蒸发设备图例（PPT110页)

蒸发设备图例蒸发浓缩所用设备,工艺流程和工艺计算蒸发概念蒸发：溶液的浓缩。将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾使溶剂气化，并将形成的蒸汽不断移除，从而提高溶液浓度的工艺过程。蒸发器：实现蒸发操作的设备。有直接加热式和间接加热式，后者常用。间接加热蒸发器组成包括：加热室和分离室两部分。加热室：完成对溶液的加热并使溶剂部分气化。分离室：将二次蒸汽中夹带的液滴沉降分离。蒸发基本概念1加热蒸汽：蒸发器的热源蒸汽，由蒸汽锅炉产生。也称新鲜蒸汽。二次蒸汽：溶剂气化而形成的蒸汽。该部分蒸汽必须不断地被移除出蒸发器，以避免在蒸发器内形成气液平衡，导致蒸发操作无法继续进行。所采用的移除方法是：冷凝。蒸发基本概念2根据蒸发流程中，二次蒸汽冷凝时释放的热量是否再应用于蒸发流程，蒸发工艺分为：单效蒸发：二次蒸汽直接用冷凝器冷凝，其热量不再应用于蒸发操作。多效蒸发：多台（也称效）蒸发器串联操作，前一台蒸发器的二次蒸汽被送入下一台蒸发器的加热室，以作为下一台蒸发器的热源。该法更节能、经济。单效蒸发流程说明上图为单效蒸发流程。过程：加热蒸汽被送入蒸发器加热室的管间，溶液在管内流过，由加热管壁面传热而使溶液沸腾，浓缩液连续不断从蒸发器底部排出。二次蒸汽由真空管吸入冷凝器冷凝，其中夹带的不凝性气体经分离器、真空泵而排出。蒸发基本概念3蒸发操作可在加压、常压或减压下进行，最常用的是减压蒸发。减压蒸发：操作压强低于大气压下的蒸发操作。也称减压浓缩、真空蒸发、真空浓缩。效果：溶液沸点低，适用于热敏性物料的浓缩，可用低温热源（即低压蒸汽或废蒸汽）；采用高温热源则可提高传热温度差。但溶液粘度大，传热效果变差，且需增设真空泵。蒸发与一般传热的区别虽然也为传热过程，但蒸发有别于一般传热，表现为四点：蒸发与一般传热的区别；溶液浓度的升高,将导致其物理性质变化—腐蚀性增强,粘度增大,易结晶结垢,有时产生泡沫,有些溶液有热敏性；相对于纯溶剂，溶液中含有不挥发性的溶质，其蒸汽压要更低，在一定操作压强下，沸点比纯溶液要更高。节能：蒸发过程要消耗大量热能，但也产生温度较高的二次蒸汽和冷凝水，合理回收二者能量有助于节能。蒸发设备类型和基本结构蒸发器的两个基本组成部分:⑴加热室—使溶液受热,达到沸腾状态.⑵分离室—二次蒸汽脱离液面后,使其内夹带的液滴被分离(用重力沉降).根据溶液的循环情况,蒸发设备分:⑴循环型蒸发器（也称非膜式）—溶液在加热室内循环流动(自然循环或强制循环).⑵单程型蒸发器（也称膜式）—溶液只流经加热室一次.中央循环管式蒸发器1加热室设置中央粗管和周围细管目的—使溶液在两种管内因受热程度(最终为汽化分率)出现差异,密度出现差异,形成溶液内部的自然循环流动。中央循环管式蒸发器2任取一根管子考察单位体积溶液所具有的传热面积S和溶液体积量V、管子内径d的关系。LdV24dLSdVS4标准（中央循环管型）蒸发器3中央循环管受热差，汽化率低，溶液密度大，故溶液下降。周边细管受热好，汽化率高，溶液密度小，故溶液上升。中央循环管面积为加热管总截面积的40%~100%，由此形成循环，速度为0.4~0.5m／s。蒸发器加热室不易清洗。适用于处理结垢不严重，腐蚀性较小的溶液。悬筐式对中央循环管型的改进，环隙截面积是沸腾管的100%~150%，溶液循环速度为1~1.5m／s。易清洗。适用于：蒸发时有少量晶体析出的溶液。外热式加热管较长，循环管内的溶液未受蒸汽加热，其密度较加热管的大。循环速度为1.5m／s。适用于有少量晶体析出的溶液蒸发。列文式蒸发器1结构特点：在加热室的上部设置了一段2~3m长的空白圆筒，由此附加液柱高度而形成的相对高压，使加热管内的溶液虽然受热程度较高（温度较高），但并不沸腾，溶液只有上升到空白圆筒段后，才达到沸腾状态，可避免易结晶溶液的晶体在加热管表面析出而结垢。适用：易结晶溶液的浓缩。