模块4 溶液蒸发操作

模块四溶液蒸发操作项目1认识蒸发器【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。【教学目标】通过本项目的学习，掌握蒸发器的结构及特点。熟悉蒸发器的形式及应用。【教学重点、难点】重点：蒸发器的结构难点：不同类型蒸发器的特点及应用场合【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入一一演示一一实训一一评价一一讲授一一讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习溶液蒸发的相关知识。【教学过程】一、导入蒸发就是浓缩溶液的单元操作。在化工生产中，常常需要将溶有固体溶质的稀溶液浓缩，以达到符合要求的浓度，或析出固体产品，或回收汽化出来的溶剂。如氯碱工业中将电解制得的10%烧碱溶液浓缩到30%，必须蒸发除去部分水分。二、教师讲授及演示实训步骤布置实训任务：观察蒸发器的结构、尺寸、仪表及控制部分，分析蒸发器在工艺流程中的位置。引导学生先大致了解蒸发器，提高学生学习兴趣。图4-1四效降膜蒸发器三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。初步认识一一察看详细结构一一分析加热室结构一一观察仪表及控制系统——察看材质一一察看安装方式四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。一、蒸发器的分类蒸发操作通过加热一一提供大量的热能；一般都是在沸腾状态下进行大量溶剂汽化一一及时排除汽化出的蒸气蒸发设备与一般的传热设备无本质区别。加热室、气液分离室（蒸发室）、除沫器、冷凝器、真空装置蒸发器分类料液在蒸发器内流动情况类型料液流动特点循环自然循环型中央循环管式悬筐式外加热式列文式蒸发器中各部分溶液受热程度不同，产生密度差而引起循环强制循环型利用外加动力迫使溶液进行循环单程升膜式溶液沿管内壁呈膜状向上流动降膜式溶液沿管内壁呈膜状向下流动升-降膜式料液先经升膜加热管上升，再由降膜加热管下降刮板式薄膜式料液利用旋转刮板的刮带和重力的作用，在器壁上成膜二、常见蒸发器结构学生讨论、自学内容1.根据蒸发器模型或图片，分析蒸发器的结构：加热室、蒸发室的位置，加热蒸气进口，冷凝水出口，二次蒸气出口，料液进口，物料出口。说明各种类型蒸发器物料流向及循环过程。比较各种类型蒸发器的特点及应用场合。

中央循环管式蒸发器图4-2中央循环管式蒸发器悬筐式蒸发器外加热式蒸发器图4-3外加热式蒸发器列文蒸发器强制循环型蒸发器图4-4强制循环式蒸发器(6)升膜式蒸发器图4-5升膜式蒸发器(7)降膜式蒸发器图4-6降膜式蒸发器升-降膜式蒸发器刮板薄膜式蒸发器图4-7刮板薄膜式蒸发器分析蒸发器辅助装置的结构及作用。(1)除沫器(2)(3)圻at立除沫器成形除法器丝网除法器高心忒除涂器旋区分高式除it笛%r折煎式除深布图4-8常见除沫器冷凝器和真空装置图4-9混合冷凝器冷凝水排除器*’理阳室图4-10偏心热动力疏水阀*’理阳室【作业】复习题项目2蒸发器操作【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。【教学目标】通过本项目的学习，学会蒸发器的基本操作，掌握单效蒸发操作的特点。学会判断蒸发器的故障，并能及时排除。【教学重点、难点】重点：蒸发器的基本操作难点：判断蒸发器的故障【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入一一演示一一实训一一评价一一讲授一一讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习溶液蒸发的相关知识。【教学过程】一、导入工业上应用的蒸发过程有不同的形式，蒸发操作按效数可分为单效蒸发和多效蒸发，按操作方式又分为间歇蒸发和连续蒸发等。每种操作方式均有其不同特点，视工业生产要求而选用。二、教师讲授及演示实训步骤布置实训任务：练习蒸发器开车、进料、正常运行、停车操作演示蒸发器操作，强调操作要点。图4-11单效薄膜蒸发器三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。检查准备一一开车一一操作运行一一停车一一卸料一一洗效（刷罐）四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。

五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。一、蒸发流程1.蒸发操作的分类分类操作特点应用场合按二次蒸气是否利用分类单效蒸发二次蒸气直接冷凝排放不再利用。主要在小批量、间歇生产的情况下使用多效蒸发汽化出来的二次蒸气引到下一个蒸发器作为加热蒸气使用，多个蒸发器串联进行操作。降低了加热蒸气消耗量大规模的、连续性的生产一般都采用多效蒸发按操作压力分类常压蒸发分离室与大气相通，或米用敞口设备，二次蒸气直接排放到大气中用于产量较小的简单工艺减压蒸发蒸发操作在低于大气压的条件下进行。在加热蒸气压力相同的情况下，溶液沸点低，传热温度差大，操作温度低，热量损失小。化工生产中的蒸发操作大都采用减压蒸发加压蒸发蒸发操作在高于大气压的情况下进行，其目的主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高热能的利用率用于沸点高的物料蒸发按操作过程是否连续分类间歇蒸发蒸发过程中，溶液的浓度和沸点随时间不断改变，是一个不稳定操作过程适于小批量、多品种的场合连续蒸发连续加料、连续出料的稳定操作过程适合于大规模的生产

