项目4蒸发过程及设备的认识05课件

项目4蒸发过程及设备的认识《化工传热应用技术》课程教学团队4.1相关知识：蒸发概述4.2实践操作：认知蒸发设备4.3考核与评价：蒸发过程及设备的认知目录知识目标技能目标素质目标1.了解蒸发的类型、特点及工业应用。2.掌握蒸发操作的基本原理，熟知蒸发操作过程的相关概念。3.了解化工中的蒸发操作及常用蒸发设备的类型及结构。1.能够根据生产任务对蒸发设备进行选用。2.能够根据生产任务对蒸发设备实施基本操作。3.学会外加热式蒸发器的操作技术。4.掌握薄膜蒸发器、刮板蒸发器的操作与维护技术。1.使学生养成理论联系实际的思维方式和独立思考的科学态度，逐步形成理论正确、技术可行、操作安全可靠、经济合理的工程技术观念。2.培养学生具备团结协作精神，知识应用和创新意识，技能与环保的职业素质，安全生产和严格遵守操作规程的职业操守。教学目标4.1相关知识：蒸发概述4.1.1

蒸发在工业上的用途直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶）制取固体产品。浓缩稀溶液例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。制取浓缩液和回收溶剂例如海水蒸发脱盐制取淡水。制取纯净溶剂4.1.2

蒸发原理蒸发装置按照分子运动学说，当液体受热时，靠近加热面的分子不断地获得动能。当一些分子的动能大于液体分子之间的引力时，这些分子便会从液体表面逸出而成为自由分子，此即分子的汽化。因此溶液的蒸发需要不断地向溶液提供热能，以维持分子的连续汽化；另一方面，液面上方的蒸汽必须及时移除，否则蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡，汽化将不能连续进行。4.1.3

蒸发的特点12蒸发过程是使溶剂不断汽化，母液不断浓缩的过程，需要不断供给热能；同时又有溶剂从液态转为气态的相态变化。因此，蒸发是一个传热与传质同时进行的过程。蒸发过程溶液沸点升高物料及工艺特性3泡沫夹带4能量回收4.1.4

蒸发过程分类1溶剂的汽化可分别在低于沸点和沸点时进行，当低于沸点时进行，称为自然蒸发。自然蒸发2若溶剂的汽化在沸点温度下进行，则称为沸腾蒸发。沸腾蒸发按溶剂的汽化温度不同分类4.1.4

蒸发过程分类1若蒸发出来的二次蒸汽被直接冷凝而不再利用，称为单效蒸发。单效蒸发2若将前一个蒸发器的二次蒸汽作为下一个蒸发器的加热蒸汽，将多个蒸发器串联，使加热蒸汽多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。多效蒸发根据二次蒸汽利用情况分类单效蒸发

4.1.4

蒸发过程分类1常压操作的特点是可釆用敞口设备，二次蒸汽可直接排放于大气中，但会造成对环境的污染，适用于临时性或小批量的生产。常压蒸发按蒸发操作压力的不同分类常压低温热泵蒸发设备4.1.4

蒸发过程分类2加压操作则可提高二次蒸汽的温度，从而提高其利用价值，但要求加热蒸汽的压力相对较高。在多效蒸发中，前面几效通常采用加压操作。加压蒸发按蒸发操作压力的不同分类加压蒸发4.1.4

蒸发过程分类3优点：1）溶液沸点降低，在加热蒸汽温度一定的条件下，蒸发器传热的平均温度差增大，于是传热面积减小；2）由于溶液沸点降低，可以利用低压蒸汽或废热蒸汽作为加热蒸汽；3）溶液沸点低，可防止热敏性物料的变性或分解；4）由于温度低，系统的热损失小。减压蒸（真空蒸发）按蒸发操作压力的不同分类4.1.4

蒸发过程分类根据蒸发的过程模式分类间歇蒸发连续蒸发间歇蒸发系指分批进料或出料的蒸发操作。特点是：在整个过程中，蒸发器内溶液的浓度和沸点随时间改变，故间歇蒸发为非稳态操作。连续蒸发是指连续进料、完成液连续排出的操作。特点是：在整个过程中，蒸发器内溶液的浓度和沸点不随时间而改变，故连续蒸发为稳态操作。4.2实践操作：认知蒸发设备4.2.1

自然循环型蒸发器1藉助在加热室不同位置上溶液的受热程度不同，使溶液产生密度差而引起的自然循环。自然循环2依靠外加动力使溶液进行强制循环。强制循环4.2.1

自然循环型蒸发器中央循环管式蒸发器为最常见的蒸发器，其结构如图所示，它主要由加热室、蒸发室、中央循环管和除沫器组成。（1）结构1．中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器1-外壳；2-加热室；3-中央循环管；

