在制藥、食品、生物發酵、化工、環保、新能源鋰電等諸多行業，蒸發濃縮是非常重要的一個工藝。
蒸發是液體變成氣體的過程，簡單的說，就是溶液里面使溶劑（多為水）汽化揮發，同時伴隨著溶質的濃度增大的過程,也就是蒸發濃縮，而這種由“液相”變成“汽相”的相變過程中能量消耗特別大！我們都知道，水的比熱為1 kcal/kg·℃，也就是說，1 kg的水，溫度每上升1 ℃需要1 kcal的熱量，把1 kg的水從0 ℃加熱到100 ℃沸騰，理論上也就僅需要大約100 kcal的熱量（就是“顯熱”，此過程無相變）；但如果將其在此100 ℃時繼續加熱使它汽化，成為同溫度的蒸汽，則需要約539 kcal的熱量（就是我們平時說“潛熱”或“汽化熱”，此過程發生相變），能耗相當于使同樣重量的水溫度每升高1 ℃所需熱量的539倍！反過來，1 kg 100 ℃的蒸汽冷凝成同溫度的水產生“相變”時也會放出同樣多的熱量，稱之為“冷凝熱”，所以汽化熱和冷凝熱對同一種物質在相同溫度下的數值是相等的。
據了解，中藥廠在藥材提取后的濃縮工段所消耗的蒸汽量大約占到全廠總用汽量的2/3，甚至多達80%左右，因此，我們今天就來探討不同類型的蒸發濃縮設備怎樣配置蒸汽閥門，怎樣確保液位系統的平衡，及系統節能等技術。
Tips：隨著科技的發展，濃縮不一定非得用蒸發的方式，也可以用“膜過濾”或“膜濃縮”或“膜分離”的方法，由于這種膜技術不是通過蒸汽加熱傳熱使之蒸發的，這里就不展開闡述了。
一、蒸發濃縮系統的基本構成
1、蒸發既是一個傳熱過程，同時又是一個溶劑汽化、產生大量二次蒸汽的傳質過程，所以蒸發必須具備兩個條件：
A、不斷給溶液加熱維持溶劑的汽化
B、及時排走二次蒸汽，否則溶液上面空間的壓力逐步增大，影響蒸發速率，而且，當二次蒸汽與溶液趨于平衡時，便不再蒸發。
2、在沒有特指的情況下，一般的單效蒸發濃縮系統，主要包括：加熱器（列管換熱器）、分離室（又稱蒸發室）、冷凝器、循環泵、真空泵等幾塊，當然，根據控制以及產品的特性需要，會適當增減一些設施。下圖以供參考：
二、蒸發術語
1、一般常見的蒸發器采用列管式換熱器，管程通液體物料，殼程通加熱蒸汽，液體物料從蒸發器的頂部進入，經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，直至加熱器底部，濃縮的液體和蒸發產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。
2、單效和多效蒸發的區別
單效蒸發器的蒸汽直接去冷凝，而多效蒸發器前面效體的二次蒸汽繼續利用以節約能耗。
一般來說，采用單效濃縮器蒸發1000 kg水，需要約1100 kg從鍋爐產生的生蒸汽；而采用雙效濃縮器蒸發同樣多的水，則僅需約570 kg的生蒸汽，節約生蒸汽為530 kg，節約了48%，近一半的能耗，節能效果相當可觀，那是不是效數越多越好呢？
并不是?。≌\然，效數越多，熱能利用的循環次數也就越多，從理論上來講也就越節能。比如多效蒸餾水機往往效數較多，但是在制藥行業特別是在中藥濃縮的蒸發工藝中，效數過多并不一定就越好，因為：
(1)、多效蒸發往往是采用減壓蒸發，各效中存在一個真空梯度，逐級遞增。
