化工原理 蒸發(fā)

1、 第一節(jié)概第一節(jié)概 述述 將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸 汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為 蒸發(fā)蒸發(fā)。 定義：定義： 蒸發(fā)操作的目的：蒸發(fā)操作的目的： 獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品。獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品。 脫除溶劑。此過程常伴隨有結(jié)晶過程脫除溶劑。此過程常伴隨有結(jié)晶過程 去除雜質(zhì)。去除雜質(zhì)。 一、基本概念一、基本概念 利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特 性使兩者實現(xiàn)分離。性使兩者實現(xiàn)分離。 二、蒸發(fā)流程二、蒸發(fā)流程 稀溶液（料液）經(jīng)過預(yù)熱加

2、稀溶液（料液）經(jīng)過預(yù)熱加 入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器的下部是由許入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器的下部是由許 多加熱管組成的加熱室，在管外多加熱管組成的加熱室，在管外 用加熱蒸汽加熱管內(nèi)的溶液，并用加熱蒸汽加熱管內(nèi)的溶液，并 使之沸騰汽化，經(jīng)溶縮后的完成使之沸騰汽化，經(jīng)溶縮后的完成 液從蒸發(fā)器底部排出。蒸發(fā)器的液從蒸發(fā)器底部排出。蒸發(fā)器的 上部為蒸發(fā)室，汽化所產(chǎn)生的蒸上部為蒸發(fā)室，汽化所產(chǎn)生的蒸 汽在蒸發(fā)室及其頂部的除沫器中汽在蒸發(fā)室及其頂部的除沫器中 將其中夾帶的液沫易于分離，然將其中夾帶的液沫易于分離，然 后送往冷凝器被冷凝而除去。后送往冷凝器被冷凝而除去。 加熱溶液使溶劑汽化加熱溶液使溶劑汽化蒸發(fā)器蒸發(fā)器 不斷除

3、去氣化的蒸發(fā)溶劑不斷除去氣化的蒸發(fā)溶劑冷凝器冷凝器 通常采用冷凝的方式將二次蒸汽排除。通常采用冷凝的方式將二次蒸汽排除。 水蒸氣水蒸氣熱源熱源 水蒸氣水蒸氣 蒸發(fā)時蒸發(fā)時蒸汽蒸汽 加熱蒸汽加熱蒸汽 二次蒸汽二次蒸汽 蒸發(fā)流程的兩個必要的組成部分：蒸發(fā)流程的兩個必要的組成部分： 二次蒸汽二次蒸汽 溶劑溶劑S 溶質(zhì)溶質(zhì)A（不揮發(fā)）（不揮發(fā)） 溶劑溶劑S 加熱加熱 第二節(jié)第二節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備 輔助設(shè)備輔助設(shè)備 蒸發(fā)器蒸發(fā)器 加熱室加熱室 分離室分離室 除沫器（汽液分離器）除沫器（汽液分離器） 冷凝器冷凝器 真空裝置真空裝置 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備 用來進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是用來進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器

4、蒸發(fā)器和和冷凝器冷凝器 z蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去， 由加熱室和分離室兩部分組成。由加熱室和分離室兩部分組成。 冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。 按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況，分為兩大類：按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況，分為兩大類：循循 環(huán)型環(huán)型和和單程型單程型(不循環(huán)不循環(huán))。 一、一、 蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間長，溶特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)

5、停留時間長，溶 液濃度接近于完成液濃度。液濃度接近于完成液濃度。 （一）循環(huán)型蒸發(fā)器（一）循環(huán)型蒸發(fā)器 由于引起循環(huán)運(yùn)動的原因不同，分為由于引起循環(huán)運(yùn)動的原因不同，分為自然循環(huán)型自然循環(huán)型和和強(qiáng)制循環(huán)型強(qiáng)制循環(huán)型兩類。兩類。 自然循環(huán)型自然循環(huán)型： 強(qiáng)制循環(huán)型強(qiáng)制循環(huán)型：依靠外力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運(yùn)動依靠外力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運(yùn)動 。 由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。 .中央循環(huán)管式中央循環(huán)管式(標(biāo)準(zhǔn)式標(biāo)準(zhǔn)式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器 n加熱蒸汽：加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)隙內(nèi)加熱室管束環(huán)隙內(nèi) n溶液：溶液：加熱室管束及中央循環(huán)管內(nèi)，加熱室管束及中央循環(huán)管內(nèi)

