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薄膜蒸发器的结构——直接加热蒸发器

        前述的各种薄膜蒸发器都是间接加热的,工业上有时还采用直接加热薄膜蒸发器,浸没燃烧薄膜蒸发器就是直接加热的薄膜蒸发器。将一定比例的燃烧气与空气直接喷人溶液中,燃烧气的温度可高达1200~1800℃,由于气、液间的温度差大,且气体对溶液产生强烈的鼓泡作用,使水分迅速蒸发,蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出。

        浸没燃烧薄膜蒸发器的结构简单,不需要固定的传热面,热利用率高,适用于易结垢、易结晶或有腐蚀性溶液的蒸发,但不适于处理不能被燃烧气污染及热敏性物料的蒸发。目前广泛应用于废酸处理工业。蒸发操作广泛用于各种工业中,对这类应用量大且面广的设备,如能作某些改进以提高蒸发强度,则对社会的经济影响是很显著的。不论是间接加热的非膜式还是膜式薄膜蒸发器,其主要元件都是加热管束。所以对薄膜蒸发器的加热管束加以改造,是提高薄膜蒸发器传热强度的可行途径。由薄膜蒸发器的发展历程也可以看出,最初采用的是蛇管和横管薄膜蒸发器,后来发展为垂直管薄膜蒸发器,再进展为膜式薄膜蒸发器。要提高薄膜蒸发器的传热强度往往用减薄管子两侧液膜或增加膜内湍动程度的方法来实现。

        近年来,国内外差不多都是从改造管束着手以减薄液膜厚度从而提高蒸发强度。例如,我国某研究所对多种不同形式的管子进行冷凝实验,最后选出一种较好的管外侧开纵槽的管子,即在φ22X2mm的铝管外侧开出48条纵槽,异丁烷蒸气在管外冷凝,管内通冷水,总传热系数较同条件下的光滑管提高2倍以上。开槽用于蒸发一侧时,总传热系数可以提高3~4倍。国外曾有人在内径为50.8mm、长度为2.44m的内、外开纵槽的铜管内,在常压下对清水进行蒸发实验,获得的总传热系数较同条件下的光滑管高3~4倍。蒸汽在管外侧槽峰上冷凝而产生冷凝液,由于表面张力的作用立即流至凹槽内,然后靠重力作用沿凹槽向下流动而 排走,使槽峰及其附近始终保持极薄的液膜,而且管的上、下端基本一致,使管子热阻很小,克服了前章介绍的在垂直光滑管上凝液膜上薄下厚使冷凝传热系数降低的缺陷。当纵槽开在沸腾液侧时,例如在升膜薄膜蒸发器中,溶液由下而上流过槽底,然后分布到槽峰,因此传热面始终保持薄膜蒸发状态,再加上蒸汽高速拉膜上升,使溶液侧的沸腾传热系数提高。

        此外,在溶液中加入表面活性剂,可以降低溶液的表面张力,加大传热面的润湿性,避免产生干点,使整个壁面能有效地传热,表面活性剂在汽、液两相间起到润滑作用,减少流动阻力;由于管壁上覆盖了表面活性剂,阻止了污垢附在壁面上,故可使溶液侧壁面上不生成垢层,减小传热阻力。表面活性剂可以回收循环使用,回收方法是于完成液中鼓人空气,活性剂即成泡沫浮在溶液表面上,可以回收95%~97%的活性剂。