热虹吸式蒸发器的设计及应用

热虹吸散热器原理(一)热虹吸散热器热虹吸散热器是一种创新型的散热装置，它利用虹吸效应来提升散热效果。

本文将从以下几个方面介绍热虹吸散热器的相关原理。

1. 虹吸效应概述虹吸效应是一种自然现象，它基于液体在管道中上升的力，但不需要外力的推动。

在一个封闭的管道中，液体不需要被抽取，而是自动被吸上去。

这是因为管道的设计和液体内部的压力差所导致的。

2. 热虹吸散热器的设计原理热虹吸散热器利用虹吸效应来提高散热效果。

它的设计包括以下几个关键点：•热源：热虹吸散热器需要有一个热源，一般是电子设备或其他产生热量的装置。

•冷却介质：热虹吸散热器中的冷却介质一般是液体，可以是水、油或其他具有散热性能的液体。

•管道系统：热虹吸散热器包含一个管道系统，液体通过管道从低温区域流向高温区域。

管道可以是垂直的，也可以是倾斜或弯曲的。

•升降管：热虹吸散热器的管道中通常包含一个升降管，用于形成压力差，产生虹吸效应。

3. 热虹吸散热器的工作原理热虹吸散热器的工作原理可以概括如下：1.开始阶段：在热源的作用下，液体被加热并开始升温。

2.液体流动：由于温度升高，液体开始在管道中流动。

由于管道的倾斜或弯曲，液体会流向升降管的更高位置。

3.虹吸效应：当液体到达升降管顶端时，由于液体本身的惯性，一部分液体继续向上流动，并在顶端形成较高的液体柱。

4.压力差：由于液体柱的存在，升降管内部产生了一个较低的压力区域，而管道其他部分形成了较高的压力区域。

5.冷却介质进入：现在，较低压力区的液体柱继续向上移动，进入热源的区域，完成散热的过程。

6.热量交换：在热源的区域，冷却介质与热源之间进行热量交换，将热量带走。

7.循环：冷却介质在吸热后会冷却下来，然后再次流动从而形成闭环，实现循环散热。

总结热虹吸散热器利用虹吸效应来提高散热效果，通过合理设计的管道系统和升降管，使冷却介质能够在高温区域形成压力差，进而实现热量的交换和散热。

该装置的独特设计使其在吸热和散热方面具有优势，可以应用于电子设备、机械设备和其他需要散热的领域。

中央循环管式蒸发器与热虹吸器在以下方面存在区别：
1.结构和原理：中央循环管式蒸发器由垂直的加热管束（沸腾管束）构成，管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管。

当加热介质通入管
间加热时，由于加热管内单位体积液体的受热面积大于中央循环管内液体的受热面积，从而形成自然循环流动。

而热虹吸器则是靠液体的热对流来加热冷流体的换热器，它将沸器内的液体加热后变成气液混和物，再通过自然循环流动进行加热。

2.应用范围：中央循环管式蒸发器在过程工业中应用广泛，特别适用于蒸发结垢不严重、有少量结晶析出和腐蚀性较小的溶液。

而热虹吸器则广泛
应用于炼油、化工和石油化工等行业。

3.性能特点：中央循环管式蒸发器具有溶液循环好、传热速率快等优点，但其加热管长度较短，一般为1至2m，直径在25至75mm之间，因
此循环速度一般在0.4m/s-0.5m/s以下。

此外，由于溶液不断循环，使加热管内溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点。

而热虹吸器的特点是能够根据改变换热面积的大小来改变供热多少。

综上所述，中央循环管式蒸发器和热虹吸器在结构、原理、应用范围以及性能特点等方面存在显著区别。

在选择使用时，应根据具体的工艺要求和应用场景进行综合考虑。

蒸馏水？不，那是关于蒸发器的！话说有一天，我在家里把水壶烧开准备泡杯热茶，突然想到了这个问题——“为什么火烧到一定程度水就会蒸发？”这不就是我们常说的蒸发吗？然后我硬是联想到了一个类似的东西，叫做“虹吸式蒸发器”。