列文式蒸发器2缺点：空白圆筒段设置增加了加热、沸腾段的总体高度，也使循环管高度达到了7~8m，虽使溶液的循环速度增至2-3m/s，但厂房需有足够的高度，且设备庞大，耗材多，造价高。强制循环型利用外加动力（泵）形成溶液循环流动，循环速度为2~5m／s。适用于：易结晶、易结垢或粘度大的溶液。但动力消耗较大。通常为0.4~0.8kW／m2。球形浓缩罐(补充)球形浓缩罐说明制药﹑食品﹑化工行业进行间歇蒸发操作，广泛使用球形浓缩罐。不再采用加热管式加热，而应用夹套加热。分离器在于将二次蒸汽所夹带液滴经分离后，返回罐内，避免物料损失。受液灌回收有机溶媒。采用真空操作，浓缩时间短。单程型(膜式)蒸发器原理：采用传热效果最佳的薄膜流动传热,溶液流经加热管只一次,且时间极短（一般为几秒到十几秒），即达到浓缩要求，故特别适合于热敏性物料的浓缩。常用类型：升膜、降膜、升-降膜、刮板薄膜式、离心薄膜式。升膜蒸发器原料预热至达到或接近沸点，在加热室内膜状流动（传热效果最好）。预热原因：使溶液一到达加热管即能产生大量蒸汽，对溶液上升形成抽吸作用。适用于：蒸发量大的稀或粘度低的溶液，有热敏性或易生泡的溶液；但：粘度高，有晶体析出或结垢情况不适。降膜蒸发器适用于：粘度较大、但不是非常大的热敏性物料；易结晶，结垢溶液不宜。通过降膜分布器（三种常用）产生膜状流动。升-降膜蒸发器同一加热室内一分为二——先升后降，原料需预热。适用于：粘度随浓度改变而变化较大的溶液或厂房高度受限场合。刮板薄膜蒸发器原理：利用外在装置（刮板），外在动力布膜。适用于：粘度特高，易结晶，结垢的热敏性物料。但传热量小，处理量小，需额外耗能。离心式薄膜蒸发器1过程——转鼓内设置多层由上、下碟片所构成的空心夹层，夹套内通入加热蒸汽，原料液由送料管经分配装置而喷洒到每一夹套的上表面，夹套随转鼓旋转，离心作用使得料液分布成0.1mm的薄层液膜，得以快速蒸发，夹层内加热蒸汽释放潜热后冷凝水汇集到排出管，而浓缩液由离心作用进入收集槽经浓缩液排出，二次蒸汽汇集到外壳处的排气管排出。离心式薄膜蒸发器2特点：传热系数大、浓缩比高、受热时间短、不易起泡和结垢。兼具离心分离和薄膜浓缩的双重特点。蒸发器的附属设备除沫器：将二次蒸汽夹带的液沫继续除尽；安装于蒸发器顶部或二次蒸汽管道。冷凝器：将二次蒸汽冷凝而成为冷凝水。可以为直接冷凝器，也可以为间接冷凝器；疏水阀。疏水阀（疏水器）1作用：阻汽排液（在蒸发操作中，阻止加热蒸汽排出，而只排送冷凝水）。类型：机械式——依靠蒸汽疏水阀内凝结水液位高度的变化而动作。有：浮子式、浮球式。热静力型——依靠液体温度的变化而动作。有：双金属片式、蒸汽压力式；疏水阀（疏水器）类型2热动力型——依靠液体的热动力学性质(指流速和压强）的变化而动作。如：圆盘式、脉冲式。圆盘式：由于在相同的压力下，液体与气体的流速不同，产生不同的动、静压力，驱使圆盘阀片动作。蒸发器选用考虑因素（依溶液性质）粘度：首选考虑。热敏性：膜式适用。结晶：外热式、强制型、刮板薄膜式、列文型。易发泡：外热式、强制型、升膜式。有腐蚀性：材质考虑。易结垢：循环速度高或易清洗。溶液处理量：刮板薄膜式传热面积10m2以下。若需20m2以上，则选用多效。溶液的沸点升高及来源沸点升高—指溶液和纯溶剂在相同操作压强下的沸点差值。与纯溶剂相比,在相同的操作压强下,溶液的沸点将更高，又称温度差损失。将使传热平均温度差下降。来源于三个方面:溶液的蒸汽压下降;加热室液柱静压强；蒸汽流动阻力。溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高值1蒸汽压下降：溶液中存在着不具挥发性的溶质，与纯溶剂相比，溶液的挥发性降低，在相同操作压强下，溶液沸点比纯溶剂沸点要升高。估算方法：校正系数法：用公式估算。——操作压强下的沸点升高值；——常压下的沸点升高值；f溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高值2f——温度校正系数。