蒸發(fā)（或稱濃縮）是指將含有非揮發(fā)性溶質(zhì)和揮發(fā)性溶劑組成的溶液進行蒸發(fā)濃縮的過程，主要是利用加熱作用使溶液中一部分溶劑汽化而獲得。蒸發(fā)工藝在制藥生產(chǎn)中應用較多，如中藥生產(chǎn)方面是將提取液進行蒸發(fā)濃縮而得到濃縮液或流浸膏，又如在抗生素生產(chǎn)中蒸發(fā)操作用于發(fā)酵濾液、樹脂洗脫液以及各種提取液的濃縮。
　　
　　蒸發(fā)設備一般稱為蒸發(fā)器，其構造與種類繁多，而且其發(fā)展歷史久遠。從操作方式可分為單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)和直接接觸蒸發(fā)；按流體循環(huán)方式可分為不循環(huán)型蒸發(fā)、自然循環(huán)型蒸發(fā)、強制循環(huán)型蒸發(fā)、刮膜式蒸發(fā)及離心式薄膜蒸發(fā)。設計時針對不同的物料用不同的蒸發(fā)器。正確的應用不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，又能節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。其中，降膜式蒸發(fā)器是現(xiàn)代蒸發(fā)技術中常見的單元操作，本文將對多效降膜式蒸發(fā)器的特點及相關要點作一探討。
　　
　　1降膜式蒸發(fā)器概述
　　
　　1.1降膜式蒸發(fā)器簡介
　　
　　工作原理：物料由加熱室頂部加入，經(jīng)液體分布器分布后呈膜狀向下流動。在管內(nèi)被加熱汽化，被汽化的蒸汽與液體一起由加熱管下端引出，經(jīng)氣液分離后即得到濃縮液。
　　
　　在降膜式蒸發(fā)器的操作過程中，由于物料的停留時間很短（約5～10s），而傳熱系數(shù)很高，因此其較廣泛地應用于熱敏性物料，也可以用于蒸發(fā)粘度較大的物料，但不適宜處理易結晶的溶液。
　　
　　1.2降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器比較
　　
　　降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器的性能比較如表1所示。
　　　　2多效降膜式蒸發(fā)器的結構
　　
　　多效降膜式蒸發(fā)器由蒸發(fā)器、分離器、預熱器、冷凝器、凝水罐、循環(huán)泵等部件組成，其結構如圖1所示。
　　
　　2.1蒸發(fā)器
　　
　　蒸發(fā)器為列管式換熱器，管程通液體物料，殼程通加熱蒸汽，液體物料從蒸發(fā)器的頂部進入，經(jīng)過分布器進入加熱管，液體物料沿加熱管往下流，并被加熱蒸發(fā)，直至加熱器底部，濃縮的液體和蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進入分離器進行分離，其底部裝有控制布水的液位開關。
　　
　　作用：對液體物料加熱、蒸發(fā)。
　　
　　2.2分離器
　　
　　分離器為單層結構的罐，上部的二次蒸汽接口與冷凝器相通，下部的接口與蒸發(fā)器連通。
　　
　　作用：使加熱后產(chǎn)生的二次蒸汽與濃縮液體汽液分離。
　　
　　2.3預熱器
　　
　　預熱器為臥式列管式換熱器，管程通液體物料，殼程通蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽。
　　
　　作用：（1）對進入蒸發(fā)器的液體物料進行預先加熱；（2）將二次蒸汽進行冷卻以便于對其進行回收利用。
　　
　　2.4冷凝器
　　
　　冷凝器為臥式列管式換熱器，管程通冷卻水，殼程連接預熱器的殼程。
　　
　　作用：將二次蒸汽進行冷凝以便于對其進行回收利用。
　　
　　2.5凝水罐
　　
　　凝水罐為單層結構的罐，罐體裝有控制液位的液位開關。
　　
　　作用：通過與出口處的泵連接，能實現(xiàn)自動排放罐內(nèi)的冷凝液。
　　
　　3多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理及特點
　　
　　3.1多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理
　　
　　以三效為例，多效降膜式蒸發(fā)器的流程如圖2所示。
　　
　　工作原理：物料稀溶液經(jīng)原料泵進入第三效循環(huán)泵的吸入口，用泵升壓后，經(jīng)預熱器進入第三效蒸發(fā)器頂部的進料室，再進入加熱管加熱蒸發(fā)后進入分離室，汽、液在此分離，溶液從底部流入泵吸入口，用泵送預熱器、進料室、加熱管、分離室進行循環(huán)流動與蒸發(fā)。蒸發(fā)出來的蒸汽由分離室側面進入分離器進一步把蒸汽夾帶的液滴分離出來，由分離器底部流回分離室，而潔凈的二次蒸汽排出后進入冷凝器被全部冷凝。循環(huán)泵的出口有一支路把溶液送到第二效的泵吸入口，按照與第三效相同的方式進行工作，第二效的二次蒸汽送入第三效作為加熱蒸汽。同樣，第二效泵出口有一支路把溶液送入*效泵吸入口。*效操作與另二效基本相同，*效的二次蒸汽送入第二效作為加熱蒸汽。*效的加熱蒸汽則由鍋爐直接供給，冷凝水返回鍋爐房。此外，泵出口有一支路排放濃縮液，調(diào)節(jié)排放量以保持排放液的濃度。