听着就有点科幻片里的感觉，不过才不是什么高深莫测的东西呢！先简单解释一下，这个虹吸式蒸发器就是利用空气流动的原理，让液体里的水分蒸发出去，然后再给其他地方送去，实现水的去离子化或是浓缩。

就好比我们煮粥，一开始锅里水多，最后变成粥汤浓稠，原理是类似的。

这个“虹吸式蒸发器”的原理呢，就是利用了一系列的环环相扣的管道和装置。

大概就像是玩积木的时候，一个个小积木拼起来，最后呈现出一个有趣的形状。

只不过这次不是为了玩，而是为了让水在其中流动，感觉就像是在盘旋的过山车里一样！具体来说，首先是让液体从一个地方通过管道进入虹吸式蒸发器里面，然后在里面经过一系列的过滤和分离。

这就好比我们吃东西，身体里要把有用的吸收，把废物排泄一样，就是要分清轻重缓急才行！而后，这个“虹吸式蒸发器”就会通过一种带动的方式，让水分慢慢蒸发出去，蒸发出来的水分就像是一条小溪一样，慢慢沿着管道流出去。

这个时候，整个蒸发器里面就像是在酝酿一场小雨，虽然不会下在头上但也挺有趣的。

然后呢，这个水汽蒸发出去之后，会被送到哪里呢？这就是这个虹吸式蒸发器设计的神奇之处了！通过一种巧妙的设计，水汽会被引导到需要增加湿度的地方，就好像一个小助手一样，一边吸水分一边送水汽，帮着调节空气里的湿度。

所以说，虹吸式蒸发器呢，就是一个既有趣又有用的装置。

就好比小时候我们玩的风筝，一边飞到天上去一边把线留在地上，这样一来，不仅可以玩得高高兴兴，还可以让地面上的小伙伴们参与进来！总的来说，虹吸式蒸发器就是利用水的蒸发和再凝结的原理，通过一个复杂又简单的设计，让水汽在其中流动，起到增湿、浓缩等作用。

就像是一个小小的水循环系统，在我们的日常生活中悄悄发挥着作用，虽然不起眼但却很有用处。

69河南科技2011.03下蒸发系统的工艺设计及应用黎明化工研究院 王生辉 黄晓宇 王 波 张惠平在化工生产中常采用蒸发操作来获得浓缩溶液或脱除杂质，以制取纯净的溶剂及产品。

蒸发操作可连续或间歇进行，工业上大量物料的蒸发通常是连续的定态过程。

本文，笔者着重介绍连续的蒸发过程。

典型的蒸发装置常采用的溶液浓缩系统流程如图1所示。

图 1　溶液浓缩系统流程一、蒸发操作的特点化工生产中采用蒸发操作的目的有：获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品；借蒸发以脱除溶剂，通过结晶的联合操作以获得固体溶质；脱除杂质，制取纯净的溶剂。

尽管蒸发操作的目的是分离物质，但其过程的实质是热量传递而不是物质传递，溶剂汽化的速率取决于热传递速率，蒸发操作仍属于传热过程。

但是，蒸发操作是含有不挥发溶质的溶液的沸腾传热，它具有某些不同一般换热过程的特殊性。

浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质形成垢层，使传热过程恶化； 溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊要求。

例如，当蒸发物料的溶质是热敏性物料或蒸发物料的溶剂是易燃易爆、有毒物质时，在高温下停留时间过长会引起溶质变质或增加溶剂散发至周围环境中引发爆炸、中毒的危险，应设法减少物料在蒸发器中的停留时间或通过降低蒸发操作压力来降低蒸发温度。

某些溶液增浓后黏度大为增加，会使沸腾传热的条件恶化，应使用特殊结构的蒸发器。

溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此节能是蒸发操作需要考虑的重要问题。

二、蒸发设备及其设计选型1.蒸发设备。

蒸发器有多种结构形式，均由加热室、流动（或循环）通道、气液分离空间3部分组成。

蒸发器按操作方式可分为单效蒸发器、多效蒸发器、蒸汽压缩蒸发器、闪蒸蒸发器和直接接触蒸发器等；按流体循环方式可分为不循环型、自然循环型、强制循环型和刮膜式蒸发器等。

