糖厂使用的蒸发罐型式虽多，但都是由加热室（热交换部分）、汁汽室（糖汁沸腾并分出汁汽的空间）、捕汁器（分离汁汽中糖汁雾沫装置）和糖汁的给、排装置及附件所组成。

通用式蒸发罐（即Robert蒸发罐）是目前糖厂最广泛使用的蒸发罐。这种蒸发罐的构造如图9-1所示，在我国制造机械标准中称为TBZ型。它主要由罐底、入汁装置、加热室（或称汽鼓）、汁汽室（或称蒸发室）、捕汁器及罐顶等构成。

加热室是蒸发罐结构中的最重要的部件，它由上下管板、加热管子、中央降液管及外壳组成。它构成了蒸发罐的加热面，起传递热量以蒸发糖汁之用。在汽鼓的外壳，有两个蒸汽入口及四个汽凝水排出口。此外，汽鼓中还有不凝气排出口。在中央降液管的下端，接一段短的截锥圆筒，此圆筒的外面，又有另一短截锥圆筒与罐底连接，构成了出汁装置。

汁汽室在汽鼓上方，是—个直立圆筒，其内部是空的。汁汽室的主要作用是把从加热管子中喷出的糖汁与汁汽分离。在蒸发罐操作面的不同高度上，安装有几个视镜，以便于操作时观察罐内糖汁液面及沸腾情况。在汁汽室的适当位置上，安装有温度计与压力计，以检测糖汁与汁汽的温度与压力。

在汁汽室的上方，安装一个捕汁器（波纹板式），其作用是进一步把被高速汽流夹带出来的液滴（或雾沫）捕集起来，然后沿回流管流回汁汽室内。

汁汽室的上端，接一椭圆形顶盖（封头），汁汽管安装在顶盖的中央。

图9-1 TBZ型通用式蒸发罐

1—罐底 2—入汁装置 3—加热室 4—汁汽室 5—捕汁器 6—罐顶盖 7—汁汽入口 8—管板 9—中央降液管 10—加热管 11—加热室外壳 12—蒸汽入口 13—汽凝水出口 14—出汁管

入汁管安装在罐的底盖上，它是一环形多孔装置，使入罐糖汁均匀地分配入各加热管中。出汁管安装在底盖的中央。底盖上设有人孔。

通用式蒸发罐结构简单，制造容易，操作可靠，积垢的清除也较方便。入汁装置与出汁装置比较合理，自加热管上升的糖汁，释放出汁汽后，流向中央降液管。其中大部分糖汁即从出汁管排出，少量糖汁则从截锥圆筒之间的环形空隙上升，与入汁混合后作对流循环。因此，入汁不会与出汁相混，出汁浓度可不高于罐中糖汁的平均浓度。通用式蒸发罐的传热系数也不低。

通用式蒸发罐的主要缺点是汽鼓中央安装一支大直径的降液管，使汽鼓的结构不够紧凑。

TBZ型蒸发罐系列的主要技术参数如表9-1所示。

外循环式蒸发罐是针对通用式的缺点而改进的，它把降液管移至加热室外。这样，加热室可以布置管子，结构较为紧凑。

表9-1 TBZ系列通用式蒸发罐的主要技术参数

如图9-2所示为我国TWX型外循环蒸发罐，汽鼓的结构与通用式的差别较大。它采用周围汽隙进汽的方式，在汽鼓上部外圆周上安装一汽环，汽环与汽鼓有长方形的汽隙相通。这样进入汽鼓的蒸汽分布较为均匀。

