在石油化工裝置中，為了提高傳熱效率，采用降膜蒸發(fā)器是一個解決辦法。降膜蒸發(fā)器具有物料停留時間短、阻力降低、傳熱效率高、蒸汽利用率高、結(jié)垢少等優(yōu)點，廣泛用于化工、輕工、食品、制藥等行業(yè)中。
降膜流動是一種兩相流。管內(nèi)液體在重力、離心力及剪切力的作用下，沿著管內(nèi)壁下滑。液體薄膜沿著某種形式的固體壁面流動，同時液體薄膜由于受熱蒸發(fā)變成蒸汽，此蒸汽即為二次蒸汽，在加熱管內(nèi)形成氣液兩相流動。
薄層流體在重力作用下沿傾斜或垂直壁面運動，在開始的一段距離內(nèi)，運動是加速的，速度分布沿流動方向發(fā)展，和管流時一樣，也可稱這一段為進口段。經(jīng)歷這一段后，速度分布恒定，沿流動方向的流動特性不再變化。降膜流動是有自由面的運動，了解這種流體運動的主要困難在于，膜流動的許多特性又都和自由面有關(guān)，不能預(yù)先準(zhǔn)確地確定自由面的位置，而由于自由面的存在，液膜內(nèi)流動狀態(tài)的基本類型可以概括為層流、波動層流、湍流及波動湍流等。
降膜蒸發(fā)器內(nèi)的熱傳遞過程可以簡化為如圖1的一個局部模型，圖中陰影區(qū)域為降膜蒸發(fā)器內(nèi)換熱管壁的剖面示意圖。熱流體和冷流體分別流經(jīng)換熱管內(nèi)外兩側(cè)壁面，并通過換熱管壁實現(xiàn)熱量的傳遞。
在換熱管的外壁表面通蒸汽，而在換熱管的內(nèi)壁表面，進入降膜蒸發(fā)器的液體經(jīng)過液體分布器的均勻分布，以厚度均勻的膜狀形式沿著內(nèi)壁表面流下。蒸汽與溫度相對較低的換熱管外壁在其界面處發(fā)生熱傳遞，部分熱量從熱的蒸汽傳遞給壁面。
熱傳遞的結(jié)果導(dǎo)致在管壁兩側(cè)發(fā)生不同的熱現(xiàn)象：由于被加熱，在換熱管的內(nèi)壁表面發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，而在換熱管的外壁表面由于遇冷發(fā)生冷凝現(xiàn)象。
熱量通過存在溫差的固體管壁，從溫度相對較高的換熱管外壁經(jīng)管壁傳遞給內(nèi)壁。在內(nèi)壁表面，熱量通過管壁內(nèi)表面與其上的膜狀的均勻液體在界面處發(fā)生熱傳遞，從而給內(nèi)壁表面上的液體加熱。
采用降膜式蒸發(fā)器能夠明顯提高裝置的換熱效率，而且減少了換熱面積，相比其他換熱器具有很大優(yōu)勢，但要讓降膜蒸發(fā)器正常運行，需要合理設(shè)計液膜布膜器、控制液體流量和入口流速，保證管子均勻布膜。
布膜器是降膜蒸發(fā)器的關(guān)鍵元件，其作用是將溶液均勻分布到每根換熱管內(nèi)，使流體沿著管壁下流，通過殼程的熱源加熱，使溶劑部分蒸發(fā)。布膜器設(shè)置的不合理，可能造成換熱管局部干壁、降低蒸發(fā)分離效率、增加能耗等系列問題。
進行布膜器設(shè)計時，首先要保證料液分布均勻，不易發(fā)生偏流現(xiàn)象；其次，要求其流體阻力小，不容易堵塞、結(jié)垢，便于清洗；再次，布膜器應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、安裝要求低，以降低成本。由此可見布膜器在蒸發(fā)設(shè)備中的重要性，布膜器設(shè)計得好，會大大提高蒸發(fā)器的傳熱性能和蒸發(fā)效率，對工程投資和節(jié)能降耗都具有重要意義
對液體分布及成膜裝置設(shè)計的基本要求是布膜均勻、操作彈性大、結(jié)構(gòu)簡單、制造和安裝方便、操作穩(wěn)定可靠，主要的要求如下：
(1）操作可行性：保持分布器各流道暢通，防止由于結(jié)垢、結(jié)晶、聚合、固化、沉淀、發(fā)泡、閃蒸、腐蝕等現(xiàn)象的產(chǎn)生而導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，諸如飛濺、霧化、夾帶、堵塞以致崩潰、倒塌等，從而維持液體的正常流動和均勻分布。
(2）分布均勻：足夠的分布點密度，分布點分布的幾何均勻性；各分布點間流量的均勻性。
(3）合適的操作彈性：液體分布器操作彈性定義為在滿足各項基本要求的條件下，液體的最大和最小負荷之比。
(4）結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉：合理的結(jié)構(gòu)既可以增加液體分布的均勻性又可以節(jié)約設(shè)備投資。
大多數(shù)液體分布器結(jié)構(gòu)都類似于孔口型，主要在盤、槽、管的底面（或側(cè)面）開直孔、內(nèi)斜孔或其他孔，開孔的尺寸和類型對于液體的均勻分布起著重要的作用，液體穿孔流量系數(shù)Cd是分布器設(shè)計過程的重要參數(shù)。
