工艺技术_蒸发浓缩工艺课件

蒸发浓缩 概述蒸发设备多效蒸发器节能措施 一概述 将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽 从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发 定义 蒸发操作的目的 获得浓缩的溶液 直接作为成品或半成品 脱除溶剂 此过程常伴随有结晶过程去除杂质 一 基本概念 二 蒸发流程 稀溶液 料液 经过预热加入蒸发器 蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室 在管外用加热蒸汽加热管内的溶液 并使之沸腾汽化 经溶缩后的完成液从蒸发器底部排出 蒸发器的上部为蒸发室 汽化所产生的蒸汽在蒸发室及其顶部的除沫器中将其中夹带的液沫易于分离 然后送往冷凝器被冷凝而除去 一概述 加热溶液使溶剂汽化 蒸发器不断除去气化的蒸发溶剂 冷凝器 通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除 一概述 三 蒸发操作的特点 溶液的沸点升高 由于不挥发溶质的存在 溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压 因此 在相同压力下 溶液的沸点高于纯溶剂的沸点 这种现象称为溶液的沸点升高 溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低 能耗较大 蒸发操作所汽化的溶剂量较大 需要消耗大量的加热蒸气 因此需要考虑热量的利用的问题 溶液特性 有些物料浓缩时易于结晶 结垢 有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性 有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性 等等 需要根据物料的特性和工艺要求 选择适宜的蒸发流程和设备 一概述 四 蒸发操作的分类 多效蒸发 若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气 则可提高加热蒸气 生蒸气 的利用率 这种串联蒸发操作称为多效蒸发 1 按二次蒸气的利用情况分 单效蒸发和多效蒸发 单效蒸发 将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作 一概述 2 按操作室压力分 常压 加压 减压 真空 蒸发 常压蒸发 设备简单 操作方便 可采用敞口设备 二次蒸汽可直接排放在大气中 但会造成大气污染 适用于临时性或小批量的生产 加压蒸发 可提高二次蒸汽的温度 有利于二次蒸汽的利用 但要求加热蒸汽的压力较高 优点 1 传热温度差 tm 2 可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽 3 可防止热敏性物料变质或分解 4 沸点温度低 减少热损失 缺点 真空装置 需消耗动力和增加设备 适用于处理热敏性物料 一概述 3 按操作过程是否连续分 间歇蒸发 连续蒸发 间歇蒸发 一次加料 最终X1出料或连续加料维持液面 X1一次出料 溶液浓度和沸点随时间改变 为不稳定操作 适于小规模 多品种的场合 连续蒸发 稳定操作 适于大规模的生产过程 一概述 二蒸发浓缩设备 辅助设备 蒸发器 用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器 蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化 并移去 由加热室和分离室两部分组成 冷凝器与蒸发器的分离室相通 其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去 按加热室的结构和操作时溶液的流动情况 分为两大类 循环型和单程型 不循环 一 蒸发器的型式与结构 特点 溶液在蒸发器中循环流动 溶液在蒸发器内停留时间长 溶液浓度接近于完成液浓度 一 循环型蒸发器 由于引起循环运动的原因不同 分为自然循环型和强制循环型两类 二蒸发浓缩设备 中央循环管式 标准式 蒸发器 加热蒸汽 加热室管束环隙内溶液 加热室管束及中央循环管内 受热时 由于中央循环管单位体积溶液受热面小 使得溶液形成由中央循环管下降 而由其余加热管上升的循环流动 料液 加热蒸汽 优点 溶液循环好 传热效率高 结构紧凑 制造方便 操作可靠缺点 循环速度低 溶液粘度大 沸点高 不易清洗适于处理结垢不严重 腐蚀性小的溶液 二蒸发浓缩设备 2 悬筐式蒸发器 加热室像个筐 悬挂在蒸发器壳体的下部 可由顶部取出 加热蒸汽由壳体上部进入加热室 在管间放热加热管内溶液使其上升 而沿悬筐外壁与蒸发器内壁间环隙通道向下循环流动 优点 溶液循环速度高 改善了管内结构情况传热速率较高缺点 设备费高占地面积大加热管内溶液滞留量大适于处理易结垢 有晶体析出的溶液 二蒸发浓缩设备 3 外热式蒸发器 优点 降低了整个蒸发器的高度 便于清洗和更换 循环速度较高 使得对流传热系数提高 结垢程度小 这种蒸发器将加热室与分离室分开 采用较长的加热管 适于处理易结垢 有晶体析出 处理量大的溶液 二蒸发浓缩设备 4 列文蒸发器 特点是在加热室上部设置沸腾室 加热室中的溶液因受到附加液柱的作用 必须上升到沸腾室才开始沸腾 这样避免了溶液在加热管中结垢或析出晶体 优点 流动阻力小循环速度高传热效果好加热管内不易堵塞缺点 设备费高厂房高 耗用金属多适于处理有晶体析出或易结垢的溶液 二蒸发浓缩设备 5 