濃縮設備的分類

1.按壓力分

常壓濃縮設備：蒸發面為常壓；溶劑氣化后直接排入大氣。特點：設備結構簡單、投資省、維修方便，但蒸發速率低，能量損耗大，易破壞物料中營養成分。

真空濃縮設備：蒸發面上氣化后處于負壓狀態，特點是優點：加熱蒸汽與沸騰液體之間的溫度差可以增大；可利用壓強較低的蒸汽作為加熱介質；使濃縮設備的熱損失減少。缺點：增加附屬設備及動力，成本高；熱量消耗大。

電加熱夾層鍋

可傾式夾層鍋

不銹鋼攪拌夾層鍋

2.按蒸汽利用的次數分

雙效濃縮設備：二次利用；

多效濃縮設備：三次或三次以上利用；

帶有熱泵的濃縮設備：熱泵再次加熱利用。

3.按料液的流程分

單程式、循環式（自然循環和強制循環）。

4.按料液分布狀態分

薄膜式：分散成薄膜狀，蒸發面大，蒸發快。它分為升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和離心式薄膜蒸發器。

非膜式：大蒸發面。它按料液管路中流動，管路又分為盤管式濃縮器、中央循環管式濃縮器。

多效蒸發結晶能耗

工業生產中常遇到要求處理大量料液并汽化大量水分的情況，為了節約加熱蒸汽，可采用多效。

多效蒸發是將多臺蒸發器首尾相接，串聯操作的系統，后一效的操作壓力和溶液沸點均較前一效低，僅在操作壓力最高的第一效加入新鮮的加熱蒸汽，所產生的二次蒸汽通入后一效的加熱室作為后一效的加熱蒸汽，即后一效的加熱室成為前一效二次蒸汽的冷凝器，最末效往往是在真空下的操作的，只有末效的二次蒸汽才用冷卻介質冷凝。因此多效蒸發不但明顯地減少了加熱蒸汽的耗量，同時也明顯的減少了冷卻水的耗量，理想條件下，生蒸汽及冷卻水耗量與效數間的關系見下表：

真空濃縮設備

1.單效真空濃縮設備特點

（1）真空下蒸發濃縮，配有抽真空裝置；

（2）蒸汽一次利用，熱能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用；

（3）結構簡單，操作方便，傳熱系數高，操作控制容易；

（4）傳熱面積小（管道），生產能力低，料液循環差，盤管表面易結垢；

（5）清洗困難。

2.中央循環管式濃縮鍋

（1）基本原理：

由于傳熱產生重度差，形成了自然循環，液面上的水汽向上部負壓空間迅速蒸發，從而達到濃縮的目的。

（2）基本結構：

• 鍋體：鍋底、加熱室—蒸汽容納空間。

  
  

• 加熱器體：中央循環管(截面積為總面積的40%－100%）和上下管板及加熱管束（直徑25mm－75mm)，長徑比為20-40，液料在管內流動而加熱蒸汽在管束之間流動。

  
  

• 管道（口）：真空系統、料液進出口、不凝氣出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口。

  
  

• 蒸發室：蒸發室是指料液液面上部的圓筒空間。料液經加熱后汽化，必須具有一定高度和空間，使汽液進行分離，二次蒸汽上升，溶液經中央循環管下降，如此保證料液不斷循環和濃縮。

  
  

  蒸發室的高度，主要根據防止料液被二次蒸汽夾帶的上升速度所決定，同時考慮清洗、維修加熱管的方便，一般為加熱管長度的1.1～1.5倍。

  
  

