膜式和板式蒸发器是新一代的蒸发设备，它也有几种型式，其共通特点是传热性能高、物料停留时间短、汁液不回流或较少回流。这些优点使它很适合食品工业使用。但是，它的设计、制造和使用的要求都比较高。

　　一、长管升膜式蒸发罐
　　这种蒸发罐在多数化工原理和糖厂装备书上都有介绍，它亦称为kestner 蒸发罐。它的加热管较长，一般为6～8m，短的也有5m，长的达10m。由于加热管长，沸腾时产生的汁汽量大，它们向上高速喷出，将液体挤向管壁附近随汽流上升，由于汽流的强烈冲刷形成薄膜 (故称为升膜式)，激烈的湍流强化了传热过程，使传热膜系数达到较高的数值。
　　这种蒸发罐在国外已相当普遍地用于糖汁蒸发的第一效。它还有糖汁停留时间短、糖汁变质小的优点。据苏联糖业界的经验，和自然循环蒸发罐相比，这种蒸发罐中糖汁的停留时间减少3～5倍，糖汁还原性物质的增加减少40%，色值增长减少30～35%。
　　这种蒸发罐在加热体的顶部装有涡轮式分离器将糖汁和汽体分离。有些在加热体的外侧装设较大的分离器，内装网式捕汁器使汽液分离更完全，并缩小设备的总高度。
　　这种蒸发罐因加热管较长，要特别注意防止因供给液体不足而产生局部烘干的问题。但正如德国著名专家巴罗指出：“在长管子的上端往往缺乏足够糖液的润湿”。
　　rein综合报道了南非的甘蔗糖厂应用长管式蒸发罐的情况和有关的研究工作。南非较早用这类蒸发罐， 初期的管长不到5m，以后多数用6.7～7.3m。南非17个糖厂已有13个厂用它作第一效，也有个别厂并用作第二效。加热面积为1980～5800m² ，除了一例以外，它们所用的温度差都很小，只为5～7℃，蒸发强度不大，为16～27kg/m²·h，ｋ值也不很高，用于一效时为 2300～2700 w/m²·k，用于二效时为1480～2140。它们的进汁量对比加热管数量和截面积是相当低的，用于一效时每管( 管子外径50.8mm)的平均入汁量为60～77kg/h ，相应于液相流速0.01～0.012m/s，用于二效时的平均入汁量为40～43kg/h，相当于液相流速 0.0065～0.007m/s。因此，罐内液面很低，只为0.64～1.18m，对管长的比例只为9.5％～17.6%。他认为，罐内会有部分管子被烘干，导致了ｋ值下降和结垢速度加快(注: 根据这些数据，算出这些蒸发罐加热管出口处混合物的液相体积比β 只为 0.2%～0.3%，是远远偏低的，这就难免出现加热管被局部烘干，使ｋ值显著偏低）。由于蒸发强度不高，加热管出口处汁汽流速也不大，只在3～5m/s 之间。这种蒸发罐在液相流速较大时，ｋ值也较高；如一个厂的平均每管入汁量为140kg/h (相应于液相流速0.022m/s)，其传热系数超过3000。这些蒸发罐如果用较大的温度差，传热系数并不升高，有时反而下降，这种情况和沸腾传热的共通规律完全不同。问题在于供给液体量不足，更大的温差会使管子被烘干的现象更严重。正是由于这一原因，这些蒸发罐未能取得较高的传热系数和蒸发强度。
　　他们利用示踪原子的方法测定了糖汁在罐内的经过时间， 长管式罐为2.4分钟，而自然循环蒸发罐为12～18分钟，前者只为后者的 15%左右，可减少罐内的蔗糖损失。
　　他们用中间试验设备研究了在各效蒸发的条件下使用长管式罐的情况，发现后效罐用长管式的优越性更大。两种罐的传热系数ｋ对比如下表。