關(guān)于Cd的理論和研究，國內(nèi)外有很多文獻進行了論述，主要確認(rèn)了影響Cd的因素是孔口的流動雷諾數(shù)Re以及孔口的結(jié)構(gòu)和尺寸，可以根據(jù)研究的規(guī)律（見如下公式），選擇合適的孔口結(jié)構(gòu)和尺寸以及流速。孔口當(dāng)量直徑與孔口流動雷諾數(shù)關(guān)系公式為：
布膜器主要分為溢流型液體分布器、插件型液體分布器、多層篩板與降膜頭組合式分布器，幾種典型的布膜器類型如下:
此種類型的布膜器具體結(jié)構(gòu)見圖2。
該結(jié)構(gòu)可以保證液體在單根換熱管內(nèi)布膜均勻，而不易保證液體均勻分配到所有換熱管上，且流動阻力大，易阻塞，加工、安裝要求高。一般用于處理清潔物料的小型降膜蒸發(fā)器。
此種類型的布膜器應(yīng)用比較廣泛，一般由初始分布裝置和分布盤組成。初始分布裝置往往是圓盤狀的齒形分散盤或蓮蓬型的噴頭，作用是實現(xiàn)料液的初始分布。分布盤底部的篩板上按一定規(guī)律鉆有篩孔，料液經(jīng)過篩孔實現(xiàn)多點布料，達到均勻分布的目的。為了使料液分布更加均勻，可采用多層分布盤。此種布膜器可以保證液體比較均勻的到達管板上表面，但不易保證液體能夠在每根換熱管內(nèi)均勻分布，成膜效果也一般。
螺旋成膜的布膜器是一種新型布膜器，可以解決傳統(tǒng)布膜器存在的問題，同時，其結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟性也較好。
此種新型螺旋成膜的布膜器，借鑒了傳統(tǒng)布膜器的一些優(yōu)點，結(jié)構(gòu)特點如下（見圖3,4):
(1）上部設(shè)置一組液體分布盤，分布盤的層數(shù)可以根據(jù)具體工況確定。分布盤底部帶有篩孔，篩孔與下面的換熱管交錯布置，使液體不直接落入換熱管；若設(shè)置多層分布盤，則每層的分盤開孔也應(yīng)交錯布置。設(shè)置此分布盤的目的是為了使液體進入設(shè)備時，能夠緩沖液體的沖擊，并均勻的將液體分散在管板上。
(2）在分布盤的下面，管板的上表面，增加螺旋布膜頭。此布膜器安裝在每個換熱管內(nèi)，每個布膜頭的側(cè)向開有一定數(shù)量的槽，開槽的底部距離管板有一段距離，開槽的尺寸和結(jié)構(gòu)，可以使液體沿切向流入換熱管內(nèi)，在換熱管內(nèi)呈現(xiàn)一種近似螺旋狀下降均勻的液膜；同時，每個布膜頭的開槽數(shù)量和尺寸相同，故液體進入每個布膜頭的流量也相同。另外，為解決雜質(zhì)堆積在上管板，可在邊緣選擇幾個布膜頭，開槽高度與管板上表面水平，這樣可以保證上管板不積料。
(3）與傳統(tǒng)的布膜器方案相比，新型螺旋成膜的布膜器具有成膜效果好、適合多種類型工藝介質(zhì)（尤其適合粘度較大的介質(zhì)）、結(jié)構(gòu)簡單、安裝檢修方便等優(yōu)點，避免了降膜蒸發(fā)器發(fā)生干壁、蒸發(fā)分離效果差等現(xiàn)象，無論對優(yōu)化設(shè)計還是節(jié)能降耗（降低加熱蒸汽消耗）都有很大的意義，將會有較廣泛的應(yīng)用前景。
對于降膜蒸發(fā)器影響因素的研究，主要采用試驗和模擬等方法來研究降膜蒸發(fā)器流動和傳熱情況以及分析影響因素。目前國內(nèi)外文獻中關(guān)于各參數(shù)的影響規(guī)律描述比較多，但很多觀點并不一致，甚至沒有定性結(jié)論，這主要與試驗研究工況不同有關(guān)。說明降膜蒸發(fā)器性能的影響因素復(fù)雜，還需要深入研究。根據(jù)目前試驗及文獻的情況，降膜蒸發(fā)器的傳熱性能影響因素主要如下：
(1）進料量的大小。進料量的大小主要影響的是液膜形成的厚度。
(2）雷諾數(shù)影響。在雷諾數(shù)較大時，降膜蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)隨雷諾數(shù)數(shù)的增加而增大，這是由于液膜處于湍流狀態(tài)，對流傳熱起決定作用。
(3）液體進料溫度影響。液體進料溫度越高，傳熱系數(shù)會越大，這是因為溫度升高使液體的粘度降低，減弱了液膜的流動阻力與液膜的傳熱阻力，使液膜的傳熱系數(shù)增大。
(4）對于蒸發(fā)器蒸發(fā)面積來說，管壁厚度的影響大于管徑的影響。增大管徑和減小壁厚均可減小蒸發(fā)面積。
降膜蒸發(fā)器傳熱效率高，應(yīng)用也越來越廣泛，具有很大的發(fā)展前景。但對于關(guān)鍵部件-布膜器的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部流體流動影響的研究，尚處于探索階段。降膜蒸發(fā)器的傳熱過程涉及沸騰、蒸發(fā)，相對于無相變傳熱過程，理論研究難度大，一般是借助于試驗進行研究，理論模擬與真實情況往往偏差較大，有待將理論、試驗結(jié)果結(jié)合計算機模擬的流場分析進行深入研究。