2.蒸发器的设计和选型要点。

（1）管壳式蒸发器。

管壳式蒸发器是最早的结构型式，包括垂直短管、垂直长管、倾斜管和强制循环等，用于100 MPa·s以下的低黏度液体以及蒸发污垢不多的液体，通常在大于6.7kPa的压力下操作。

大学毕业设计蒸发器设计（一）引言概述：蒸发器是一种关键的热交换设备，广泛应用于各种工业领域。

本文将针对大学毕业设计项目的蒸发器设计展开详细的讨论。

在接下来的正文中，我们将分为五个大点，探讨蒸发器设计的相关内容，包括热传导理论、传热面积计算、流体流动分析、参数优化以及最终设计方案。

通过这些内容的阐述，旨在为读者提供一些有益的指导，以便成功完成大学毕业设计蒸发器的设计。

正文：1. 热传导理论1.1 热量传导基本原理1.2 热传导定律1.3 常见材料的热导率数据1.4 材料选择与蒸发器设计的关系1.5 热传导分析在蒸发器设计中的应用2. 传热面积计算2.1 传热面积的概念及影响因素2.2 简化传热面积计算方法2.3 复杂传热面积计算方法2.4 计算结果的验证与修改2.5 传热面积计算在蒸发器设计中的应用3. 流体流动分析3.1 流体流动基本原理3.2 流动类型与蒸发器设计的关系3.3 流动参数的测定与分析3.4 流体流动模拟方法3.5 流体流动分析在蒸发器设计中的应用4. 参数优化4.1 设计参数的选择与优化4.2 热导率及流体流动参数的优化4.3 整体性能指标的优化4.4 材料成本与性能的综合考虑4.5 多目标优化方法及应用5. 最终设计方案5.1 设计方案的制定与评估5.2 设计方案的绘图与说明5.3 设计方案的成本估计5.4 设计方案的可行性分析5.5 最终设计方案的总结与推广总结：通过对大学毕业设计蒸发器设计的详细讨论，我们从热传导理论、传热面积计算、流体流动分析、参数优化以及最终设计方案等五个大点展开讨论。

我们明确了热传导理论对蒸发器设计的重要性，以及传热面积计算、流体流动分析和参数优化在设计过程中的应用。

最后，我们提出了一个最终设计方案，概述了其制定与评估过程，并对设计方案的可行性与推广进行了总结。

希望本文对读者在进行大学毕业设计蒸发器设计时能够提供有益的指导与参考。

热虹吸式换热器原理热虹吸式换热器是一种利用自然原理实现热交换的设备，它不需要外部能源的驱动，能够有效地换热并节约能源。

热虹吸式换热器的原理基于液体在管道内存在两个高度不同的水平面时，由于液体的毛细作用和重力作用的综合作用，液体将在低水平面上产生虹吸现象，即自动上升到高水平面。

利用这一原理，热虹吸式换热器能够实现液体之间的传热。

热虹吸式换热器通常由一个由多个管道组成的换热器元件构成。

每根管道内部通常分为上下两个不同的截面，上部分为冷液区，下部分为热液区。

冷液从上部分流入，经过换热器元件下半部分，与热液发生传热，然后在上半部分再次被抽出。

热液从下部分流入，经过上半部分的管道，与冷液发生传热，然后在下半部分再次被抽出。

通过这样的循环过程，冷液和热液在换热器元件中实现了传热。

在热液区和冷液区之间，存在一个称为液面的水平面。

当液体在管道中上升到液面以上时，液相与气相发生接触，部分液体蒸发，并与气相发生传质。

蒸发的液体会在内部上升流动，形成一个虹吸现象。

液体从低水平面自动上升到高水平面，实现了自动的传热。

热虹吸式换热器的上升流动过程主要受液面高度、液体特性、管道内径和角度等因素的影响。

通过调节这些参数，可以实现不同的换热效果和效率。

同时，还可以通过增加换热器元件的数量和优化系统结构等方式提高换热效率。

1.不需要外部能源驱动，能够节约能源；2.结构简单，操作方便，维护成本低；3.换热效率高，热交换速度快；4.可以适应各种不同的液体和气体传热。

然而，热虹吸式换热器也存在一些不足之处：1.换热效果受到液面高度的限制，当液面高度较低时，换热效果会减弱；2.对流阻力较大，流体流动性能较差；3.需要在液体上升的同时进行传质，有一定的传质效率限制。