长管式罐用于后效罐的效果更好是由于低压下汁汽的比容大，管内汁汽流速更高(末效可达60m/s) ，对液膜的冲刷更强烈。但后效罐糖汁粘度大，更容易烘干，入料必须足够和稳定，需要有良好的控制方法。
　　在南非，2000m²普通式蒸发罐的直径为5.2m，长管式罐为3.05m；如要4000m²面积，普通罐要两个直径5.2m，而长管式罐只要一个直径4.5m。后者比前者节约大量的厂房面积，但厂房要较高。至于设备造价，2000m²的两种罐接近，但4000m²者，长管式减少约20%。
　　蒸发罐加热管要恒定地被液体润湿，这对蒸发效能和产品质量都很重要。新研究开发的降膜式蒸发罐，很强调管子表面的润湿率，以符号b(l/cm·h) 代表，其定义是进入管子的液体量(l/h)对管子周边长度(cm)的比例。降膜蒸发罐所需的润湿率，对甜菜汁为8～10(l/cm·h)，对甘蔗汁为12～15(l/cm·h)。如果供液量不足，加热面就会被烘干。 复算上述南非糖厂的这一数值， 第一效只为4.1～5.3(l/cm·h)，偏低很多。虽然升膜式与降膜式会有差别，但润湿率过低同样是不好的。
　　广西贵县糖厂(现贵糖集团公司) 在20世纪50年代投产时即使用长管式蒸发罐，以后由日榨量1500吨扩大到接近10000 吨，第一效一直用这种罐，使用情况较好。该厂原来由捷克设计，一效蒸发原来有三个250m²的长管式罐，糖汁顺序通过这三个罐，所用的蒸汽并联进入这些罐，它们产生的汁汽集中输往二效罐，糖汁的流程类似前述的三折蒸发罐。这样，以同样的总加热面积相比，液体每次通过的管子数量和总截面积就减少为1/3，管中的液相流速相应提高三倍，管子出口处混合物的液相体积比β也增大约三倍，达到较适当的数值。
　　下面用计算来说明。250m²的长管式蒸发罐，每个有550条加热管，管长5m，内径28mm，全部加热管的总截面积为：
　　        550×3.14×(0.028/2)2 = 0.338 m²
　　清汁流量 60m³/h ，管内液相流速为：
　　        60 / (3600×0.338) = 0.049 m/s

该罐蒸发强度为 32 kg/m²，蒸发量为 32×250 = 8000 kg/h ，汁汽体积为：
　　        8000×0.8917 = 7133 m3/h
　　管子出口处糖汁体积为 60 － 8 = 52 m3/h ，汽液混合物中液体的体积比例为：
　    　  52 / (7133 + 52) = 0.72%
　　这个比值可以得到较高的传热系数。 如果将三个罐并联使用，或合并成一个750m²的罐，则管子截面积将增大为三倍，管内液相流速降低到0.018m/s，管子出口处汁汽体积增大三倍，上述体积比例将降低到约0.5%，此时难免出现供液量不足和局部烘干导致传热性能下降等问题。上例中，加热管出口处汽液混合物的流速为：
　　        (7133 + 52) / (3600×0.338) = 5.9 m/s
　　这个流速高于普通蒸发罐，对传热是有利的。它亦高于上述南非糖厂的数值，虽然该蒸发罐的管子长度不及南非的糖厂。因此，长管式蒸发罐的管长是重要的，但有关的工作参数必须处理好，否则长管式的优越性亦难以发挥。
　　再复算上例的加热管润湿率。每管的供液量为：
　　        60000 / 550 = 109 l/h
　　润湿率 b 为：
　 　      109 / (3.14×2.8) = 12.4 l /cm·h
　　比南非糖厂的数据高一倍多，达到降膜罐的数值，可认为加热管被液体润湿良好。
　　该厂在日榨量 9000 吨的情况下，用12～15个这种蒸发罐，总加热面积3000～3750m²，就达到所要求的蒸发量和大量抽出汁汽的要求，蒸发效能高于普通罐。
　　该厂的设计还有一个特点，就是清汁先进入一个集汁器，再自流入蒸发罐的加热体。这样，只要保持集汁器内液面稳定在加热管长度的 1/4～1/3，就可以使加热体部分的进汁量和液面适当和稳定。操作控制比较方便和直观。该组三个罐的汁汽集中于集汁器的上部，保持汽压的平衡，该处并装捕汁器进一步分出汁汽中的液沫。
　　其它大型糖厂采用长管式蒸发罐时，可以用较大面积的罐，但应保留三罐 (最小两罐) 串联过汁，并用集汁器控制入汁与液面。在要用多列加热罐时，它们可共用一个集汁器，集中全部糖汁和汁汽，以简化设备和操作，但集汁器要有足够的容积。
　　这种蒸发罐的结构原理与通用式的不同，操作方法有些要相应改变。初用这种罐缺乏经验时，会发生糖汁难过罐、视镜破裂甚至设备振动、糖汁焦化等现象。贵县糖厂在国内最先用这种罐，经过一段时间实践，掌握了正确的使用方法，取得了良好效果。这种蒸发罐要有较大的蒸发量才能使糖汁正常过罐。因为集汁器内糖汁液面不高，如蒸发量过小，糖汁就不能上升到管板之上再排向后罐。因此，若入汁量较小(如开榨初期)，要减少使用罐数，正常时亦要根据糖汁量来适当决定使用罐数。另一方面，使用这种罐要特别注意供给汁液量足够和工作条件稳定，使管内经常保持最佳的沸腾状态，防止管子上部因润湿不足而被烘干。在蒸发罐汁汽大量外抽时，要尽量稳定抽汽量，以免引起罐内汽压波动、汁汽比容变化而至沸腾形态变化(如压力突然升高时沸腾的泡沫高度会下降，造成烘罐)。抽汽量的大幅波动会引起加热管较长的蒸发罐的强烈振动。
　　长管式蒸发罐所用的加热管，其热膨胀系数要和制造汽鼓的材料接近，否则在受热时会产生很大的热应力，使管子变形或管口泄漏。设备的设计和制造都要注意。

