Gli evaporatori entrano in contatto diretto con vari mezzi e ambienti operativi durante il trasferimento di calore e massa. La scelta dei materiali influisce direttamente sulla resistenza alla corrosione, sulla conduttività termica, sulla resistenza strutturale e sulla durata dell'apparecchiatura. Comprendere le caratteristiche e le applicazioni dei materiali comunemente utilizzati aiuta a prendere decisioni razionali che bilanciano prestazioni ed economia durante le fasi di progettazione e approvvigionamento.
I materiali metallici sono la scelta principale per gli evaporatori. L'acciaio al carbonio, grazie al suo basso costo e alla buona lavorabilità, viene spesso utilizzato in applicazioni in cui i fluidi non sono altamente corrosivi e la temperatura e la pressione sono moderate, come alcuni sistemi di evaporazione delle acque reflue industriali e di riscaldamento dell'aria. Tuttavia, l'acciaio al carbonio è soggetto a ossidazione e ruggine quando viene a contatto con acqua o soluzioni acquose, richiedendo rivestimenti aggiuntivi o trattamenti anticorrosione interni. L'acciaio inossidabile, con la sua eccellente resistenza alla corrosione ed elevata resistenza, è ampiamente utilizzato nelle industrie alimentare, farmaceutica e chimica dove l'igiene e la resistenza alla corrosione sono fondamentali. I gradi comunemente utilizzati includono 304 e 316L, quest'ultimo con prestazioni migliori in ambienti contenenti cloruro grazie al suo contenuto di molibdeno. L'alluminio e le leghe di alluminio hanno un'elevata conduttività termica e sono leggeri, il che li rende adatti per evaporatori di refrigerazione a bassa-temperatura e strutture di scambio di calore raffreddate ad aria-. Tuttavia, sono suscettibili alla corrosione in ambienti fortemente acidi o alcalini. Il rame e le leghe di rame hanno un'eccellente conduttività termica e sono comunemente utilizzati negli evaporatori di refrigerazione e condizionamento dell'aria. Possiedono inoltre una certa resistenza alla corrosione, ma non sono resistenti ai fluidi a base di ammoniaca-e richiedono un'attenta selezione per condizioni operative speciali. Le leghe a base di nichel-, come Hastelloy, mostrano un'eccellente resistenza alla corrosione in ambienti altamente corrosivi e ad alta-temperatura, rendendole adatte per processi speciali come il recupero delle risorse dell'acqua di mare e il trattamento dei gas acidi. Tuttavia, sono relativamente costosi e vengono utilizzati principalmente in processi critici o ad alto-valore-aggiunto.
I materiali non-metallici possono compensare le carenze dei metalli in condizioni operative specifiche. La grafite ha un'elevata conduttività termica e un'eccellente resistenza alla corrosione e viene spesso utilizzata nei dispositivi di evaporazione per acidi ad alta-concentrazione. Tuttavia, è fragile e ha una resistenza meccanica limitata, richiedendo protezione contro gli urti e i rapidi sbalzi di temperatura. I fluoroplastici, come il politetrafluoroetilene (PTFE), hanno un'ampia gamma di resistenza alla corrosione chimica e una superficie liscia che non forma facilmente incrostazioni. Sono adatti per ambienti con acidi forti, alcali forti e solventi organici e sono spesso utilizzati come rivestimenti o rivestimenti di tubi per lo scambio di calore. Tuttavia, la loro bassa conduttività termica fa sì che l’efficienza complessiva dello scambio termico dipenda dalla compensazione del progetto strutturale. I materiali ceramici possiedono una forte resistenza alle alte temperature e alla corrosione, che li rende adatti per applicazioni di evaporazione che comportano temperature estremamente elevate o forte usura. Tuttavia, sono difficili da lavorare e sono estremamente fragili, per cui il loro utilizzo è limitato principalmente ad apparecchiature-progettate su misura.
La selezione del materiale richiede una considerazione completa della composizione e della concentrazione del mezzo, della temperatura e della pressione operativa, dei requisiti di scambio termico, degli standard igienici e dell'efficienza economica. Per condizioni operative multi-componenti o variabili, è possibile utilizzare strutture composite, ad esempio l'utilizzo di acciaio al carbonio per il supporto della pressione sul lato del guscio e acciaio inossidabile o fluoroplastica per la protezione dalla corrosione sul lato del tubo, bilanciando robustezza e resistenza alla corrosione. Nelle industrie alimentari e farmaceutiche con elevati requisiti di pulizia, è preferibile l'acciaio inossidabile lucidato che soddisfi le pertinenti certificazioni igieniche per ridurre il rischio di adesione microbica. Quando si affrontano mezzi altamente corrosivi con vincoli di budget, è possibile valutare soluzioni di rivestimento e protezione dalla corrosione localizzata per evitare l'utilizzo di leghe costose per l'intera unità.
La scelta precisa dei materiali in base alle condizioni operative può prolungare di parecchie volte la vita prevista dell'evaporatore, evitando frequenti manutenzioni e perdite di tempi di fermo dovuti a materiali non idonei. La registrazione dei materiali e il monitoraggio della corrosione e dell'usura operativa forniscono una base affidabile per la successiva manutenzione e sostituzione.
Abbinando le proprietà dei materiali ai requisiti di sistema per le condizioni operative e trovando un equilibrio tra prestazioni, sicurezza e costi, l'evaporatore può svolgere stabilmente la sua funzione di scambio termico in ambienti complessi per un lungo periodo di tempo, fornendo un solido supporto per il funzionamento efficiente del sistema di processo.