• 附件：人孔、儀表、取樣口及視鏡等。

（3）不凝氣體處理：

加熱室中不凝縮氣體的排除：

加熱蒸汽熱交換后，放掉熱，而冷凝成水，從下面排出。如上圖所示，可是蒸汽中有一部分氣體是混入的空氣或氨等不凝縮氣體，不能排除。如果不及時排除。

會在加熱室內愈積愈多，嚴重影響熱效率，在A處放出輕的不凝氣；B處放出重的不凝氣。排出位置的選擇很重要，視不凝氣積聚于何處而定，此管可接在真空系統。

蒸汽中混入不凝氣體的原因有三：

鍋爐水中混入溶解著的空氣和其它氣體、（若用的是冷凝水就不存在此情況）。如果用河水或井水，可以用開口爐燒開后再入鍋爐，可去除大部分空氣。

因在真空下操作，有空氣從接頭處漏入，造成二次蒸汽中混入不凝性氣體。

如果是多效系統。則應注意料液中往往也會有溶解著的不凝氣體，有時甚至還含有對材料具腐蝕性的惡性氣體，應及時排除。不凝性氣會形成薄膜，包住加熱管。

因為氣體不是好的熱導體，加熱蒸汽需通過它才能與壁內溶液進行熱交換；因而傳熱效果就低了。

（4）使用注意事項：

• 一般開始操作時，先通入加熱蒸汽于鍋內趕走空氣，后開啟抽真空系統，造成鍋內真空；

  
  

• 待加熱器體內充滿液體后，再開蒸汽閥門；

  
  

• 取樣檢驗，達到所需濃度時，解除真空即可出料；

  
  

• 加熱蒸汽壓力應視不同物料選擇，不宜太高，否則易發生焦管現象。

液膜式蒸發濃縮設備

1.特點

料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流動（上升、下降或上升與下降組合），從而使蒸發面積增加，提高濃縮效率。

2.分類

（1）按液膜形成方式分：自然循環式蒸發器和強制循環式蒸發器；

（2）按液膜運動方向分：升膜式蒸發器、降膜式蒸發器和升降膜式蒸發器。

3.升膜式蒸發器

（1）與中央循環管式濃縮鍋的區別：

中央循環管式濃縮鍋的料液是依靠傳熱產生的重度差排濃縮液，液面上的二次蒸汽靠負壓排出。而升膜式蒸發器是依靠膨脹的二次蒸汽產生向上的升力，二次蒸汽濃縮液進入分離器。

（2）結構：

加熱管（蒸發器）：直徑為30mm-50mm的管子，長徑比為100－150。長管式加熱器結構比較復雜，殼體應考慮熱應力對結構的影響，需采用浮頭管板或在加熱器殼體上加膨脹節。有時可采用套管辦法來縮短管長；

汽液分離器：碰撞型、離心型、過濾型；

進口：蒸汽進口、料液進口；

出口：濃縮液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出口。

（3）工程過程：

料液由料液進口進入蒸發器管內，在管內底部與蒸汽首先進行對流傳遞熱量(管外蒸汽熱量傳遞給管內料液)，當料液獲得一定熱量達到沸騰狀態，進入管中間部開始產生蒸汽泡，使料液產生上升力；

由于料液熱量的連續獲得，產生二次蒸汽，膨脹的二次蒸汽產生強的上升力，料液呈薄膜狀在管內上行，到管頂部呈噴霧狀，以較高速度進入汽液分離器，二次蒸汽從分離器頂部排出，濃縮液達到濃度要求從分離器底部排出，未達到濃度要求再次由下導管送到底部再次加熱蒸發。

（4）注意事項：

• 操作時，應嚴格控制進料量，防止管壁結焦現象發生；

• 料液一般先預熱到沸點狀態進入加熱器體，以增加液膜比例，提高沸騰和傳熱系數；

• 各管路密封性能要好，連接可靠；

• 定期對密封墊進行更換和檢查。

4.降膜式蒸發器

      

與升膜式一樣，都屬于自然循環的液膜式蒸發濃縮設備，構造與升膜式相似，主要區別是料液由加熱器頂部加入，液體在重力作用下，沿管內壁成液膜狀向下流動，由于向下加速；

克服加速壓頭比升膜式小，沸點升高也小，且加熱蒸汽與料液溫差大，所以傳熱效果較好（關鍵：使料液均勻分布于各加熱管）。

料液分布器：導流管、篩板或噴嘴、旋液噴頭  

a.篩孔板式 b、噴霧型 c.鋸齒形導流管 d.螺旋溝槽導流管
e.典型導流管　f.篩孔板與導流管　結合 g.旋液型

5.升降膜式蒸發器

（1）兩組加熱管：一組升膜，另一組降膜

      