第一效用的是生蒸汽，蒸發量最大，是整套設備的主力軍，因其真空度比其他幾效的要低，溫度就變得更高了，使得溶液中的熱敏性的成分遭受破壞的程度加重。
(2)、效數越多，設備就越復雜，不僅投資增大，而且增加了操作維修保養的工作量和難度；
(3)、中藥提取液或其他品類料液濃縮到最后，一般來說比較粘稠同時價值也變高了，如果設備結構復雜，效數太多，容易粘在管壁結垢堵塞，不僅清洗麻煩，而且浪費了高價值的濃縮液，損失比較大。
綜上所述，采用雙效濃縮器比較妥當，其既能節能降耗又可避免物料的損失，設備投資費用也較為適中。
對濃縮工藝的過程，其實質從能量傳遞的視角對多效蒸發的節能形式作出了評價。但是，無論怎樣，通過蒸發的方式來達到濃縮的效果就必須消耗大量的“汽化熱”才能做到，盡管這種“汽化熱”在各“效”中可以以“接力”的形式進行“傳遞”從而達到節能降耗的目的，但是初始加熱的蒸汽的能量和最終的第n 效的冷卻水的消耗是節約不了的，這是不得不經過的“一個坎”——加熱又冷卻的能耗過程，恰恰就是高耗能的關鍵過程。
3、降膜、升膜蒸發的區分
經常有聽到升膜、降膜蒸發濃縮器，它們的主要區別在于，物料進入加熱管并在管壁上形成薄膜，這個過程上升還是下降的問題。有些系統里面，其一個加熱器里就兼有升降膜。 
4、板式、管式蒸發濃縮的區分
兩者的區別，主要集中在加熱器的形式上，上圖等的形式，一般為管式蒸發器，而下圖的這種為板式。
三、蒸發器選用建議
蒸發器選型大概就基于幾點考慮：
A、蒸發能耗；B、制造成本；C、產品質量；D、運行穩定。
蒸發器選擇原則：
1、可以用真空蒸發的，就盡可能不要用常壓蒸發。因為真空蒸發，沸點溫度更低。比如常壓下水的沸點是100℃，在絕壓0.3公斤（真空度0.07MPa）下，水的沸點只有69.1℃，根據Q=kAΔt，Δt增大，換熱面積減少，制造成本也下降了。不僅如此，蒸發一噸水，常壓蒸發可能耗費1.4t蒸汽，而減壓蒸發可能只需要耗費1.1t蒸汽，運行成本下降也是非常明顯的。
2、如果條件允許盡可能選擇板式換熱蒸發器：板式比列管式的傳熱系數高得多，設備小，換熱快，清洗便捷，但是成本高。
3、盡可能先預熱物料。
四、蒸發器類型
1、升膜；2、降膜；3、升降膜；---專指管式蒸發器，參見上述說明
4、板式；5、強制循環；6、自然循環；
7、使用蒸汽噴射熱泵的蒸發器：TVR（熱力蒸汽再壓縮）
利用高壓的新鮮蒸汽在噴射器中形成一定的負壓，引入一效出來的低壓二次蒸汽，并將兩者混合成中壓蒸汽，用于加熱另一效。控制好新鮮動力蒸汽的壓力，才能控制好抽汽比。1kg新鮮蒸汽可以利用達0.3kg的二次蒸汽，僅用一個噴射熱泵，就可以節約了一個蒸發效體的投資。
8、MVR蒸發器（機械式蒸汽再壓縮）：
將蒸發器產生的二次蒸汽用壓縮機再壓縮，因為氣體的PV/T是個常數，壓力的升高，伴隨著二次蒸汽溫度的增加，這樣就保證了蒸發器所要求的溫差了，因此MVR是目前最為節能的蒸發器，僅開機時需少量生蒸汽，正常運行中幾乎不再需要生蒸汽，每蒸發1T水，大概耗能8~60kwh。 
9、刮板蒸發器：一般有2-3個蒸汽加熱口，能耗大,可以將廢水直接蒸發到結晶狀態，尤其對制藥、化工、垃圾滲漏液等干難度廢水最為適合。
10、盤管式真空濃縮器
五、蒸發器中傳熱溫度差的確定
