蒸發(fā)器內(nèi)液面高低。如在膜式蒸發(fā)器中,液面應(yīng)維持在管長的1/5—1/4處,才能保證正常的操作。在自然循環(huán)式蒸發(fā)器中,液面在管長1/3~1/2處時,溶液循環(huán)良好,這時氣液混合物從加熱管頂端涌出,達(dá)到循環(huán)的目的。液面過高,加熱管下部所受的靜壓強(qiáng)過大,溶液達(dá)不到沸騰。