　　二、降膜式蒸发罐
　　它是继升膜式蒸发罐以后出现的一种新型蒸发设备。工作特点是被蒸发的汁液和生成的汁汽都从上向下流。汁液从顶部进入，经过分布器均匀分布到全部加热管的内表面上，受管外蒸汽的加热形成大量汁汽，它将汁液挤逼到管壁上成为薄膜。它们向下流入分离器进行分离。一种型式的简图如右图。分离器是在加热体的外侧，这可以缩短设备的总高度；另一种型式的分离器是在加热体的下方，所占位置较小，但设备的总高度较大。

这种蒸发罐管内没有液位，也没有静液压造成的沸点上升，因而传热的总温差得到最有效的利用，在糖厂中可以实现６效甚至７效蒸发，节能效果很好。
　　据德国tobe报道，降膜式蒸发罐用于甜菜糖厂已超过25年，最初只用于第一效，后来逐渐推广。近几年在西欧新建的糖厂，整列使用这种蒸发罐，如英国 wissigton，比利时genappe,德国kleinwanzleben等糖厂用６效，konnen糖厂用７效。
　　这种蒸发罐都用长管，甜菜糖厂用的管长为10～12m，甘蔗糖厂用的管长为7～10m。设备的总高度较大。这种罐常放置在室外以节约厂房面积。利用现代控制技术和高效的保温方法，解决控制和保温问题。
　　这种型式的蒸发罐，必须使进入的汁液均匀地分布到全部加热管的表面上，将全部加热面适当润湿。为此，在加热体的上方设置一个特殊设计的汁液分配器。这是降膜蒸发罐的关键部分，也是该设备设计的重点。这部分如果效果不好，就会发生糖汁焦化、传热效能严重下降及大量生成积垢等问题。

汁液分配器有很多种设计型式。例如加热管顶部的进料方式，有溢流入料、切线入料和旋流入料等几种，分别如下各图所示 。

溢流入料是汁液沿着管子的边缘流入管子的内表面上。切线入料是在管子顶部装一个切线入料套，使汁液切线流动、在管子内部旋转而散布。旋流入料是在管子顶部装一个在表面上车制有螺纹的塞子，使汁液沿螺纹旋转进入而散布。这些方式都要细心地设计和精密地施工，使全部管子的状况一致，入料才有可能均匀分布。

在降膜蒸发罐的上部，通常装设各种型式的分布器。印度糖厂常用的一种分布器如下图（左）。它的上方是两层圆盘，入汁从上层圆盘经过多个小孔落入下层圆盘，再经过多个小孔向下流，下方有多个短管式的分配器，管口水平，管子下端加工成 4个尖端。蔗汁溢流入管内表面上，再从下面的尖端流入管板的表面上，再流入加热管内。德国wiegand公司设计的蒸发罐的入汁分布器如下图（右）。糖汁先在罐外加热到略高于罐内的沸点，从顶部进入并撞击在挡板上，产生自蒸发。汁液流入下面的汁盘，汁汽则经过汁盘与罐体之间的环形空间向下流。在加热管的进口处装有孔板。从汁盘流出的糖汁和自蒸发汁汽一起经过孔板喷射到各加热管的内表面上。由于自蒸发汽体的体积比较大，增加了流体通过孔板的喷射速度，可使它们分布较均匀。    