4.2.1

自然循环型蒸发器蒸发室的上部为分离室，也称蒸发室。加热室内沸腾溶液所产生的蒸汽带有大量的液沫，到了蒸发室的较大空间内，液沫相互碰撞结成较大颗粒的液滴而落回到加热室的列管内，这样，二次蒸汽和液沫分开，蒸汽从蒸发器顶部排出；经浓缩后的溶液则从下部排出。（2）工作原理1．中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器1-外壳；2-加热室；3-中央循环管；

4.2.1

自然循环型蒸发器优点：结构简单紧凑制造方便操作可靠投资费用少应用广泛缺点：清理和检修麻烦溶液循环速度较低（3）特点1．中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器1-外壳；2-加热室；3-中央循环管；

4.2.1

自然循环型蒸发器悬筐式蒸发器的结构如图所示，它是中央循环管蒸发器的改进。其加热室像个悬筐悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出，便于清洗与更换。加热介质由中央蒸汽管进入加热室，而在加热室外壁与蒸发器壳体的内壁之间有环隙通道，其作用类似于中央循环管。操作时，溶液沿环隙下降而沿加热管上升，形成自然循环。（1）结构2．悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器1-加热室；2-分离室；3-除沫器；4-环形循环通道4.2.1

自然循环型蒸发器加热蒸汽总管由壳体上部进入加热室管间，管内为溶液。溶液在加热管内上升，由环形通道下降，形成自然循环，因加热室内的溶液温度较环形循环通道中的溶液温度高得多，故其循环速度较中央循环管式蒸发器要高，一般为1〜l.5m/s。（2）工作原理2．悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器1-加热室；2-分离室；3-除沫器；4-环形循环通道4.2.1

自然循环型蒸发器优点：

传热系数较大

热损失较小

清洗和检修方便缺点：

结构复杂

单位传热面金属消耗量大（3）特点2．悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器1-加热室；2-分离室；3-除沫器；4-环形循环通道4.2.1

自然循环型蒸发器外热式蒸发器的结构示如图所示。特点：

加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度。因其加热管较长，同时由于循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大，可达1.5m/s，有利于提高传热系数；还可以设两个加热室轮换使用。缺点：

单位传热面积的金属耗量大

热损失较大3．外热式蒸发器外热式蒸发器1-加热室；2-分离室；3-循环管4.2.1

自然循环型蒸发器4．列文蒸发器列文蒸发器1-加热室；2-加热管；3-循环管；4-蒸发室；5-除沫器；6-挡板；7-沸腾室列文蒸发器的结构如图所示。它是自然循环蒸发器中比较先进的一种形式，主要部件为加热室、沸腾室、循环管和蒸发室。（1）结构4.2.1

自然循环型蒸发器4．列文蒸发器列文蒸发器1-加热室；2-加热管；3-循环管；4-蒸发室；5-除沫器；6-挡板；7-沸腾室循环管截面积比一般自然循环蒸发器的截面积要大，通常为加热管总截面积的2〜3.5倍，使得溶液循环时阻力减小；且加热管和循环管都相当长，通常可达7〜8m，增加了溶液循环的推动力，循环速度可达2〜3m/s，传热效果好，由于溶液在加热管中不沸腾，可以避免在加热管中析出晶体，故适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。缺点：设备庞大，金属消耗量大，需要高大的厂房；同时，为了保证较高的溶液循环速度，要求有较大的温度差，因而要使用压力较高的加热蒸汽。（2）特点4.2.2

强制循环发生器强制循环发生器1-加热室；2-循环泵；3-循环管；4-蒸发室；5-除沫器为提高循环速度，在循环管下部设置一个循环泵，通过外加机械能迫使溶液以较高的速度（1.5〜5.0m/s）沿一定方向循环流动。循环速度的大小可通过调节循环泵的流量来控制。（1）结构4.2.2

强制循环发生器强制循环发生器1-加热室；2-循环泵；3-循环管；4-蒸发室；5-除沫器溶液由泵自下而上地送入加热室内，在流动过程中因受热而沸腾，沸腾的汽液混合物以较高的速度进入蒸发室内，室内的除沫器（挡板）促使其进行汽液分离，蒸汽自上部排出，液体沿循环管下降被泵再次送入加热室而循环。（2）工作原理4.2.2