　　
　　逆流操作時，濃溶液出料口在*效，溫度較其他各效高，可使溶液粘度有所下降，有利于濃度較高溶液的濃縮，可得到75%的濃縮液。
　　
　　各效蒸發(fā)器均裝液位控制器，配合進口管路的控制閥保持各效液面恒定。鍋爐供汽管路裝有控制閥，根據(jù)*效加熱蒸汽壓力的傳感器及壓力控制器來控制閥門達到加熱蒸汽壓力恒定的目的。各效所排放的冷凝水均匯集至凝水罐，罐側面裝有液位控制器，配合排液泵出口管的控制蒸發(fā)器液位至規(guī)定高度。
　　
　　3.2多效降膜式蒸發(fā)器的特點
　　
　?。?）結構緊湊、布局合理、占地面積小、安裝操作方便；
　　
　?。?）生產(chǎn)效率高、蒸發(fā)量大；
　　
　?。?）節(jié)能*，能耗僅為一般降膜式蒸發(fā)器濃縮生產(chǎn)時的1/3左右。QA/Q≤0.45，QB/Q≤8（Q為清水蒸發(fā)量，QA為蒸汽耗量，QB為冷卻水耗量）；
　　
　?。?）系統(tǒng)可控制，系統(tǒng)采用PLC編程，設備工藝參數(shù)可設定、控制，原料液和冷卻水均可自動控制。系統(tǒng)控制精度：溫度±1℃，壓力±0.01MPa，液位高度±10mm。
　　
　　4對多效降膜式蒸發(fā)器相關要點的探討
　　
　　4.1加熱蒸汽的利用
　　
　　蒸發(fā)是一個消耗大量加熱蒸汽而產(chǎn)生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能觀點出發(fā)，多效降膜式蒸發(fā)器充分利用蒸發(fā)所產(chǎn)生的二次蒸汽作為其他效加熱系統(tǒng)的熱源，即要求蒸發(fā)裝置能提供溫度較高的二次蒸汽，這樣既可減少鍋爐生蒸汽的消耗量，又可減少末效進入冷凝器的二次蒸汽量，提高蒸汽的利用率。一般所用的飽和蒸汽不超過180℃，若超過180℃，其相對壓強就很高，這樣會增加熱設備與操作費用。多效降膜式蒸發(fā)器的蒸發(fā)旨在節(jié)省加熱蒸汽。
　　
　　如果首效采用較高壓力的加熱蒸汽，則末效可以采用常壓蒸發(fā)或低真空蒸發(fā)。此時，末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的溫度，其熱能絕大部分被利用。
　　
　　4.2蒸發(fā)器的效數(shù)
　　
　　在多效蒸發(fā)中，將前一效的蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，所以多效蒸發(fā)能節(jié)省生蒸汽的消耗量。但不是效數(shù)越多越好，其效數(shù)受技術與經(jīng)濟上的限制。
　　
　　（1）多效蒸發(fā)隨效數(shù)的增加，在總蒸發(fā)量相同時所需生蒸汽量則減少，操作費用降低。但效數(shù)越多，其設備費用也越高，且隨著效數(shù)的增加，所節(jié)省的生蒸汽量則越來越少。
　　
　?。?）理論上效數(shù)過多，蒸發(fā)操作將難以進行。一般而言，多效蒸發(fā)的*效加熱蒸汽溫度和冷凝器的操作溫度都是受到限制的，多效蒸發(fā)理論傳熱總溫度差（即上述二溫度之差值）也是受到限制的。在具體操作條件下，當效數(shù)增多時，各效溫度差損失之和隨之增大，因而有效總溫度差減小。當效數(shù)過多時，有效總溫度差很小，分配到各效的有效總溫度差將會小得無法保證各效正常的沸騰，蒸發(fā)操作難以進行。
　　
　　究竟效數(shù)多少？則要看被蒸發(fā)物料特性。經(jīng)驗告訴人們，一般電解質(zhì)溶液，其沸點升高較快，可取2～3效；一般非電解質(zhì)溶液，其沸點升高較慢，可取4～6效。
　　
　　4.3多效降膜式蒸發(fā)器的流程
　　
　　在多效降膜式蒸發(fā)器中，溶液的流程可以是并流、逆流、平流和錯流，它們之間的比較如表2所示，其選擇主要根據(jù)物料特性、操作方式及經(jīng)濟性來決定。
　　　　







        本文所探討的三效降膜式蒸發(fā)器實例屬逆流，其溶液與蒸氣成逆流。在此實例中，料液由末效加入，依次用泵送入前一效。溶液從后一效進入前一效時，溫度將低于該效的沸點。在這種流程中，溶液的濃度越大，蒸發(fā)溫度也越高。因此，各效溶液的粘度不會相差太大，因而傳熱系數(shù)均勻。
　　
　　5結語
　　
　　本文從降膜式蒸發(fā)器的概述入手，闡述了多效降膜式蒸發(fā)器的結構，并對多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理、流程及相關要點作了探討?？梢缘贸鲆韵陆Y論：
　　
　?。?）不管是降膜法還是升膜法，應根據(jù)被蒸發(fā)溶液特性而選擇；
　　
　?。?）從節(jié)能角度出發(fā)，降膜式蒸發(fā)器應選擇多效。但不是效數(shù)越多越好，應從技術與經(jīng)濟方面綜合考慮。
　　
　?。?）多效降膜式蒸發(fā)器流程的確認，也應根據(jù)被蒸發(fā)溶液特性而定。