单元四蒸发单元操作与设备

单元四蒸发单元操作与设备,化学工业出版社,第一节蒸发操作的特点与分类,蒸发：将含有不挥发性溶质的稀溶液加热沸腾使部分溶剂气化并使溶液得到浓缩的过程。一、蒸发操作的目的1.将稀溶液浓缩直接得到液体产品；如：果汁、烧碱溶液的制取等；2.制取或回收纯溶剂；如：海水淡化；3.同时制取浓缩液和回收溶剂。,二、蒸发操作流程,1.操作要点：,（1）不断提供热能，维持溶剂的气化；（2）不断移走蒸汽；2.蒸发设备-蒸发器结构：加热室、分离室（蒸发室）；基本概念：加热剂：饱和水蒸气（加热蒸汽）；二次蒸汽：蒸发了的蒸汽；完成液；,三、蒸发操作的分类,1.按蒸发的效数：单效蒸发和多效蒸发；单效蒸发：二次蒸汽没有被利用的蒸发；多效蒸发：有多个蒸发器，二次蒸汽作为下一台蒸发器的加热蒸汽被再次利用；效数：蒸发器串联的个数。,2.按操作压强：常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发；3.按操作方式：间歇蒸发和连续蒸发。4.按加热方式：直接加热和间接加热；,1.传热壁面两侧均有相变化；2.溶剂挥发而溶质不挥发，溶液的沸点高；3.蒸发的溶液种类不同时，所需设备和操作方式有区别；4.溶剂的气化会消耗大量的热量；,四、蒸发操作的特点,第二节蒸发设备的特点分析,一、蒸发器的类型与结构循环型蒸发器非循环型（单程型）1.循环型（1）中央循环管式蒸发器优点：结构简单，操作可靠，投资少；缺点：循环速度低，传热系数低，清洗难度大。,（2）悬筐式蒸发器,优点：循环速度加快，清洗、检修方便，传热系数高，热损失小；缺点：结构复杂，设备费用高。,（3）外热式,特点：,优点：便于清洗和更换，降低蒸发器的总高度，循环速度快，传热系数大；缺点：单位面积金属耗量大，热损失大；,（4）列文式,优点：循环速度加快，加热管内不易结垢，增加了传热推动力；缺点：设备庞大，温差损失大；适用范围：适于处理易结晶、结垢及粘度大的溶液。,（5）强制循环型,特点：循环速度大且可以调节，但动力消耗大；,适用范围：适于处理高黏度、易结垢或有结晶析出的溶液。2.单程型蒸发器（膜式蒸发器）共同点：传热效果好，加热时间短，适于热敏性材料的蒸发。（1）升膜式传热及蒸发速度快，适用于处理大量稀溶液或易起泡的蒸发。,（2）降膜式,特点：有利于液膜的维持和高粘度液体的蒸发。,三、蒸发器的辅助设备,1.除沫器（1）作用：气液分离，防止有用产品的损失。（2）型式：,2.冷凝器和真空装置,（1）冷凝器的作用：使二次蒸汽冷凝。型式：混合式（凝液需回收）、间壁式（凝液不需要回收）（2）真空装置：减压操作中使用，将冷凝液中的不凝气抽出，保证蒸发所需的真空度。真空装置的种类：喷射泵、水环真空泵等。,第三节单效蒸发的工艺计算,计算内容：1.水分蒸发量和完成液量；2.加热蒸汽消耗量；3.蒸发器的传热面积。,一、水分蒸发量的计算,对溶质进行物料衡算，得：则完成液的浓度为：,二、加热蒸汽消耗量的计算,对系统进行热量衡算，得：加热蒸汽用量为：,注：溶液的焓由实验测定，值随浓度和温度而变化。,（1）当溶液浓缩热不大时，可用平均比热容近似计算：,又因为：,所以：,意义：,加热蒸汽放出的热量用于：（1）预热原料液；（2）气化水份；（3）补偿蒸发器的热损失；令单位蒸汽消耗量，kg蒸汽/kg水；是蒸发器的一项重要的技术经济指标。,当溶液在沸点下进入蒸发器时，,且忽略热损失的情况下，注：由于溶液的热效应和热损失的存在，使得e大于1.1。例题：P118。,（2）当溶液的稀释热不可忽略时,由焓浓图查得溶液的焓值后直接计算：,三、蒸发器传热面积的计算,平均温度差：,1.蒸发器的有效温度差,A、蒸发装置的最大可能温度差B、温差损失（沸点升高）杜林规则:,的计算考虑1-1.5。例题：P121。,2.蒸发器的传热系数,四、蒸发器的生产能力和生产强度,1.生产能力：单位时间内蒸发的溶剂（水）量，kg/s。2.生产强度：单位传热面积上单位时间内蒸发的溶剂（水）量，kg/m2.s。,第四节多效蒸发与节能,目的：再次利用二次蒸汽，节约能量，提高蒸发器的经济性。一、蒸发器加热蒸汽的经济性1.提高蒸发强度的途径沸点进料,忽略热损失:,（1）提高传热温度差,影响因素：加热蒸汽的压力和冷凝器的压力；0.3-0.5MPa,0.6-0.8MPa10-20KPa,（2）提高传热系数提高对流传热系数，在液体侧加湍流构件；及时排出不凝气；降低污垢热阻；,2.加热蒸汽的经济性,1Kg加热蒸汽蒸发的水分量，是单位蒸汽消耗量的倒数。,二、多效蒸发,1.多效蒸发的操作流程1）并流加料2）逆流加料3）平流加料,特点：,1.溶液在效间的输送不需要泵；2.有自蒸发现象；3.完成液在末效排出，热量消耗低；4.各效由于温度渐升而导致传热系数下降，生产能力降低或传热面积增加。,特点：,1.溶液在效间的输送需要泵；2.无自蒸发现象，产生的二次蒸汽量少；3.完成液在第一效排出，温度较高，损失的热量多，且不利于热敏性材料的蒸发；4.传热系数均匀，保持在较高的水平。,特点：,溶液不在效间流动，有利于有结晶析出的情况或得到不同浓度的料液。4.错流加料流程部分并流部分逆流。,二、多效蒸发的经济性及效数限制,1.加热蒸汽的经济性蒸发