蒸发过程安全操作——蒸发过程及危险性分析

蒸发过程安全操作蒸发过程安全操作 蒸发过程及蒸发过程及 危险性分析危险性分析 在化工 医药和食品加工等工业生产中 常常需要将溶有 固体溶质的稀溶液加以浓缩 以得到高浓度溶液或析出固体产 品 此时应采用蒸发操作 蒸发就是通过加热的方法将稀溶液中的一部分溶剂汽化并 除去 从而使溶液浓度提高的一种单元操作 其目的是为了得 到高浓度的溶液 例如 在化工生产中 用电解法制得的烧碱 naoh 溶液 的 质量浓度一般只在 10 左右 要得到 42 左右的符合工艺要求 的浓碱液则需通过蒸发操作 由于稀碱液中的溶质 naoh 不具 有挥发性 而溶剂水具有挥发性 因此生产上可将稀碱液加热 至沸腾状态 使其中大量的水分发生汽化并除去 这样原碱液 中的溶质 na0h 的浓度就得到了提高 又如 食品工业中利用 蒸发操作将一些果汁加热 使一部分水分汽化并除去 以得到 浓缩的果汁产品 除此之外 蒸发操作还常常用来先将原料液中的溶剂汽化 然后加以冷却以得到固体产品 如食糖的生产 医药工业中固 体药物的生产等都属此类 在工业生产中应用蒸发操作时 需认识蒸发如下几方面的 特点 蒸发的目的是为了使溶剂汽化 因此被蒸发的溶液应由 具有挥发性的溶剂和不挥发性的溶质组成 这一点与蒸馏操作 中的溶液是不同的 整个蒸发过程中溶质数量不变 这是本章 物料衡算的基本依据 溶剂的汽化可分别在低于沸点和沸点时进行 在低于沸 点时进行 称为自然蒸发 如海水制盐用太阳晒 此时溶剂的 汽化只能在溶液的表面进行 蒸发速率缓慢 生产效率较低 故该法在其他工业生产中较少采用 若溶剂的汽化在沸点温度 下进行 则称为沸腾蒸发 溶剂不仅在溶液的表面汽化 而且 在溶液内部的各个部分同时汽化 蒸发速率大大提高 本章只 讨论工业生产中普遍采用的沸点汽化 蒸发操作是一个传热和传质同时进行的过程 蒸发的速 率决定于过程中较慢的那一步过程的速率 即热量传递速率 因此工程上通常把它归类为传热过程 由于溶液中溶质的存在 在溶剂汽化过程中溶质易在加 热表面析出而形成污垢 影响传热效果 当该溶质为热敏性物 质时 还有可能因此而分解变质 蒸发操作需在蒸发器中进行 沸腾时 由于液沫的夹带 而可能造成物料的损失 因此蒸发器在结构上与一般加热器是 不同的 蒸发操作中要将大量溶剂汽化 需要消耗大量的热能 因此 蒸发操作的节能问题将比一般传热过程更为突出 由于 目前工业上常用水蒸气作为加热热源 而被蒸发的物料大多为 水溶液 汽化出来的蒸汽仍然是水蒸气 为区别起见 我们将 用来加热的蒸汽称为生蒸汽 将从蒸发器中蒸发出的蒸汽称为 二次蒸汽 充分利用二次蒸汽是蒸发操作中节能的主要途径 如果将二次蒸汽引至另一蒸发器作为加热蒸汽之用 则称为多 效蒸发 如果二次蒸汽不再被利用 而是冷凝后直接放掉 则 称为单效蒸发 蒸发是借加热作用使溶液中所含的溶剂不断汽 化 不断被除去 以提高溶液中溶质浓度 或使溶质析出 即 使挥发性溶剂与不挥发性溶质分离的物理过程 如制糖工业中 蔗糖水 甜菜水的浓缩 氯碱工业中的碱液提浓以及海水淡化 等都采用蒸发的办法 蒸发按其采用的压力可以为常压蒸发 加压蒸发和减压蒸 发 真空蒸发 按其蒸发所需热量的利用次数可分为单效蒸发和 多效蒸发 蒸发所需设备称蒸发器 它一般由加热室和蒸发室 两部分组成 自然循环蒸发器是指溶液在设备内的循环是在加 热的情况下 由于各部分溶液密度的不一致 以及蒸气流在运 动过程中带动液体运动 使溶液得以循环的蒸发器 强制循环 蒸发器是指溶液在设备内的循环主要是依靠外界加入动力所导 致的强制运动的蒸发器 液体在设备内仅加热一次 不作循环就可蒸发达到所需要 求的蒸发器称为单程蒸发器 从安全技术角度出发 凡蒸发的 溶液 皆具有一定的特性 例如 溶质在浓缩过程中若有结晶 沉淀和污染生成 这样将导致传热效率的降低 并产生局部过 热 因此 对加热部分需经常清洗 对具有腐蚀性溶液的蒸发 尚需考虑设备的腐蚀问题 为了防腐 有的设备需用特种钢材 制造 对于热敏性溶液的蒸发 尚需考虑温度的控制 特别是 由于溶液的蒸发产生结晶和沉淀 而这些物质又是不稳定的局 部过热可使其分解变质或燃烧 爆炸 则更应注意控制蒸发温 度 为防止热敏性物质的分解 可采用真空蒸发的方法 降低 蒸发温度 或者使溶液在蒸发器内停留的时间和与加热面接触 的时间尽量缩短 例如采用单程循环 高速蒸发等 闪急蒸发是将料液加热到一定温度 经过节流减压进入压 力低于其饱和蒸气压的闪蒸室中 料液因过热而将部分溶剂急 剧汽化的蒸发操作 闪急蒸发是一个绝热过程 溶剂汽化所需 的汽化热由料液本身的显热提供 闪急蒸发