——操作压强下二次蒸汽的温度，℃；——操作压强下二次蒸汽的气化潜热，kj/kg。rTf2)273(0162.0Tr溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高值2估算方法之二：杜林直线法。与某种标准溶液沸点相比，溶液的沸点与该标准溶液沸点呈直线关系。所以，已知两者在两个操作压强下的各自沸点值，可作出一条直线，以直线为准，当知道标准溶液的特定操作压强下沸点值时，可以查出同一压强时的溶液沸点。一般以水为标准溶液。如下图。温度差损失例题1对20%NaOH水溶液，求下面各项。1.查图求101.33kPa压强下该溶液的沸点。2.分别利用系数校正法和杜林直线法求50kPa压强下因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失。（50kPa下，水的沸点为81.2℃，气化潜热为2304.5kj/kg）。液柱附加压强而产生的沸点升高1在循环型蒸发器中，加热室内液层有一定的高度，此附加液柱导致液层内的液体操作压强比液面处操作压强高，因此，液层内的沸点比液面处沸点高，此高出的沸点值即为。但该部分沸点升高值一般以液层中间位置的沸点值求出。且溶液中溶剂一般以水来论。液柱附加压强而产生的沸点升高2计算式：上两式：——液层中部压强下水的沸点；——液面处的水的沸点，即二次蒸汽温度。Ttpm2glppompmtT温度差损失例题2在中央循环管式蒸发器内，蒸发25%CaCl2水溶液，已测得二次蒸汽的绝对压强为40kPa。加热管内液层深度为2.3m，溶液平均密度为1200kg/m3。试求因溶液液柱静压强引起的温度差损失△’’，同时求算出溶液的沸点。二次蒸汽流动阻力而引起的温度差损失二次蒸汽在流入到冷凝器的管道内流动，由于有流动阻力，使蒸汽压强降低，从而使蒸汽温度降低，此温度降低值部分为。一般依经验值估算，效间流动取为=1℃，末效到冷凝器取：=1.5℃。总温度差损失综上，从冷凝器到蒸发器液层中部，总温度差损失为：温度差损失例题3在单效蒸发器中将某种水溶液从10%浓缩到30%。加热蒸汽为105℃的饱和蒸汽，冷凝器内温度为59℃。液层深度为2m，溶液平均密度为1080kg/m3。已知常压下溶液因蒸汽压下降而引起的温度差损失为4℃。试求：⑴总温度差损失；⑵有效温度差；⑶溶液沸点。单效蒸发工艺计算1计算已知条件:加热蒸汽的温度T(或压强P)；原料液的流量F、进料温度和浓度；浓缩液的出料温度和浓度。蒸发器的操作压强。0t0x1t1xP单效蒸发工艺计算2工艺计算项:水分蒸发量W—据物料衡算;加热蒸汽消耗量D—据热量衡算;蒸发器的传热面积S—据换热器传热速率.水分蒸发量W计算在蒸发器中，对溶质做物料衡算，得：单位：kg/h。)1(10xxFW加热蒸汽消耗量D计算1对蒸发器做能量衡算，有：即：LwQDhhWFHWDHFh10)(rQhhFhHWDhHQhhFhHWDLwL)()()()(011011加热蒸汽消耗量D计算2上式中，原料液的焓和完成液的焓的获得，分两种情况：溶液浓缩热不可以忽略时：有些溶液在稀释时释放过多的稀释热，所以在被浓缩时，将额外吸收较多的浓缩热，此部分热量不可忽略。所以此时热量需要用专门的焓-浓图得到。（如下页）1h0h加热蒸汽消耗量D计算3浓缩热可以忽略时，溶液的焓将只是其温度和浓度的函数值，即：00000)0(tCtChpp11111)0(tCtChppTChpww加热蒸汽消耗量D计算4将以上关系代入前述公式，并做适当简化，得：上式表明：蒸发热量被用于水分气化、加热原料到沸点、热损失。rQttFCrWDLp)(010单位蒸汽耗量e定义：每获得1kg的二次蒸汽所消耗的加热蒸汽质量。为蒸发操作的技术指标，显然，该数值越小，相同生产任务下，耗能越少，经济程度越高。最小的e值为：原料液预热到沸点、且无热损失，此时，基本为1。W