Com a dispositiu bàsic per a la transferència de calor i la separació del canvi de fase, el principi de funcionament de l'evaporador es basa en el procés pel qual un medi líquid absorbeix la calor latent i es transforma en un estat gasós en condicions de calefacció. Això aconsegueix múltiples objectius com l'eliminació de calor, la concentració de la solució o la separació del mitjà. En camps químics, alimentaris, farmacèutics i de recuperació d'energia, els evaporadors converteixen de manera eficient l'energia tèrmica en la força motriu del canvi de fase de les substàncies controlant amb precisió la temperatura, la pressió i l'estat de flux, completant així les tasques d'evaporació requerides pel procés.
En el seu mecanisme bàsic, l'evaporador utilitza una font de calor externa (com ara vapor saturat, aigua calenta, oli de transferència de calor o calor residual) per transferir calor al fluid de treball líquid. Quan el fluid de treball absorbeix prou calor i arriba al seu punt d'ebullició a la pressió corresponent, passa d'un estat líquid a un estat gasós, emportant-se una gran quantitat de calor latent. Aquest procés de canvi de fase es pot dur a terme sota buit o pressió atmosfèrica. L'evaporació al buit pot reduir el punt d'ebullició, reduir el risc de descomposició dels materials-sensibles a la calor i estalviar energia de calefacció. La mescla líquida de vapor-produïda per evaporació entra llavors a un espai de separació, on la separació de líquids-gasos s'aconsegueix mitjançant la gravetat, la força centrífuga o la inèrcia. El vapor pur s'extreu per utilitzar-lo en el següent procés o directament es condensa i es recupera, mentre que el concentrat no evaporat continua participant en la circulació o s'aboca del sistema.
Des d'una perspectiva de transferència de calor, el rendiment d'un evaporador depèn del coeficient de transferència de calor i de l'àrea de transferència de calor. El coeficient de transferència de calor es veu afectat per l'estat del flux del fluid, el gruix de la pel·lícula líquida, la resistència tèrmica a la contaminació i la conductivitat tèrmica del material. Les diferents estructures d'evaporador milloren l'eficiència de la transferència de calor optimitzant els canals de flux i els mètodes de distribució de líquids: els evaporadors de pel·lícula caiguda es basen en la gravetat per garantir un flux uniforme cap avall de la pel·lícula líquida, adequat per a materials sensibles a la calor de baixa-viscositat-; Els evaporadors de pel·lícula ascendent utilitzen el vapor creixent per fer bullir la pel·lícula líquida, donant lloc a una velocitat de transferència de calor més alta; els evaporadors de circulació forçada utilitzen bombes per impulsar el medi a fluir a gran velocitat, capaços de manejar solucions d'alta-viscositat o cristal·litzar fàcilment i inhibir eficaçment l'escala.
En el flux del procés, els evaporadors sovint es combinen amb condensadors, preescalfadors i bombes i vàlvules per formar un sistema d'evaporació, aconseguint una utilització d'energia en cascada. Per exemple, l'evaporació multi-efecte utilitza el vapor secundari generat en l'efecte anterior com a font de calefacció per al següent efecte, reduint significativament el consum de vapor viu. A més, el sistema de buit manté un entorn de baixa-pressió, augmentant la diferència de temperatura de transferència de calor i reduint la pèrdua de calor.
En general, l'evaporador funciona utilitzant una font de calor externa per impulsar el medi líquid perquè absorbeixi la calor i es vaporitzi. Mitjançant l'optimització del disseny estructural del procés de transferència i separació de calor, aconsegueix una conversió eficient i controlable d'energia tèrmica i material, proporcionant un suport tecnològic clau per a la conservació d'energia industrial i la utilització integral dels recursos.