图9-2 TWX型外循环蒸发罐

1—捕汁器 2—汁汽室 3—加热室 4—外循环管 5—罐底盖 6—出汁管 7—入汁管 8—汽环 9—不凝气管 10—罐顶盖 11—汁管汽

不凝气排出管安装在汽鼓中央，因为采用周围进汽，不凝气容易集中于汽鼓中央，这样不凝气的排出比较完全。汽凝水从四个出口排出，排水口紧靠下管板。糖汁于罐底的接管进入，经安装于管板下方的多孔管而后均匀分散入加热管。循环管共两根，其下端接至底盖下方的集汁槽，循环汁由此经多孔板分散后与入汁相混而进入加热管。其中一根外循环管的出汁高度较低，其下端装有漏斗形出汁管。这种结构既能满足排汁，又能使部分汁回流循环。汁汽室的直径大于加热室的直径，这样，在加热室上部与汁汽室外壳之间便形成一个环形集汁槽，循环管即从此槽接至罐底。惯性型捕汁器安装于罐顶。外循环式蒸发罐的循环管安装于罐外，不受蒸汽加热，循环较良好，汽鼓结构较紧凑，对于相同的加热面积，汽鼓直径比通用式为小，罐底容积也较小，这就相对缩短了糖汁在罐内的停留时间，出入汁装置较为合理，入汁不会与出汁相混。传热系数较高。

当通用式蒸发罐要扩大加热面积时，改为外循环式是值得推荐的，这样在结构上不必做大的改动就能增加罐的加热面积。

TWX型外循环蒸发罐系列的主要技术参数如表9-2所示。

前面所述的两种蒸发罐，都是属于循环式蒸发罐，即有部分糖汁从降液管下降后，又返回加热管中对流循环。

表9-2 TWX系列外循环蒸发罐的主要技术参数

注：①加热面积700m2以上的蒸发罐有内外降液管。

②管子有效长度：管子总长2000mm的为1950mm，管子总长3000mm的为2950mm。

循环式蒸发罐的优缺点：糖汁在罐内循环是有一定好处的，一方面是加大了糖汁在管子中的流速，对传热系数有良好的影响。另一方面是对糖汁的循环有缓冲作用，即使瞬时来汁不够或无汁入罐，也不致产生严重的后果。因此，循环或蒸发罐在现在还得到广泛的应用。

然而，糖汁的循环也有美中不足之处，一方面已浓缩的糖汁又返回加热管中与新入罐的稀汁混合再蒸发，这样，就增加了罐中糖汁的平均浓度，这对传热系数有不良影响，而且糖汁的沸点升高较大，减少了有效温度差。另一方面，由于糖汁的循环，延长了糖汁在罐内的停留时间，而且会有部分糖汁较长期地停留在罐内。现设有一个蒸发罐的总操作容积为1m³，若入汁速度为0.2m³/min，而出汁速度为0.1m³/min。当罐内糖汁混合均匀时，以出汁速度计算的平均停留时间为1/0.1=10min。然而，部分糖汁在罐中的停留时间却大大超过这个平均值。糖汁从罐中排出的百分数与时间的关系，可用泰勒（Taylor）级数扩展式表示：

式中 t——时间，min

R——操作容积与每分钟排出容积的比率

此式的计算结果，如图9-3所示。从图中可以看出，在10min终了时，罐内原来的1m³/min糖汁，只有62%左右排出罐外，20min后排出87%，46min后才有99%被排出。这样，仍有极少量的糖汁还将停留更长的时间，会引起蔗糖的分解或还原糖的破坏，而糖浆色值增加，影响糖浆质量。

图9-3 蒸发罐排汁率与时间关系

根据上面的分析，糖汁在罐内的循环是各有利弊的，而且是利少于弊的，这就使各式循环蒸发罐的使用受到了限制。因而有各种各样直通式蒸发罐的出现。在直通式蒸发罐中，糖汁一次通过加热管子即排出，不再循环，这就基本上克服了循环蒸发罐的缺点。

下面介绍几种直通式蒸发罐。

压力蒸发罐（即Buckan-Wolf式蒸发罐）的构造如图9-4所示。这种罐在我国糖厂使用的初期，只作为零效及第一效使用，是在压力下操作，所以称为压力蒸发罐。

这种蒸发罐的结构基本上与通用式蒸发罐相同，其主要区别在于在下管板的下方安装一个入汁室，在上管板的中央安装一个钟形罩，把加热室的管子分为内外两部分。糖汁自入汁管进入入汁室，从内层管子上升，部分水分被蒸发，这些汁-汽混合物以较快的速度经钟形罩折向中央降液管而下降，然后进入罐底外层管子而上升。糖汁的沸腾蒸发，主要是在外层管子中进行。自外层管子排出的汁-汽混合物，在汁汽室中分离，浓汁经出口管排出。