6、， 受熱時，由于中央循環(huán)管單位體積受熱時，由于中央循環(huán)管單位體積 溶液受熱面小，使得溶液形成由中溶液受熱面小，使得溶液形成由中 央循環(huán)管下降，而由其余加熱管上央循環(huán)管下降，而由其余加熱管上 升的循環(huán)流動。升的循環(huán)流動。 中央循環(huán)管中央循環(huán)管 料液料液 加熱蒸汽加熱蒸汽 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：溶液循環(huán)好；傳熱效率高；結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠溶液循環(huán)好；傳熱效率高；結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：循環(huán)速度低；溶液粘度大、沸點(diǎn)高；不易清洗循環(huán)速度低；溶液粘度大、沸點(diǎn)高；不易清洗 適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性小的溶液適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性小的溶液 2.懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器 n加熱室像個筐，懸

7、掛在蒸發(fā)器殼體的下加熱室像個筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下 部，可由頂部取出。加熱蒸汽由殼體上部部，可由頂部取出。加熱蒸汽由殼體上部 進(jìn)入加熱室，在管間放熱加熱管內(nèi)溶液使進(jìn)入加熱室，在管間放熱加熱管內(nèi)溶液使 其上升，而沿懸筐外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間環(huán)其上升，而沿懸筐外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間環(huán) 隙通道向下循環(huán)流動。隙通道向下循環(huán)流動。 n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 溶液循環(huán)速度高，改善了管內(nèi)結(jié)溶液循環(huán)速度高，改善了管內(nèi)結(jié) 構(gòu)情況構(gòu)情況 傳熱速率較高傳熱速率較高 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 設(shè)備費(fèi)高設(shè)備費(fèi)高 占地面積大占地面積大 加熱管內(nèi)溶液滯留量大加熱管內(nèi)溶液滯留量大 n適于適于處理易結(jié)垢，有晶體析出的溶液處理易結(jié)垢，有晶體析出的溶液 3

8、 .外熱式蒸發(fā)器外熱式蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 降低了整個蒸發(fā)器的高度，便于降低了整個蒸發(fā)器的高度，便于 清洗和更換；清洗和更換； 循環(huán)速度較高，使得對流傳熱系循環(huán)速度較高，使得對流傳熱系 數(shù)提高；數(shù)提高； 結(jié)垢程度小。結(jié)垢程度小。 這種蒸發(fā)器將加熱室與分離室分這種蒸發(fā)器將加熱室與分離室分 開，采用較長的加熱管。開，采用較長的加熱管。 適于處理易結(jié)垢、有晶體析出、處理量大的溶液適于處理易結(jié)垢、有晶體析出、處理量大的溶液 4.列文蒸發(fā)器列文蒸發(fā)器 n特點(diǎn)特點(diǎn)是在加熱室上部設(shè)置沸騰室，加熱室是在加熱室上部設(shè)置沸騰室，加熱室 中的溶液因受到附加液柱的作用，必須上中的溶液因受到附加液柱的作用，必須上 升到

9、沸騰室才開始沸騰，這樣避免了溶液升到沸騰室才開始沸騰，這樣避免了溶液 在加熱管中結(jié)垢或析出晶體。在加熱管中結(jié)垢或析出晶體。 n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： q流動阻力小流動阻力小 q循環(huán)速度高循環(huán)速度高 q傳熱效果好傳熱效果好 q加熱管內(nèi)不易堵塞加熱管內(nèi)不易堵塞 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： q設(shè)備費(fèi)高設(shè)備費(fèi)高 q廠房高，耗用金屬多廠房高，耗用金屬多 n適于適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液 5.強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器 n在加熱室設(shè)置循環(huán)泵，使溶液沿加熱室方在加熱室設(shè)置循環(huán)泵，使溶液沿加熱室方 向以較高的速度循環(huán)流動。向以較高的速度循環(huán)流動。 n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 循環(huán)速度高循環(huán)速度高 晶體不

