87蒸发器

蒸发及蒸发器1.蒸发器概述2.蒸发流程3.蒸发操作分类4.一些蒸发设备5蒸发器的改进与研究6蒸发器的模型概述蒸发器是一种伴随着（沸腾）相变的间壁式热交换器，包含加热室和蒸发室两个重要的组成部分，它在ORC系统中用于加热有机工质，使其气化过热。低温低压的液态工质（即有机工质）在传热壁的一侧汽化潜热，从而传热壁的另一侧介质被冷却。通常被冷却的介质是水或者是空气。概述概述蒸发流程蒸发既是一个传热过程，同时又是一个溶剂汽化，产生大量蒸汽的传质过程。加热室向液体（有机工质）提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使得气液两相完全分离。这些液体借助自身的凝聚或者除沫器等的作用得以与蒸汽分离，除沫器通常设置在蒸发器的顶部。图单效真空蒸发流程1－加热室；2－加热管；3－中央循环管；4－蒸发室；5-除沫器；蒸发操作的分类（一）单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用作另一个蒸发器的加热蒸汽，可将蒸发分为单效蒸发和多效蒸发。对二次蒸汽不加利用的称为单效蒸发；若将几个蒸发器按一定的方式组合起来，利用前一个蒸发器的二次蒸汽作为后一个蒸发器的加热蒸汽进行操作，称为多效蒸发。采用多效蒸发是减小加热蒸汽消耗量，节约热能的主要途径。（二）常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发根据操作压强的不同，可分为常压蒸发、加压蒸发和真空蒸发。（三）间歇蒸发与连续蒸发根据蒸发操作的连续程度，可分为间歇蒸发和连续蒸发。间歇蒸发特点是蒸发过程中，溶液的浓度和沸点随时间改变，所以是不稳定操作，适合于小规模、多品种的场合。连续蒸发为稳定操作，适合于大规模的生产过程。蒸发设备由于蒸发过程以传热过程为主，所以蒸发设备与一般的传热设备并无本质上的区别。但是，在蒸发过程中，需要不断移除产生的二次蒸汽，而二次蒸汽不可避免地会夹带一些溶液，因此，它除了需要进行传热的加热室外，还要有一个进行汽、液分离的蒸发室。蒸发器的型式尽管多样，但都包括有加热室和分离室这两个基本部分。在选择蒸发器的型式时，除了要求结构简单、易于制造、清洗和维修方便外，更主要的是看它能否满足物料的工艺特性，包括物料的粘性、热敏性、腐蚀性、结晶和结垢性等，然后全面综合考虑才能作出决定。蒸发设备蒸发器的改进与研究1．开发新型蒸发器主要通过改进传热面的结构来提高传热效果。例如新近出现的板式蒸发器，不但具有体积小、传热效率高、溶液停留时间短等优点，而且其加热面积可根据需要而增减，装卸和清洗方便。又如，在石油化工中采用的表面多孔加热管，可使溶液侧的传热系数提高10～20倍。海水淡化中使用的双面纵槽加热管，也可显著提高传热效果。2．改善溶液的流动状况在蒸发器内装入各种形式的湍流构件，以提高溶液侧的对流传热系数。例如在自然循环型蒸发器的加热管内装入铜质填料后，溶液侧的对流传热系数可提高50％左右。原因有二，一方面，由于填料的存在加剧了液体的湍动程度；另一方面，填料本身的导热性能很好，可将热量直接传到溶液内部。蒸发器的改进与研究3．改进溶液的工艺特性通过改进溶液的工艺特性，可以提高传热效果。研究表面，加入适当的表面活性剂，可使总传热系数提高1倍以上；加入适当的阻垢剂，可减小污垢形成的速度，从而降低污垢热阻。蒸发器的模型对于蒸发器的传热性能研究，目前较普遍采用的是在建立系统的数学模型上进行计算机模型，幷辅以实验方法以验证模拟的可靠性。在以往的模拟中，所采用的模型可分为以下三类：（1）单节点模型单结点模型又称为集中参数模型。这是最简单的一类模型，它将整个蒸发器看作一个结点，所有分布参数都被平均化并采用经验和半经验公式简化计算，是对对象特性的一种系统级的近似和加权。集中参数模型计算快捷，具有定性和一定误差范围内的指导意义。早期在对整个制冷系统进行仿真时，其精度还是能较好的满足要求的，而且因其简便，在制冷系统模拟领域依然被广泛采用。但在单纯蒸发器的模拟研究中，该模型显得过于简单，精度较难保证。蒸发器的模型（2）分相集总模型分相集总模型又叫做分区模型。制冷剂在蒸发器中沿流动方向有明显的相态分布，按制冷剂侧状态可以将蒸发器分成两到三个区，主要是液体区、汽液两相区和过热气体区。对每个区分别建立集中参数模型，在各自的区域内使用各自的能量、质量和动量方程，利用不同的关联式描述其流动和换热特点。但是这种模型中有一个问题，即在两个区域交接节点处各热力学参数往往不连续。这就需要人为对模型进行修补。而且，分相集总模型需要两相区的平均换热系数，但我们知道实验关联式给出的一般为局部值，因此，必须通过数学积分计算平均值。为了积分，往往需要采用某种假定，比如干度的线性分布、忽略压降等。这就阻碍了其适用于更广泛的场合。蒸发器的模型（3）多节点模型结点模型又称分布参数模型。为了克服集总参数模型的弊端，许多学者致力于分布参数模型的研究，把蒸发器划分为许多个控制容积，对每个控制容积按集总法处理，来求解离散化的偏微分方程。在这种模型的应用中，涉及到两相流部分，还有过热区或过冷区。另外，空泡系数的引入，汽液滑移比的存在，具体流型的分析，管壁侧和管内侧换热系数的半经验性，动量方程、能量方程中待解参数的相互耦合性，都增加了问题的难度。而近年来，随着计算机技术的发展，这种模型方法得到了越来越多人的关注。因为它更加贴近系统的微观特性，在理论上可以获得更理想的精度，且具有较强的适应性。蒸发器的模型在上述模型中，根据是否考虑时间变量作为划分标准，又可细分为稳态模型和动态模型。稳态模型用来模拟蒸发器的稳定运行状况，认为各参数不随时间的变化而变化，这是一个假想的特殊工况。如果要考虑启动、停止或进口参数有阶越变化等过程，则需要引入时间变量，即应用动态模型。实际上，纯粹的稳态工况是不存在的。目前为止，对蒸发器所建立的理论模型中大多数是基于稳态工况下做出的。蒸发器模型的建立主要有集中参数和分布参数两种方法，多用于定向分析；其中后者具有计算精度高、结果可靠等特点，能较好的反应研究对象的真实运行状态，采用该方法建模具有现实的意义。蒸发器的模型