在这种直通式压力蒸发罐中，糖汁通过加热管的途程较长，流动速度较快，因此传热系数较高。但是使用这种蒸发罐时，糖汁应在沸点或稍高于沸点的温度入罐，才能迅速蒸发，加速糖汁流动速度。若入汁温度低，蒸发罐的部分加热面作为加热器用，就将降低蒸发罐的效能。

图9-4 压力蒸发罐

1—入汁室 2—入汁管 3—内层管子 4—钟形罩 5—中央降液管 6—外层管子

我国曾有几间糖厂使用过这种蒸发罐，由于通洗加热管的积垢时，要拆除钟形罩及入汁室的底盖，比较麻烦；而且根据查定，传热系数比一般循环式蒸发罐相差不大。因此，有些厂已把这种罐的钟形罩及入汁室拆除，改为一般的循环式蒸发罐。

膜式蒸发罐是使糖汁在管壁上分散成液膜的形式移动，从而使蒸发面积大大增加，提高蒸发浓缩效率。膜式蒸发罐按照液膜形成的方式可以分为自然循环液膜式蒸发罐和强制循环液膜式蒸发罐。按照液膜在管中的运动方向又可分为升膜式、降膜式和升降膜式蒸发罐。

（一）升膜式蒸发罐

升膜式蒸发罐（即Kesfner蒸发罐）是20世纪初出现的蒸发设备。

1.升膜式蒸发罐的结构

升膜式蒸发罐属外加热式自然循环的液膜式浓缩设备，其构造如图9-5所示，主要由加热器、分离器、雾沫捕汁器等部分构成。加热器为一垂直竖立的长管换热器。对于加热管子的直径和长度的选择要适当，管径不宜过大，一般在35～50mm，管长与管径之比恰当，一般为100～150，管长6～8m，这样才能使加热面供应足够成膜的气速。事实上，由于蒸发流量和流速是沿加热管上升而增加，所以爬模工作状况也是逐步形成的。

2.工作原理

升膜蒸发器工作时，糖汁由加热室下部采用沸点进料方式（该方式可使糖汁在进入管内即沸腾，这样才能产生液膜）进入加热管内，加热蒸汽由加热管外部通入，将热量传给管内的糖汁，糖汁被加热沸腾，便迅速汽化，所产生的二次蒸汽及浓缩糖汁在管内高速上升（常压下，管的出口处二次蒸汽速度为20～50m/s，在减压真空状态下，可达100～160m/s），浓液被高速上升的二次蒸汽所带动，沿管内壁成膜状上升不断被加热蒸发。这样糖汁从加热器底部至管子顶部出口处，逐渐被浓缩。

浓缩糖汁以较高的速度以切线方向进入蒸汽分离室，浓缩糖液从分离器底部排出，二次蒸汽从顶部排出，也有的将浓缩糖液的一部分通过循环泵，再进入加热器底部，继续浓缩。

操作时要注意控制进料量、温差和温度。如果进液量过多，加热蒸汽不足，则管子的下部积液过多，会形成液柱上升而不能形成液膜，失去液膜蒸发的特点。如果进液量过少，会发生原壁——断膜干壁结焦现象。如果温差小，糖汁被加热沸腾，汽化速度慢，管内物料上升速度慢（低于10m/s），不能形成液膜，传热速率低。温差过大，蒸发量过大，就会产生结焦，从而降低传热效果。只有糖汁在进入管内即行沸腾时，才能产生液膜，沸点进料能增加液膜在管内的比例，从而提高沸腾和传热系数。为了充分发挥膜式蒸发罐的特点，应该采用控制进料量、温度差大、沸点进料的措施。

图9-5升膜蒸发器结构示意图(www.daowen.com)

1—入汁室 2—汽凝水出口 3—加热管 4—加热室 5—不凝气出口 6—出汁管 7—汁汽室 8—汁汽管 9—雾沫分离器 10—进气管 11—入汁管

二次蒸汽在管内高速螺旋式上升，其流速大于10m/s时，可将物料贴管内壁拉成薄膜状。薄膜料液的上升必须克服其重力与管壁的摩擦阻力，所以不适应黏度较大的溶液。一般多用于第一效蒸发，这是因为第一效温度较高，糖汁黏度较低，液膜攀升易于实现，因而蒸发效能较好。由于糖汁成膜状并以较快的速度通过加热管，同时浓度逐渐增大，罐中糖汁的平均浓度较低，因此其传热系数较一般蒸发罐约高30%，而且糖汁在罐内停留时间短，减少了糖汁色值的增加。