蒸發是一個典型的恒溫傳熱過程，正常的傳熱平均溫差Δtm=加熱蒸汽溫度T-溶液沸點t1，而實際生產中，因為真空度不是恒定的，溶液的真實沸點不便于測量，所以常常以二次蒸汽冷凝器進口附近的壓力下所對應的飽和溫度T'來代替，而T’肯定大于溶液的實際沸點t1。理想狀態就是得到恒定的Δt，也就是平衡狀態，但實際生產中，容易引起溫度差損失，主要原因如下：
1、溶液沸點升高造成的，這與溶質的性質、濃度和沸騰強度有關；
2、液柱靜壓力造成的，蒸發器內的溶液需要維持一定的液位高度，因而溶液內部的壓力大于液面上的壓力，致使內部溶液的沸點高一些。
3、管道阻力引起的，這與管道尺寸、前效到后效的阻力及除泡沫情況有關。
總之，從閥門配置的角度考慮，蒸發系統務必要配套高品質氣動控制閥，控制好溫度，同時，疏水閥必須嚴格根據壓差和排量來選型，以保證液位平衡的同時，還要考慮蒸汽節能。
六、為了避免蒸發蒸汽流速增加而引起損失量增加，應掌握控制以下幾方面：
1、真空度不應控制過高；
2、降低真空度時不應該直接用降低真空度的方法進行調節，而應該用減少惰性氣體排出的方法來進行控制。如果向管內補充空氣，而管內的流速并未降低，蒸發的損失量不可能減少，只有減少真空泵的抽氣或減少冷凝器的惰性氣體排出量，用降低蒸發蒸汽的的流速來降低真空度，才能控制蒸發過程的損失量。
七、蒸汽系統中減壓閥為什么如此重要？
蒸發濃縮過程中，加熱蒸汽壓力應保持穩定，當壓力波動時，加熱蒸汽流量就不穩定，蒸發蒸汽量及流速就會隨之波動，導致生產不穩定，溶液損失量增加。當蒸汽超壓時，蒸汽溫度升高，蒸汽溫度與溶液沸點溫差增大，導致蒸發后溶液的濃度略有提高；反之，當蒸汽壓力偏低，則濃度下降。
鑒于以上原因，建議選用廣州維遠way’s先導式蒸汽減壓閥，確保壓力穩定無波動。
八、蒸發系統的控制閥怎么選？
1、蒸發器工藝流程
2、流程分析：從上圖可知，要同時控制蒸發器內溫度、壓力和溶液濃度，需要安裝4個氣動控制閥，分別為：
A、稀液的氣動控制閥（FV1201）---蒸發器液位和稀液流量串級控制；
B、加熱蒸汽的氣動控制閥（FV1105）---蒸發器溫度和蒸汽流量串級控制；
C、濃縮液的氣動控制閥（FV1202）---濃縮液流量單回路控制；
D、二次蒸汽的氣動控制閥（FV1203）---二次蒸汽流量單回路控制；
3、閥門選用：
為了確保以上幾個參數能滿足工藝要求，確保系統控制精度：溫度±1℃，壓力±0.01MPa，液位高度±10mm，建議選用廣州維遠way’s波紋管密封氣動控制閥，等百分比調節，零外漏、控制精度高、壽命長。
九、蒸發系統的疏水閥怎么選？
蒸發系統疏水閥最常見的問題有二：
1、堵水，升溫慢，經常需要開旁通才能排水：
此時疏水閥選型，除了正?？紤]蒸汽的壓差和排量問題，更需要可考慮空氣綁和蒸汽綁問題，建議選用廣州維遠way’s破蒸汽綁自由浮球疏水閥，型號：WY42FB、RFT18F、BFT45F。
2、閥體穿孔、內部件容易損壞，壽命短：
這個主要原因，一是由于設備內有腐蝕料液管道破損造成的，二是設備內密封不好，出現了汽蝕沖蝕導致的。因此，疏水閥內部件應為不銹鋼材質，閥嘴閥座等關鍵部位應做特殊處理，如果條件允許，可選用全不銹鋼材質疏水閥。