10、易粘結(jié)在加熱管壁晶體不易粘結(jié)在加熱管壁 對流傳熱系數(shù)高對流傳熱系數(shù)高 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 動力消耗大動力消耗大 對泵的密封要求高對泵的密封要求高 加熱面積小加熱面積小 n適于適于處理粘度大，易結(jié)垢、有晶體析出的處理粘度大，易結(jié)垢、有晶體析出的 溶液。溶液。 （二）單程型（二）單程型(膜式膜式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器 溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短，因而特別適用于熱敏性物料溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短，因而特別適用于熱敏性物料 的蒸發(fā)；的蒸發(fā)； 整個溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，整個溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度， 因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大

11、。 溶液在蒸發(fā)器中只通過加熱室一次，不作循環(huán)流動。溶液通溶液在蒸發(fā)器中只通過加熱室一次，不作循環(huán)流動。溶液通 過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習(xí)慣上又稱為液膜式蒸過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習(xí)慣上又稱為液膜式蒸 發(fā)器。發(fā)器。 用于熱敏性、高粘性、易結(jié)垢產(chǎn)品的濃縮、蒸餾或提純。用于熱敏性、高粘性、易結(jié)垢產(chǎn)品的濃縮、蒸餾或提純。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 適于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液，熱適于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液，熱 敏性和易生泡沫的溶液；敏性和易生泡沫的溶液； 不適于濃度高、粘度大、有晶體析不適于濃度高、粘度大、有晶體析 出溶液的蒸發(fā)。出溶液的蒸發(fā)。 1. 升膜蒸發(fā)器升膜蒸發(fā)器 原理：原理：溶液預(yù)熱到

12、接近沸點(diǎn)時由蒸發(fā)器溶液預(yù)熱到接近沸點(diǎn)時由蒸發(fā)器 底部送入，進(jìn)入加熱管時立即受熱沸騰底部送入，進(jìn)入加熱管時立即受熱沸騰 汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽帶動汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽帶動 下，沿管壁邊呈膜狀向上流動邊蒸發(fā)。下，沿管壁邊呈膜狀向上流動邊蒸發(fā)。 到達(dá)分離室后，完成液與二次蒸汽分離到達(dá)分離室后，完成液與二次蒸汽分離 后由分離室底部排出。后由分離室底部排出。 2 . 2 . 降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器 溶液預(yù)熱后由加熱室頂部溶液預(yù)熱后由加熱室頂部 加入，經(jīng)管端的液體分布器均加入，經(jīng)管端的液體分布器均 勻分配在各加熱管內(nèi)，在重力勻分配在各加熱管內(nèi)，在重力 作用下沿管內(nèi)壁呈膜狀向下流作用下沿管內(nèi)

13、壁呈膜狀向下流 動，并進(jìn)行蒸發(fā)。汽液混合物動，并進(jìn)行蒸發(fā)。汽液混合物 從管下端流出，在分離器內(nèi)進(jìn)從管下端流出，在分離器內(nèi)進(jìn) 行汽液分離后完成液由分離室行汽液分離后完成液由分離室 底部排出。底部排出。 z適于適于處理：濃度高、粘度較大處理：濃度高、粘度較大（0.050.45 Pas）的溶液。的溶液。 z不適于不適于處理：易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。處理：易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。 這類蒸發(fā)器操作的這類蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵關(guān)鍵是設(shè)置良好的液體分布器，以保證溶液均是設(shè)置良好的液體分布器，以保證溶液均 勻成膜和防止二次蒸汽從加熱管頂部穿出。勻成膜和防止二次蒸汽從加熱管頂部穿出。 3 . 升降膜式蒸發(fā)器升降膜式蒸發(fā)器 n

14、蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束組蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束組 合而成，蒸發(fā)器的底部封頭內(nèi)有合而成，蒸發(fā)器的底部封頭內(nèi)有 一隔板，將加熱管束分成兩部分。一隔板，將加熱管束分成兩部分。 溶液由升膜管束底部進(jìn)入，流向溶液由升膜管束底部進(jìn)入，流向 頂部，然后從降膜管束流下，進(jìn)頂部，然后從降膜管束流下，進(jìn) 入分離室，得到完成液。入分離室，得到完成液。 n適于適于處理濃縮過程中粘度變化大處理濃縮過程中粘度變化大 的溶液、廠房有限制的場合的溶液、廠房有限制的場合 預(yù)熱室預(yù)熱室 升膜加升膜加 熱室熱室 降膜加降膜加 熱室熱室 4.刮板薄膜式蒸發(fā)器刮板薄膜式蒸發(fā)器 n溶液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入，在重力和溶液由蒸