降膜蒸发罐的入料量要达到所需的润湿率ｂ。后者的定义和计算方法已在前面说明。降膜蒸发罐要达到的ｂ值，甜菜糖厂为8～10 l/h·cm ，甘蔗糖厂为12～15l/h·cm。为此，降膜蒸发罐通常配用循环泵。如一个罐的入汁量为150m³/h，循环泵的流量为270m³/h，循环倍数约为1.7。具体控制要与入料量配合，使入料与循环的总量符合所要求的润湿率。
　　这种蒸发罐中糖汁的停留时间比通用罐短得多，如一列５效这种罐，糖汁在各罐的停留时间顺次为：1.2、1.4、1.7、2.2、4.1分钟。因此，糖汁在蒸发罐的质量变化(色值和还原糖增加)比通用罐少得多。

降膜蒸发罐的传热性能优于普通的蒸发罐，这在糖液浓度高时更显著。因此，在后效使用这种蒸发罐更为有利。
　　在后效应用降膜蒸发罐，每罐都要用汁泵将汁液泵至罐体的顶部，通常将前罐的过汁(籍压力差与液位差自流) 与本罐的循环汁混合一起泵送。要控制该泵的流量适当，加热管流下的浓液除了循环的部分以外即向后排出。

印度bhagat在1995年报道了该国糖厂(生产耕地白糖)使用降膜蒸发罐的情况，已有18个糖厂使用了29台这种罐。它们有两种类型，一种将加热管分为两部分，糖汁先入第一部分，然后再泵入第二部分，出汁不再循环(相当于两程)；另一种不将加热管分开，用循环泵，循环倍数约1.5。他们感到这种罐的主要优点是糖汁停留时间短，蔗糖损失少。但蒸发速率都不高。６个糖厂９个罐的蒸发强度都只在20～30kg/m²·h 之间。他们深感罐内的糖汁分配器非常重要，已经用过几种型式，包括相当复杂的４级分配系统，但仍然认为“它们远非完美”。 看来，大直径的降膜式蒸发罐的糖汁分配器还需要继续研究改进。印度的这种罐是国内自制，管长多数是7～10m，个别为6m。

这种蒸发罐要配备自动供水装置，在入料突然减少时自动入水，避免管子被烘干。因加热管长度大，较易发生振动，在设计上要采取预防措施。汽液分离器的设计也很重要，要防止液沫被汁汽带走。

这种蒸发罐可以做成很大的加热面积，如5000～8000m²，其直径亦不至过大。但这样大面积的普通蒸发罐的直径很大，罐体与管板要很厚，制造上的难度较大。

　　三、板式蒸发器
　　板式蒸发器是更新一代的蒸发设备，70 年代开始用于食品工业。它具有传热性能好、物料经过时间短、无需汁液循环、卫生条件好、容易控制管理和占地面积与高度小等多种优点，因而被广泛应用。国外在80年代开始用于甜菜糖厂和精炼糖厂，90年代开始用于甘蔗糖厂，国内糖厂近年亦有应用。

板式蒸发器的工作原理有些类似板式换热器，使用长方形的板片作热交换元件，按工作要求将板片加工成特殊的表面形状。板片厚约 1 mm(0.5～1.5mm)，用不锈钢或特种金属板制成。
　　板式蒸发器有几种型式，在结构上分两类：
　　１. 整体式，加热体置于一个大容器内形成一个整体，汽液分离在容器内进行；其外形又有卧式和立式两种。可以将原有立式蒸发罐改装，拆去加热体，装入几组由板片组成的模块及改接管路制成，如下图（左）所示。
　　２. 分体式，加热体与分离器分开，中间以大管连接。加热体部分的外形与板式换热器类似，用支架悬挂板片，两端用端板压紧，如下图12（右）所示。它的分离室也可制成立式。

板式蒸发器内部的流程有两类：
　　１. 升降膜式，它的汁液通道的一半向上流，另一半向下流 (两者之间无汽液分离)，
通常由４件板片合成一组，板片间的通道，顺序通过汁液(向上)、蒸汽、汁液(向下)、蒸汽；这种方式应用较多。
　　２. 降膜式，汁液全部向下流动。它的板片长度为上述升降板片之和，宽度也较大，因而加热面和处理量都较大，而设备相对简化。
　　升降膜式的流程和板片组合如下图。

板式蒸发器常将板片组合成模块，再按需要将多个模块组合，放在密闭容器中构成大面积的蒸发器。据德国austmeyer 等报道，一种设计的模块高度只为320mm，多个模块组合的加热面积，可达到8000m²。

由于这种蒸发器板片之间的通道很窄，将加热面润湿所需的汁液量较小，所需的润湿率为 0.7～1.0 l/cm·h，仅为前述的传统降膜蒸发罐的1/10左右。因此，它不需要汁液的再循环。
　　板式蒸发器具有板式换热器传热系数高的优点，k值高于管式降膜管蒸发罐15％～60%。它只需有效温差1～3℃就能正常工作，这比其它类型蒸发器都低很多。它的静液压和沸点上升都很小，可以用更多的蒸发效数。另一方面，板式蒸发器可以将三效的设备垂直向上叠置组成塔式的结构，大大节省所占的面积。