强制循环型蒸发器 在加热室设置循环泵 使溶液沿加热室方向以较高的速度循环流动 优点 循环速度高晶体不易粘结在加热管壁对流传热系数高缺点 动力消耗大对泵的密封要求高加热面积小适于处理粘度大 易结垢 有晶体析出的溶液 二蒸发浓缩设备 二 单程型 膜式 蒸发器 溶液在蒸发器中的停留时间很短 因而特别适用于热敏性物料的蒸发 整个溶液的浓度 不象循环型那样总是接近于完成液的浓度 因而这种蒸发器的有效温差较大 溶液在蒸发器中只通过加热室一次 不作循环流动 溶液通过加热室时 在管壁上呈膜状流动 故习惯上又称为液膜式蒸发器 用于热敏性 高粘性 易结垢产品的浓缩 蒸馏或提纯 优点 二蒸发浓缩设备 适于处理蒸发量较大的稀溶液 热敏性和易生泡沫的溶液 不适于浓度高 粘度大 有晶体析出溶液的蒸发 1 升膜蒸发器 原理 溶液预热到接近沸点时由蒸发器底部送入 进入加热管时立即受热沸腾汽化 溶液在高速上升的二次蒸汽带动下 沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发 到达分离室后 完成液与二次蒸汽分离后由分离室底部排出 二蒸发浓缩设备 2 降膜蒸发器 溶液预热后由加热室顶部加入 经管端的液体分布器均匀分配在各加热管内 在重力作用下沿管内壁呈膜状向下流动 并进行蒸发 汽液混合物从管下端流出 在分离器内进行汽液分离后完成液由分离室底部排出 适于处理 浓度高 粘度较大 0 05 0 45Pa s 的溶液 不适于处理 易结晶 结垢的溶液 二蒸发浓缩设备 这类蒸发器操作的关键是设置良好的液体分布器 以保证溶液均匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出 二蒸发浓缩设备 3 升 降膜式蒸发器 蒸发器由升膜管束和降膜管束组合而成 蒸发器的底部封头内有一隔板 将加热管束分成两部分 溶液由升膜管束底部进入 流向顶部 然后从降膜管束流下 进入分离室 得到完成液 适于处理浓缩过程中粘度变化大的溶液 厂房有限制的场合 二蒸发浓缩设备 4 刮板薄膜式蒸发器 溶液由蒸发器上部沿切线方向加入 在重力和旋转刮板带动下 在加热管内壁上形成旋转下降的液膜 在下降过程中通过接收加热管外加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发 底部得到完成液 二次蒸汽上升至顶部经分离器后进入冷凝器 缺点 结构复杂 动力消耗大 传热面积小 处理能力低 适于处理易结晶 易结垢 高粘度的溶液 它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板 刮板端部与加热管内壁间隙固定在0 75 1 5mm之间 依靠刮板的作用使溶液成膜状分布在加热管内壁面上 二蒸发浓缩设备 1 直接加热蒸发器 浸没燃烧式 优点 结构简单 不需要固定的传热面 热利用率高适于处理易结垢 易结晶或有腐蚀性的溶液 不适于处理不能被燃烧气污染及热敏性的溶液 三 其它蒸发器 将一定比例的燃烧气与空气直接喷入溶液中 燃烧气的温度可高达1200 1800 由于气 液间的温度差大 且气体对溶液产生强烈的鼓泡作用 使水分迅速蒸发 蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出 二蒸发浓缩设备 2 螺旋管蒸发器 在螺旋加热管中 要被蒸发的液体从顶部流向底部 同时 沸腾膜与蒸汽并流流动 由于加热管当然螺旋形状 在中等高度的设备中可以容纳很长的管子 经过很长的管道流动中产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力 为此 弯曲的螺旋管将引起二次流 二次流被施加在沿管轴的流动上 这此作用可促进湍流并强化高粘情况下的热传递 适用于达到高浓度和高粘度 为获得高的蒸发比 这类蒸发器在高温度差下和单程操作 二蒸发浓缩设备 1 并流流程 又称为顺流加料加料流程 是工业上最常见的加料模式 一 多效蒸发流程 蒸汽流动方向 1 2 3溶液流动方向 1 2 3 料液可自动流入下一效 无需泵输送 溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽 传热推动力依次减小 K依次减小 三多效蒸发器 优 缺点 料液需用泵送入下一效 传热推动力较为均匀 2 逆流流程 蒸汽流动方向 3 2 1溶液流动方向 1 2 3 逆流多效蒸发 三多效蒸发器 各效独立进料 传热状况均较好 物料停留时间较短 3 平流流程 平流流程优 缺点 适于 粘度随温度和浓度变化较大的溶液蒸发 三多效蒸发器 4 错流流程 本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法 三多效蒸发器 二 多效蒸发的经济性及效数限制 1 加热蒸汽的经济性 多效蒸发单位生蒸汽消耗量D W比单效蒸发小 操作费比单效蒸发小 说明蒸发同样数量的水分 采用多效蒸发时为小 可节省生蒸汽用量 提高生蒸汽的利用率 三多效蒸发器 2 多效蒸发效数的限制 设备的费用是随着效数的增加而增加的 随着效数的增多 D W min下降的幅度不断减小 技术上的限制 注 必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数 效数不能随意增加 一般常见2 3效 三多效蒸发器 蒸发的过程是一耗能较大的单元操作 而蒸发过程的主要热源为加热蒸汽 因此 如何提高加热蒸汽的经济效率 是蒸发操作节能的重要途径 1 二次蒸汽的部分利用 额外蒸汽的引出 将蒸发器蒸出的二次蒸汽引出作其他加热设备的热源 则此二次蒸汽称为额外蒸汽 四节能措施