强制循环发生器强制循环发生器1-加热室；2-循环泵；3-循环管；4-蒸发室；5-除沫器优点：传热系数较自然循环蒸发器大得多，因此传热速率和生产能力较高。在相同的生产任务下，蒸发器的传热面积比较小，适于处理黏度大、易析出结晶和结垢的溶液。缺点：需要消耗动力和增加循环泵，每平方米加热面积大约需要0.4〜0.8kW的动力消耗。（3）特点4.2.3

单程型蒸发器1．升膜蒸发器升膜蒸发器1-蒸发室；2-分离室升膜式蒸发器的结构如图所示，其加热室由一根或数根垂直长管组成，通常加热管直径为25～50mm，管长与管径之比为100～150。原料液经预热后由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。适用于蒸发量较大（即稀溶液）、热敏性及易起泡沫的溶液，但不适于高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液。4.2.3

单程型蒸发器2．降膜式蒸发器降膜蒸发器1-蒸发室；2-分离室；3-液体分离器降膜式蒸发器如图所示，原料液由加热室顶端加入，经分布器分布后，沿管壁成膜状向下流动，气液混合物由加热管底部排出进入分离室，完成液由分离室底部排出。设计和操作这种蒸发器的要点是：尽力使料液在加热管内壁形成均匀液膜，并且不能让二次蒸汽由管上端窜出。4.2.3

单程型蒸发器2．降膜式蒸发器降膜蒸发器布膜器的形式1-加热管；2-导流管；3-旋液分布器图（a）是用一根有螺旋型沟槽的导流柱，使流体均匀分布到内管壁上；图（b）是利用导流杆均匀分布液体，导流杆下部设计成圆锥型，且底部向内凹，以免使锥体斜面下流的液体再向中央聚集；图（c）是使液体通过齿缝分布到加热器内壁成膜状下流。4.2.3

单程型蒸发器3．刮板薄膜蒸发器刮板式薄膜蒸发器这种蒸发器是利用旋转刮片的刮带作用，使液体分布在加热管壁上。优点：对物料的适应性很强，例如对于高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都能适用。刮板薄膜蒸发器的结构如图所示。它的壳体外部装有加热蒸汽夹套，其内部装有可旋转的搅拌刮片，旋转刮片有固定的和活动的两种。缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小。4.2.4

直接接触传热的蒸发器直接接触传热的蒸发器1-外壳；2-燃烧室；3-点火口；4-测温管结构如图所示。它是将燃料（通常是煤气或重油）与空气混合后燃烧产生的高温烟气直接喷入被蒸发的溶液中，高温烟气与溶液直接接触，使得溶液迅速沸腾汽化。蒸发出的水分与烟气一起由蒸发器的顶部直接排出。4.2.5

板式蒸发器板式降膜蒸发器结构示意图特点12传热效率高结构紧凑、体积小3质量轻、传热板薄、耗用金属量少4加热物料在加热器中停留时间短、内部死角少5操作灵活、设备余量大6可使用较低温度热源、回收低温热源中的热量4.2.6

蒸发器的选用列举产常见蒸发器的主要性能（供选型时参考）（表格后期再换）12溶液的粘度物料的热稳定性3有晶体析出的溶液4易发泡的溶液5腐蚀性的溶液6易结垢的溶液蒸发器的选用原则4.2.7

蒸发辅助设备除沫器的主要形式除沫器4.2.7

蒸发辅助设备逆流高位冷凝器冷凝器顶部用冷却水喷淋，使之与二次蒸汽直接接触将其冷凝。这种冷凝器一般均在负压下操作，为将混合冷凝后的水排出，冷凝器的安装必须足够高，冷凝器底部所连接的长管称为大气腿。4.2.7

蒸发辅助设备热动力式疏水器疏水器目前常用的一种热动力式疏水器。温度较低的冷凝水在加热蒸汽压强的推动下流入图中的通道1，将阀片顶开，由排水孔2流出。当冷凝液趋于排尽，排出液夹带的蒸气较多，温度升高，促使阀片上方的背压升高。同时，蒸汽加速流过阀片与底座之间的环隙造成减压，阀片由于自重及上、下压差的作用而自动落下，切断进出口之间的通道。经某短时间后，因为疏水器向周围环境散热，阀片上方背压室内的蒸汽部分冷凝，背压下降，阀片重新开启，实现周期性地排水。当蒸发器采用减压操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真空装置，将冷凝液中的不凝性气体抽出，从而维持蒸发器所需的真空度。常用的真空装置有喷射泵、往复式真空泵及水环式真空泵等。4.2.7

蒸发辅助设备真空装置4.3考核与评价：蒸发过程及设备的认识评价内容自我评价互相评价教师评价安全意识（30分）《化工安全技术》理论知识（30分）《化工传热技术》操作技能（