15、發(fā)器上部沿切線方向加入，在重力和 旋轉(zhuǎn)刮板帶動下，在加熱管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)下降旋轉(zhuǎn)刮板帶動下，在加熱管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)下降 的液膜，在下降過程中通過接收加熱管外加熱蒸的液膜，在下降過程中通過接收加熱管外加熱蒸 汽夾套中蒸汽冷凝熱量而被不斷蒸發(fā)，底部得到汽夾套中蒸汽冷凝熱量而被不斷蒸發(fā)，底部得到 完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分離器后進(jìn)入冷完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分離器后進(jìn)入冷 凝器。凝器。 z缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，傳熱面積小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，傳熱面積小， 處理能力低。處理能力低。 z適于適于處理易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度的溶液處理易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度的溶液 z它是在加熱管內(nèi)部安裝

16、一可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮板它是在加熱管內(nèi)部安裝一可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮板 ，刮板端部與加熱管內(nèi)壁間隙固定在，刮板端部與加熱管內(nèi)壁間隙固定在0.750.75 1.5mm1.5mm之間，依靠刮板的作用使溶液成膜狀分之間，依靠刮板的作用使溶液成膜狀分 布在加熱管內(nèi)壁面上。布在加熱管內(nèi)壁面上。 （三）（三） 蒸發(fā)器的選型蒸發(fā)器的選型 選型時，一般考慮以下原則：選型時，一般考慮以下原則： z溶液的粘度溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度變化的情況，是選型時很重：蒸發(fā)過程中，溶液粘度變化的情況，是選型時很重 要的因素。要的因素。 z高粘度的溶液應(yīng)選用對其適應(yīng)性好的蒸發(fā)器，如強(qiáng)制循環(huán)型、降高粘度的溶液應(yīng)選用對其適應(yīng)性好的蒸發(fā)器

17、，如強(qiáng)制循環(huán)型、降 膜式、刮板攪拌薄膜式等；膜式、刮板攪拌薄膜式等； z溶液的熱穩(wěn)定性溶液的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差的物料，應(yīng)選用滯料量少，停留時：熱穩(wěn)定性差的物料，應(yīng)選用滯料量少，停留時 間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器 z有晶體析出的溶液有晶體析出的溶液：選用溶液流動速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在：選用溶液流動速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在 加熱管內(nèi)停留時間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、加熱管內(nèi)停留時間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 n有腐蝕性的溶液有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質(zhì)制成，或內(nèi)壁襯：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質(zhì)

18、制成，或內(nèi)壁襯 以耐腐蝕材料。若溶液不怕污染，也可采用浸沒燃燒蒸發(fā)器。以耐腐蝕材料。若溶液不怕污染，也可采用浸沒燃燒蒸發(fā)器。 z易發(fā)泡的溶液：易發(fā)泡的溶液：泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應(yīng)泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應(yīng) 選用溶液湍動程度劇烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強(qiáng)選用溶液湍動程度劇烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強(qiáng) 制循環(huán)式、升膜式等；條件允許時，也可將分離室加大。制循環(huán)式、升膜式等；條件允許時，也可將分離室加大。 易結(jié)垢的溶液易結(jié)垢的溶液：蒸發(fā)器使用一段時間后，就會有污垢產(chǎn)生，垢層的：蒸發(fā)器使用一段時間后，就會有污垢產(chǎn)生，垢層的 導(dǎo)熱系數(shù)小，