料液先進入升膜式加熱管，沸騰蒸發后，汽液混合物上升至頂部，然后轉入另一半加熱管，再進行降膜蒸發。濃縮液從頂部進入汽液分離器分離后，二蒸汽從分離器上部排入冷凝器，濃縮液從下部排出。

（2）特點

• 符合物料的要求，初進入，濃度低，速度快，容易達到升膜要求，初步濃縮后，在降膜式中受重力作用下能沿管壁均勻分布形成薄膜；

  
  

• 先升后降，有利于液體均布，加速湍動和攪動，進一步提高傳熱效果；

  
  

• 升膜控制降膜的進料分配；

  
  

• 串聯可提高產品的濃縮比，減低設備高度。

6.板式蒸發器

（1）結構

• 板式加熱器：4片傳熱板組成一個板單元；

• 汽液分離器：離心式（二次蒸汽和濃縮液在一起）；

• 進料管道：蒸汽進口、料液進口；

• 附件：密封圈、調節板、緊固件和支架等。

（2）板式蒸發器的傳熱組合：

（3）加熱板間蒸汽與物料之流程：

（4）工作過程

料液經泵的作用強制通入板式加熱器體，在流經升膜和降膜段時受加熱蒸汽的作用，通過板壁對料液加熱濃縮，產生的濃縮液和二次蒸汽由底部通入匯集槽機出口通入分離器，分離濃縮液和二次蒸汽，分別從各出口排出，其中冷凝水由冷凝水出口排出。

（5）優缺點

優點：

• 體積小，結構緊湊，加熱面積可隨意調整；

• 加熱時間短；

• 熱敏性物料的適應性好，如牛奶、果汁等；

• 具有升膜和降膜的特點，傳熱系數高。

缺點:

• 密封墊片易老化而產生泄漏；

• 適用壓力有限；

• 對粘度大的物料適應性差。

真空濃縮裝置的輔助設備

1.汽液分離器

又稱捕沫器、捕液器和除沫器。

（1）作用：

將蒸發過程中產生的霧沫中的溶液聚集并與二次蒸汽分離，減少料液的損失，同時防止污染管道及其它濃縮器的加熱面。

（2）要求

應具有良好的分離效果，其阻力損失盡可能的小，能保證液體連續地流向蒸發室內，同時應具備易于拆洗、沒有死角，結構簡單，尺寸小，材料消耗少等性能。

（3）類型與結構特點

碰撞型：二次蒸汽流經通道上，設有若干擋板，改變夾帶液滴運動方向，與擋板碰撞，沿擋板面流下，從而分離汽液。

離心型：二次蒸汽沿分離器的殼壁成切線方向導入，氣流產生回轉運動，液滴在離心力作用下被甩到分離器的內壁，并沿壁流下回到蒸發室內，二次蒸汽由頂部出口管排除。

過濾型：二次蒸汽通過多層金屬網或磁網等構成的捕液器，液滴粘附在其表面而二次蒸汽通過。

2.蒸汽冷凝器

（1）作用：

將真空濃縮所產生的二次蒸汽進行冷凝，并將其中的不凝性氣體（如空氣、二氧化碳等）分離，以減輕真空系統的容積負荷，同時保證達到所需的真空度。

大氣式、表面式、低水位、水力噴射器

（2）類型與特點：

a.大氣式冷凝器（又稱干式高位逆流冷凝器）

二次蒸汽由冷凝器的下側進入，向上通過隔板間隙，與從冷凝器上部進入的冷水逆流接觸冷凝，不凝氣體由上端排除，進入汽液分離器，將液滴分離后，再被抽真空裝置吸取排入大氣中，應用廣泛。

b.表面式冷凝器

通過管壁間接加熱，加之壁垢的存在，兩邊的溫差大，其冷卻水利用浪費大，應用較少。

c.低水位冷凝器

降低大氣式冷凝器的高度，依靠抽水泵來排出冷凝水。其特點是降低了安裝高度，可在室內安裝，且具有氣壓式冷凝器的優點，但由于配有抽水泵，且管路嚴密和較高的真空吸頭，其投資大。

（3）水力噴射器：

（據化工707）