尽管存在一些局限性，热虹吸式换热器仍然是一种非常有潜力的换热技术。

在未来的发展中，我们可以通过改进材料、优化结构和控制技术等手段来克服这些限制，并在更多的领域中广泛应用。

通过进一步的研究和开发，热虹吸式换热器有望成为一种高效、节能的热交换设备，为人们的生活和工业生产带来更多的益处。

一、技术来源1、热虹吸原理ﻫ虹吸现象就是液态分子间引力与位能差所造成得，即利用水柱压力差,使水上升后再流到低处、由于管口水面承受不同得大气压力，水会由压力大得一边流向压力小得一边,直到两边得大气压力相等,容器内得水面变成相同得高度，水就会停止流动，、利用虹吸现象很快就可将容器内得水抽出、ﻫﻫ虹吸管就是人类得一种古老发明，早在公元前１世纪,就有人造出了一种奇特得虹吸管。

事实上，虹吸作用并不完全就是由大气压力所产生得,在真空里也能产生虹吸现象。

使液体向上升得力就是液体间得分子内聚力、在发生虹吸现象时，由于管内向外流得液体比流入管子内得液体多，两边得重力不平衡,所以液体就会继续沿一个方向流动、在液体流入管子里，越往上压力就越低、如果液体上升得管子很高，压力会降低到使管内产生气泡(由空气或其她成分得气体构成)，虹吸管得作用高度就就是由气泡得生成而决定得、因为气泡会使液体断开,气泡两端得气体分子之间得作用力减至0,从而破坏了虹吸作用，因此管子一定要装满水、在正常得大气压下,虹吸管得作用比在真空时好,因为两边管口上所受到得大气压提高了整个虹吸管内部得压力。

ﻫﻫ设想一下,我们公司得冷水机组，蒸发器进口为液体,出口为过热气体,整个蒸发过程就是否也产生了位能差,就是否可以应用虹吸原理完成整个蒸发过程，答案就是可以得。

２、虹吸式蒸发器结构及工作原理虹吸蒸发器由两部分组成,上部为气液分离器，下部为虹吸式蒸发器（如图1所示),属于重力型再循环蒸发器。

节流后得制冷剂液体进入气液分离器，其中保持一定得静液压力,凭借重力向蒸发器供液,液态制冷剂在蒸发器中吸热,部分气化使进出口液体产生密度差（位能差),此压差产生动力,使制冷剂在管程得质量流率与循环倍率提高。

这种由于相变引起密度改变得自循环现象叫热虹吸。

ﻫﻫ二、虹吸式蒸发器得优势：ﻫ1、干式蒸发器ﻫ干式蒸发器对介质得粘度要求不高，动力粘度在0、5～50mＰa、ｓ范围内都可以取得较好得效果,例如:二氯甲烷液体（-５℃，5bar时得粘度只有0、56mPa、s)５0%(v/v）得丙二醇溶液(-15℃时得粘度达到50 mPa、ｓ)。

一、技术来源1、热虹吸原理虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的,即利用水柱压力差,使水上升后再流到低处.由于管口水面承受不同的大气压力,水会由压力大的一边流向压力小的一边,直到两边的大气压力相等,容器内的水面变成相同的高度,水就会停止流动，.利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出.虹吸管是人类的一种古老发明,早在公元前1世纪,就有人造出了一种奇特的虹吸管。