图4-12单效真空蒸发流程图4-13多效蒸发流程2.多效蒸发流程并流加料流程并流加料又称顺流加料，即溶液与蒸气的流向相同，都是由第一效顺序流至末效。

图4-15并流加料流程优点：操作简便，容易控制。在处理黏度随浓度增加而变化很大的物料时，不宜采用并流加料流程。逆流加料流程原料液的流向与加热蒸气流向相反。图4-16逆流加料流程优点：随着溶液浓度的逐效增加，其温度也随之升高。因此各效溶液的黏度较为接近，使各效的传热系数基本保持不变。缺点：效间溶液需用泵来输送。平流加料流程各效都加入原料液和放出浓缩液，蒸气则仍然从第一效顺序流至末效。

图4-17平流加料流程适合于在蒸发过程中不断有结晶析出的溶液。例如某些盐溶液的浓缩，因为有结晶的析出，不便于效间的输送，宜采用平流加料法。多效蒸发的效数限制沸点升高较大的电解质溶液的蒸发，效数不宜太多（如NaOH水溶液的蒸发，一般采用2〜3效）；对于沸点升高较小的非电解质溶液的蒸发，则可采用较多的效数（如糖水溶液的蒸发用4〜6效；而海水淡化的蒸发装置可达20〜30效）。二、蒸发器的计算1.水分蒸发量n，州图4-18单效蒸发的物料衡算示意图以1h为物料衡算基准，单位时间水分蒸发量为

w=F（1-%（4-1）w1式中w——水分蒸发量（即二次蒸气量），kg/hF——原料液质量，kg/hw0——原料液的浓度（溶质的质量分数）；W1——完成液的浓度（溶质的质量分数）；2.加热蒸气消耗量定义D为单位蒸气消耗量，即每蒸发1kg水（溶剂）所需要的加热蒸气量。采用单效蒸发时，汽化1kg水消耗约1kg加热蒸气。实际生产中，由于溶液热效应的存在及热损失等原因，实际的单位蒸气消耗量大约为1.1或更大一些。不同效数时的单位蒸气消耗量如下表。效数单效双效三救四效五效D/W(kg汽/kg水)理论值1.00.500.330.250.20实际值1.10.570.400.300.273.蒸发器的生产能力和生产强度（1）蒸发器的生产能力蒸发器的生产能力是指单位时间蒸发的溶剂（水）量，单位为kg/h，由生产要求确定。（2）蒸发器的生产强度蒸发器的生产强度是指单位时间内单位传热面积上所能蒸发的溶剂（水）量，以U表示，单位为kg/（m2•h）；即W(4-5)U=—(4-5)A式中W——蒸发器的生产能力，kg/h；A——A——蒸发器加热室的传热面积，m2。对于一定的蒸发量，蒸发强度越大，则所需传热面积越小，蒸发设备的投资越小。因此蒸发器的生产强度是评价蒸发器性能优劣的重要指标。提高蒸发器生产强度的途径

增大蒸发器的总传热系数K是提高蒸发器生产强度的主要途径。蒸气中若含有少量不凝性气体时，它将会占据传热空间，使对流传热膜系数大幅度下降。当蒸气中含有1%的不凝性气体，总传热系数K下降60%。因此，在蒸发器的实际操作中应该定时排放不凝性气体。在处理易结晶或结垢的料液时，管壁上可形成污垢层，污垢层热阻很大，造成传热速率急剧降低。所以，在蒸发生产中要求定期清洗蒸发器。三、蒸发器的操作学生讨论、自学内容1.蒸发单元操作安全要点有哪些？2.蒸发操作常见故障有哪些？应怎样处理？【作业】复习题加热蒸气J生产能力f循环型蒸发器二次蒸气加热蒸气J生产能力f循环型蒸发器二次蒸气1生产强度1单程型蒸发器6.分析并比较下列各组概念的联系与区别。温度差损失有效温度差《广并流加料逆流加料「平流加料计算题本模块理论知识结构溶液蒸发操作认识蒸发器蒸发器的分类常见蒸发器结构蒸发流程—蒸发器操作蒸发器的计算溶液蒸发操作认识蒸发器——蒸发器的操作兰亭序永和九年，岁在癸丑，暮春之初，会于会稽山阴之兰亭，修禊事也。群贤毕至，少长咸集。此地有崇山峻岭，茂林修竹;又有清流激湍，映带左右，引以为流觞曲水，列坐其次。虽无丝竹管弦之盛，一觞一咏，亦足以畅叙幽情。是日也，天朗气清，惠风和畅，仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。夫人之相与，俯仰一世，或取诸怀抱，晤言一室之内；或因寄所托，放浪