板式蒸发器的一个重要优点是物料经过的时间很短，约为同一面积的通用蒸发罐的1/5，而且没有死角，因此糖汁经过蒸发罐的蔗糖转化较少，色值加深也小得多。在甜菜糖厂一组同等操作条件下的对比， 糖汁经五效通用式蒸发罐的色值增加770iu，而用板式蒸发器只增加150iu，后者的蔗糖损失比前者减少约30%。

这种蒸发器在运行时必须经常保持足够的汁液量以达到加热面的足够润湿，为此可以控制入汁泵的转速和流量。控制系统要能对工作参数的改变迅速作出反应，并应有紧急情况下的备用措施 (如喷入热水或稀糖汁)。
　　葡萄牙sidul精炼糖厂在90年代增设了一套浓缩设备，将清净后的63° bx的糖浆浓缩到73°bx 再供煮糖，蒸发量为5000 kg/h。采用了英国 apv 公司提出的板式蒸发器的设计方案：用三效蒸发和升降膜式分体式的设备。实际运行结果，蒸发后糖浆浓度为72～73°bx ，蒸发水量5200～5600kg/h，每蒸发1kg水用蒸汽0.37～0.45kg。实测传热系数达到设计值：一效 1150w/m²·k，三效 700。经过蒸发后的糖浆色值增加10%，而通用式一般为14%。这个方案的设备价格比传统降膜罐和通用罐低约 35% ，用汽量较少，且所需的厂房面积与高度都较小，可放在普通的厂房中。
　　马来西亚的msm精炼糖厂在1995年扩建，年产量达500,000 吨精糖。采用了alfa-laval公司的板式蒸发器，将糖液由59°bx 浓缩到75°bx。用二效蒸发，第一效的汁汽部分到二效，部分返回蒸汽喷射器，用生蒸汽将它压缩，然后作第一效和它前面的加热器的热源。该套设备体积不大，可以安放在普通的厂房中。糖液的经过时间很短，色值增加很小，操作管理亦方便。

这种蒸发器打开时的形状如下图。设备右上角的圆孔是蒸汽的通道，左上角的孔是汁汽的通道，下方中间的长孔是糖液的通道，下方两侧的圆孔是汽凝水的通道。

板式蒸发器可以和原有的蒸发罐 (如内循环式) 组合在一起使用，以增大原有蒸发罐的能力。为此，可以在原有蒸发罐旁装一个板式加热体，不另设分离器，将板式加热体流出的汽液混合物放入原蒸发罐汽鼓的上方，利用后者的空间作分离器，这样设备更为紧凑。如果原蒸发罐的分离空间容积不够，可以将罐体上部加高。板式蒸发器要用汁泵入料，用于后效也同样需要 (因器内液流阻力较大) 。入汁可以是前效的汁，也可以是本效的循环汁，即吸入同一效的原有蒸发罐底部的汁液。后者的优点是汁液供应比较均匀稳定，该汁泵的作用就类似循环泵。

澳大利亚harwood 糖厂于1992年装置了一台瑞典 alfa-laval公司的板式蒸发器(型号为ec500) ，与原有的第二效蒸发罐并联使用。它的加热面积260m²，板片宽1m，高 2m，板片组合的长度1.4m。它的入汁量为22～50m³/h，入汁浓度约24°bx ，出汁浓度30～42°bx ( 随入汁量变化)。传热系数在清洁后头两天为 3400～3600 w/m²·k ,以后逐渐下降，11天后降至 2800；对比同样条件下工作的通用式蒸发罐，提高26%～52%，平均40%。蔗汁在蒸发器内的时间只为 20～30 秒。甘蔗糖厂蒸发罐积垢较多，用naoh 清洗只能除去一部分，影响了它长期运行后的性能。

近年云南省的一些糖厂也使用了alfa-laval公司的板式蒸发器。如双江糖厂在1998年扩建为日榨3000吨，原来使用twx蒸发罐，共有2台850m² ，1台700m² ，1台550m² 及2台350m²；新增了4台板式蒸发器，分别与原有的前四效蒸发罐组合使用，其中3台面积为470m²，1台为116m²；又将原有的前三效蒸发罐器身向上加高900mm ,并改进捕汁器；各效相应配备糖汁循环泵。

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