3.升膜式蒸发器的特点

（1）料液在管内上升速度快，液膜薄，传热系数高[达2000～3000W/（m²·℃）]。

（2）静压影响小，温差损失小。

（3）物料在管内停留时间短，减少了糖汁色值的增加。

（4）料液在管内速度较高，能防止结垢的形成及黏性料液的沉淀。

（5）管子过长，用机械方法清洗积垢很困难。

（6）蒸汽出口速度快，雾沫夹带严重。

（7）要求有较大的温差和沸点进料，以产生大量蒸汽推动的膜攀升。

（8）操作管理较难。不易控制糖汁在管内的停留时间和浓度。对罐内液位变动很敏感，入料、真空、操作等必须很稳定，否则会结焦。

因此，升膜式蒸发罐虽然具有一定的优点，但仍没有像通用式蒸发罐及外循环式蒸发罐那样在糖厂获得广泛的应用。

（二）降膜式蒸发罐

降膜式蒸发罐是在升膜蒸发罐的基础上发展起来的，顾名思义，在降膜蒸发罐中，糖汁经过蒸发罐顶部的成膜装置后，呈膜状从加热管内壁自上而下降落。

1.降膜式蒸发罐的结构及原理

降膜式蒸发罐构造如图9-6所示。它主要由加热器、分离器及成膜装置等部分构成。

图9-6 降膜式蒸发罐示意图

1—出汁管 2—汁汽室 3—汁汽管 4—雾沫分离器 5—加热室 6—不凝气出口 7—入汁室 8—入汁管 9—进气管 10—加热管 11—汽凝水出口

入罐糖汁能否均匀分布于每根管子中使形成薄膜是降膜式蒸发罐的关键因素，因此成膜装置是降膜蒸发罐的最主要的部件。在每根管子的入口处均需安装一个成膜装置，其作用原理可分为三类：一是利用导流管（板）使料液均布；二是利用筛板或喷嘴使料液均布；三是利用旋液喷头。工业上常用的成膜装置用如图9-7所示的几种形式。

（1）筛孔板式 又称淋洒分配板，是利用液体的自流作用进行分配，它在管板上方一定距离水平安装一块筛孔板，筛板为两层或三层的多孔板，孔的位置正好交错于加热管口。多孔筛板的孔为截锥形，上大下小。当筛板上保持一定液层时，液体从筛孔淋洒到管板上，液体离各加热管口距离相等，就沿管板均匀流散到各管边沿，成薄膜状沿管壁下流。这种分配设备简单，但只宜用作稀薄溶液的分配。对黏稠物料难以分配均匀。

（2）喷雾型分布器 料液经泵加压后经喷嘴喷成均匀液滴。

（3）锯齿形缘口的导流管 导流管下部扩大段的沿口直径与加热管内径相等，四周有3～4个径向支脚，安在每根加热管口上，沿口加工成锯齿形，料液通过齿缝使液体沿加热管内壁成水膜状流下，均匀分布于管内壁。

（4）螺纹导流管 如图所示，在加热管口插入刻有2～3条螺旋形沟槽的圆柱体导流管，四周有一个环形支架，该支架面将管口遮蔽，当料液沿螺旋沟槽下流时，则使液体形成一个旋转的运动方向使其均匀布于管内壁。沟槽的大小要根据液料的性质而定，但若沟槽太小，则会增加液料阻力，容易造成堵塞。

（5）圆锥体导流式 在每根加热管的上端管口内插入一根呈八字形的导流管，如图9-7（5）所示。棒底的宽边与管壁成一定的均匀间距，液体在均匀环形间距中流入加热管内周边，形成薄膜。此锥体底部内凹，以免沿锥体面流下的液体再向中央聚集。这样液体流过的通道不变，液体的流量只受管板上液面高度变化所影响，此时分布比较均匀，但遇有物料带颗粒时，则会造成堵塞的影响。

