蒸发 蒸发过程及设备

化工单元操作模块五

蒸发任务一蒸发概述蒸发操作的目的:1）获得浓缩的溶液2）获得固体溶质3）除去杂质一、蒸发在化工生产中的应用定义：将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为蒸发。溶剂S溶质A（不挥发）溶剂S加热

蒸发操作的工业应用

为了获得纯净的溶剂.

如海水淡化等。

浓缩稀溶液直接制取产品或再处理制取固体产品;

如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等。

同时浓缩溶液和回收溶剂;如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等。二、蒸发操作特点恒温传热：沸腾、冷凝。溶液沸点升高

不挥发性溶质存在下，溶液饱和蒸汽压小于纯溶剂，即溶液沸点高于纯溶剂，溶液浓度越高，沸点越高。物料及工艺特性

结晶、结垢，溶质热敏性分解变质；较大腐蚀性或较高粘度等。能量回收

溶剂汽化，汽化潜热大，所以蒸发过程是一个大能耗单元操作。蒸发操作属于传质—传热过程（其缺点如下）

能耗大；从进口到出口传热温差逐渐减小（由于浓度↑，沸点↑）；易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化。三、蒸发操作分类操作压力加压蒸发减压蒸发常压蒸发二次蒸汽利用单效蒸发多效蒸发操作形式连续蒸发间歇蒸发减压（真空）优点：

缺点：1）省传热面积；1）μ↗、α↙、K↙；

2）利用低压（废热）蒸汽；

2）减压装置、能耗。

3）适用热敏性溶液；

4）热损失减少。

汽化温度自然蒸发沸腾蒸发真空泵缓冲罐水分离器混合冷凝器二次蒸汽冷凝水疏水器加热室

加热蒸汽原料液蒸发室不凝气体多效蒸发及其流程单位蒸汽消耗量：每汽化1kg的水所消耗的加热蒸汽。D/W表4—4不同效数蒸发的单位蒸汽消耗量效数单效双效三效四效五效D/W的理论值10.50.330.250.2D/W的实测值1.10.570.40.30.27多效蒸发及其流程单效D/W>1，为提高蒸汽利用率，宜采用多效。——并流加料流程P二次蒸汽123并流流程优、缺点：

①料液可自动流入下一效，无需泵输送；②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；③传热推动力依次减小；④K依次减小；多效蒸发及其流程——逆流加料流程P二次蒸汽123优、缺点：①料液需用泵送入下一效；②传热推动力较为均匀；多效蒸发及其流程——平流加料流程P123优、缺点：①各效独立进料，传热状况均较好；②物料停留时间较短。多效蒸发及其流程——错流加料流程P二次蒸汽123优、缺点：①兼有并、逆流的优点；②操作复杂。多效蒸发及其流程溶液在蒸发器中作循环流动。间壁式蒸发器中央循环管式蒸发器、悬框式蒸发器、列文式蒸发器（外循环蒸发器）一、结构与特点

间壁式蒸发器

直接接触式蒸发器其它蒸发器蒸发设备自然循环式强制循环式1．循环型蒸发器1）中央循环管式蒸发器（自然循环型）其截面积一般为其它加热管总截面积的40～100%料液生蒸汽应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。优点：结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。缺点：1）循环速度较低，管内流<0.5m/s；2）溶液粘度大、沸点高，有效温度差小；3）设备的清洗和维修也不够方便。2）悬框式蒸发器（自然循环型）优点：顶部可取出蒸发器，清洗、检修或更换，热损失较小。缺点：结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。

其截面积一般为其它加热管总截面积的100～150%加热室3）列文式蒸发器（外循环式）优点：沸腾在沸腾室进行，避免了加热管内结晶或污垢的形成。循环速度较高，K较大。

缺点：

液柱静压头使溶液沸点升高，要求加热蒸汽有较高的压力。设备庞大，消耗材料多，需要高大的厂房。加热室沸腾室蒸发室循环管除沫器其截面积约为加热管的总截面积的2～3倍。挡板4）外热式蒸发器利一：降低蒸发器高度，便于清洗和更换；利二：加长加热管，循环管不受热，加速液体循环。蒸发室循环管加热室加热室单独放置循环速度通过泵的流量调节来控制，一般在2.5m/s以上。5）强制循环型升膜式蒸发器-----价廉降膜式蒸发器-----价廉刮板式蒸发器升-降膜式蒸发器

溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，又称液膜蒸发器。

用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。溶液不循环带来好处有：（1）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；（2）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。间壁式蒸发器2、单程型蒸发器1）升膜式蒸发器加热管直径约为25～50mm，管长和管径之比约为100～150分离器优点：停留时间很，适用于热敏性物料的蒸发；溶液上下浓度相差大，有效温差较大。溶液呈膜状流动，K大。缺点：

对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。适用场合：适用于黏度较小的（小于0.05Pa·s）、蒸发量较大、易受热分解的热敏性溶液者；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。2）降膜式蒸发器特点：液膜在管内分布不易均匀，K比升膜式蒸发器的较小。适用场合：浓度较高、粘度较大（0.05～0.45Pa·s）、蒸发量较小、热敏性的物料。不适用易结晶或易结垢的物料。板式降膜蒸发器刮板3）刮板式蒸发器适用于黏度较大（大于1～10Pa·s及以上者）。优点：热阻影响小，K大，停留时间短，适应于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、结垢、含固体、热敏性的物料。缺点：结构复杂，动力消耗大，处理量很小且制造安装要求高。

预热室升膜加热室降膜加热室4）升、降膜式蒸发器料液先由升膜蒸发器上升，后由降膜蒸发器下降。

适用于：蒸发过程中溶液黏度变化很大、蒸发量不大场合。

3、直接接触式蒸发器优点：传热效果很好，热利用率高。结构简单，特别适用于易结晶、结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。缺点：蒸发的料液不允许被烟气所污染时，则该类蒸发器一般不适用。由于有大量烟气的存在，限制了二次蒸气的利用。喷嘴浸在高温液体中，易损坏。

浸没燃烧蒸发器

二、蒸发器附件

液体分布器冷凝器三、蒸发器的选用表5-2常见蒸发器的主要性能蒸发器型式造价传热系数溶液在管内流速m/s停留时间完成液浓度能否恒定浓缩比处理量能否适应物料工艺特性稀溶液高粘度稀溶液高粘度易起泡易结垢热敏性析出结晶标准式最廉良好低0.1~0.5长能良好一般适适适尚适尚适稍适悬筐式较高较好低1~1.5长能良好一般适适适适尚适适外热式廉高高0.4～1.5较长能良好较大适尚适较好尚适尚适稍适列文式高高良好1.5～2.5较长能良好较大适尚适较好尚