事实上,虹吸作用并不完全是由大气压力所产生的,在真空里也能产生虹吸现象。

使液体向上升的力是液体间的分子内聚力.在发生虹吸现象时,由于管内向外流的液体比流入管子内的液体多,两边的重力不平衡,所以液体就会继续沿一个方向流动.在液体流入管子里,越往上压力就越低.如果液体上升的管子很高,压力会降低到使管内产生气泡(由空气或其他成分的气体构成),虹吸管的作用高度就是由气泡的生成而决定的.因为气泡会使液体断开,气泡两端的气体分子之间的作用力减至0,从而破坏了虹吸作用,因此管子一定要装满水.在正常的大气压下,虹吸管的作用比在真空时好,因为两边管口上所受到的大气压提高了整个虹吸管内部的压力。

设想一下，我们公司的冷水机组，蒸发器进口为液体，出口为过热气体，整个蒸发过程是否也产生了位能差，是否可以应用虹吸原理完成整个蒸发过程，答案是可以的。

2、虹吸式蒸发器结构及工作原理虹吸蒸发器由两部分组成，上部为气液分离器，下部为虹吸式蒸发器（如图1所示），属于重力型再循环蒸发器。

节流后的制冷剂液体进入气液分离器，其中保持一定的静液压力，凭借重力向蒸发器供液，液态制冷剂在蒸发器中吸热，部分气化使进出口液体产生密度差（位能差），此压差产生动力，使制冷剂在管程的质量流率和循环倍率提高。

这种由于相变引起密度改变的自循环现象叫热虹吸。

二、虹吸式蒸发器的优势：1、干式蒸发器干式蒸发器对介质的粘度要求不高，动力粘度在0.5～50mPa.s范围内都可以取得较好的效果，例如：二氯甲烷液体（-5℃，5bar时的粘度只有0.56mPa.s）50%（v/v）的丙二醇溶液（-15℃时的粘度达到50 mPa.s）。

关于空分设备热虹吸蒸发器液氧自循环是指液体在不消耗外功，即不靠泵推动的情况下形成的自然流动。

冷凝蒸发器中的液氧靠循环回路中局部受热，使得内部产生密度差而引起的流动，也叫热虹吸式蒸发器。

上塔底部的液氧经吸附器后与热虹吸式蒸发器相连，蒸发器的顶部又连至塔的下部的蒸汽空间，构成一个循环回路。

当蒸发器管内的液氧吸收热量而达到饱和时，开始汽化，随着吸热量的增多，气化量逐渐增大，在出口达到最大值，从开始气化到气化量达到最大值的这一段称为蒸发段。

在蒸发段内，由于气液混合物的密度要比塔底液体的密度小的多，因而塔底的液体与蒸发器内气、液混合物之间产生一个静压差，推动液体自塔底自然的流向蒸发器。

而蒸发器内的气、液混合物又不断的返回到塔内，便形成了液体的自然循环，不需要靠液氧泵的推动。

蒸发器的热源可用下塔氮气。

因而循环吸附系统有阻力，为此，由密度差产生的静压差应能克服循环系统流动所产生的阻力。

阻力越小，循环的液体量越大。

因此，只有循环量能够满足安全生产工艺的要求(循环量大于1倍的氧产量时)，液氧自循环吸附系统才能实现。

热虹吸蒸发器沿用至今，在流程组织上大多采用膨胀后的过热空气作热源。

主要原因是，一方面液氧自循环，使热虹吸蒸发器出口有一定数量的液氧返回主冷，能够加强主冷内部液氧的流动性，防止碳氢化合物聚集引起冷凝蒸发器爆炸；另外一个很重要的作用就是能够降低膨胀空气进上塔的过热度，有利于改善上塔精馏工况。

热虹吸蒸发器引起爆炸的原因有以下几点：1) 近几年由于风向的改变（原东南风多，现在西北风多），加之重庆焦化厂的投产，造成空压机吸入口碳氢化合物尤其是重烃（C原子大于1的烃类物质，如乙炔、乙烷等）骤然升高，分子筛净化不彻底引起液氧中碳氢化合物超标。

2 )主冷液氧液位如果一直处于高位运行，使得热虹吸蒸发器出口被淹没，从而引起循环倍率降低，热虹吸内部液氧流动性变差，碳氢化合物聚积。

（从运行记录查看这点可以排除）3)干式热虹吸蒸发器可能因制造缺陷使得局部液氧流动受滞，碳氢化合物聚积引起微爆。