（6）筛孔板与导流板结合 在管板上方一定距离水平安装一块筛孔板，孔的位置正对着加热管口。加热管的入口处悬挂一个半球形导流板。筛孔板的作用是使入汁分配比较均匀，半球形导流板是使液体成膜均匀布于管内壁。当筛板上保持一定液层时，液体从筛孔淋洒到半球形导流板上，沿导流板均匀流散到各管内壁，成薄膜状沿管壁下流。

图9-7 液体分布器结构

1—进液口 2、7、11、13、19—加热管 3—喷嘴 4—液体入口 5—分散段 6、10、15、17、20—管板 8—器壁 9—支角 12、14—导流管 16—筛孔分布板 18—球面导流板

（7）切线进料旋流器 料液经泵加压后进入旋流式分布器，利用离心力将料液均布于管的四周。如图9-7（7）所示，旋流器插放在各加热管口上方，液体以切线方向进入，产生离心力，形成靠壁旋流。在重力作用下，液体就成薄膜状沿管壁旋流而下，增加了液体湍流，提高了传热系数，但是设计时要注意各切线进口的均匀分布，否则会互相影响而造成进料不均匀。

上述（4）和（7）两种成膜器使液体沿管壁周边旋转向下，这样可以降低管内各向物料的不均匀性，同时又可以增加液体流动速度，减薄加热表面的边界层，降低热阻，提高传热系数，使液体旋转进入加热管。

物料经过降膜式蒸发器顶部的成膜装置均匀地分布在每根加热管中，成膜状向下流动，液膜受到加热蒸汽加热蒸发，产生的汁汽迅速脱离加热面（液膜），沿管子向下流动。由于汁汽与液膜流动同一方向，液膜由重力和汁汽的推动沿器壁迅速流下，生成的气泡迅速脱离加热面，这样糖汁在加热管中停留的时间短，仅几十秒钟，且有较大的传热系数，同时积垢生成较慢。

降膜式蒸发罐一般为单程式，故管子要有足够的长度，才能保证传热效果，其长径比一般为100～250。

2.降膜蒸发器特点

（1）物料在加热表面形成膜状，管壁生成气泡易脱离加热面，流速快，时间短，所以传热系数高，同时积垢生成慢。

（2）糖汁成膜状流下，静压温差损失可以消除。

（3）液膜在下降过程中受热而蒸发，产生的汁汽只通过很薄的液膜，没有像一般蒸发器那样的剧烈沸腾现象，雾沫夹带很少，因此无需很大的汁汽室。

（4）可以在较低的温度下操作，可以利用二次蒸汽作为热源，热能利用合理。

（5）液量必须控制足够大且均匀，否则易蒸干，降低传热效果。

（6）加热蒸汽压力稳定性要求高。

（7）适宜热敏性物料的浓缩，能蒸发黏度较大的物料，但不适合于高浓度或黏稠性物料及蒸发易结晶、易结垢的溶液。

总的来说，降膜蒸发罐较之其他型式具有一定的优越性，有发展前途。

（三）升-降膜式蒸发罐

升膜与降膜式蒸发器各有优缺点，而升-降膜蒸发器是二者优缺点的互补。升-降膜蒸发器是在加热器内安装两组加热管，一组作升膜式，另一组作降膜式，此种蒸发器相当于一升膜蒸发器和一降膜蒸发器串联，如图9-8所示。溶液先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发。浓缩液从下部进入气液分离器，分离后，二次蒸汽从分离室上部排入冷凝器，浓缩液从下部排出。升-降膜蒸发器能获得较高的蒸发速率，加热管高径比小，以减少压降。

图9-8升-降膜式蒸发罐

1—升膜管 2—降膜管 3—加热室 4—汽凝水排出口 5—入汁管 6—入汁室 7—出汁管 8—汁汽室 9—汁汽管 10—蒸汽管 11—不凝气出口

升-降膜蒸发器的特点：①符合物料的要求，初进入蒸发器时，物料浓度低，蒸发速度快，容易达到升膜的要求。物料经初步浓缩后，在降膜式蒸发中受重力作用能沿管壁均布形成薄膜；②经升膜蒸发后的汽液混合物降膜蒸发，有利于液体均布，同时也加速物料的湍动和搅动，以进一步提高传热效果；③用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制；④将两种浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低设备高度。

这种蒸发罐多用于蒸发过程中溶液浓度变化很大、溶液中水分蒸发量不大和厂房高度有一定限制的场合。