19、從而使傳熱速率下降。應(yīng)選用便于清洗和溶液循環(huán)速度導(dǎo)熱系數(shù)小，從而使傳熱速率下降。應(yīng)選用便于清洗和溶液循環(huán)速度 大的增大器，如懸筐式、強(qiáng)制循環(huán)式、浸沒燃燒式等。大的增大器，如懸筐式、強(qiáng)制循環(huán)式、浸沒燃燒式等。 z溶液的處理量溶液的處理量：溶液的處理量也是選型時應(yīng)考慮的因素。處理量?。喝芤旱奶幚砹恳彩沁x型時應(yīng)考慮的因素。處理量小 的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處理量大的，選用尺寸適宜的多效蒸的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處理量大的，選用尺寸適宜的多效蒸 發(fā)。發(fā)。 4 . 蒸發(fā)器的改進(jìn)與研究蒸發(fā)器的改進(jìn)與研究 （1 1） 研制開發(fā)新型高效蒸發(fā)器研制開發(fā)新型高效蒸發(fā)器 這方面工作主要從改進(jìn)加熱管表面形狀等

20、思路出發(fā)來提高傳熱效這方面工作主要從改進(jìn)加熱管表面形狀等思路出發(fā)來提高傳熱效 果，例如板式蒸發(fā)器等，它的優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高、液體停留時間短、果，例如板式蒸發(fā)器等，它的優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高、液體停留時間短、 體積小、易于拆卸和清洗，同時加熱面積還可根據(jù)需要而增減。又如體積小、易于拆卸和清洗，同時加熱面積還可根據(jù)需要而增減。又如 表面多孔加熱管，雙面縱槽加熱管，它們可使沸騰溶液側(cè)的傳熱系數(shù)表面多孔加熱管，雙面縱槽加熱管，它們可使沸騰溶液側(cè)的傳熱系數(shù) 顯著提高。顯著提高。 （）（）改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動狀況改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動狀況 這方面的工作主要有：其一是設(shè)法提高蒸發(fā)器循環(huán)速度，其二是這方面的工作主要

21、有：其一是設(shè)法提高蒸發(fā)器循環(huán)速度，其二是 在蒸發(fā)器管內(nèi)裝入多種形式的湍流元件。前者的重要性在于它不僅能在蒸發(fā)器管內(nèi)裝入多種形式的湍流元件。前者的重要性在于它不僅能 提高沸騰傳熱系數(shù)，同時還能降低單程氣化率，從而減輕加熱壁面的提高沸騰傳熱系數(shù)，同時還能降低單程氣化率，從而減輕加熱壁面的 結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。后者的出發(fā)點(diǎn)，則是使液體增加湍動，以提高傳熱系數(shù)。結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。后者的出發(fā)點(diǎn)，則是使液體增加湍動，以提高傳熱系數(shù)。 還有資料報道向蒸發(fā)器管內(nèi)通入適量不凝性氣體，增加湍動，以提高還有資料報道向蒸發(fā)器管內(nèi)通入適量不凝性氣體，增加湍動，以提高 傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)。 （3 3） 改進(jìn)溶液的性質(zhì)改進(jìn)溶液的性質(zhì) 近年來

22、，通過改進(jìn)溶液性質(zhì)來改善蒸發(fā)效果的研究報導(dǎo)也不少。近年來，通過改進(jìn)溶液性質(zhì)來改善蒸發(fā)效果的研究報導(dǎo)也不少。 例如，加入適量表面活性劑，消除或減少泡沫，以提高傳熱系數(shù)；也例如，加入適量表面活性劑，消除或減少泡沫，以提高傳熱系數(shù)；也 有報導(dǎo)，加入適量阻垢劑可以減少結(jié)垢，以提高傳熱效率和生產(chǎn)能力；有報導(dǎo)，加入適量阻垢劑可以減少結(jié)垢，以提高傳熱效率和生產(chǎn)能力； 在醋酸蒸發(fā)器溶液表面，噴入少量水，可提高生產(chǎn)能力和減少加熱管在醋酸蒸發(fā)器溶液表面，噴入少量水，可提高生產(chǎn)能力和減少加熱管 的腐蝕，以及用磁場處理水溶液提高蒸發(fā)效率等。的腐蝕，以及用磁場處理水溶液提高蒸發(fā)效率等。 （4 4） 優(yōu)化設(shè)計和操作優(yōu)化設(shè)

23、計和操作 許多研究者從節(jié)省投資、降低能耗等方面著眼，對蒸發(fā)裝置優(yōu)化許多研究者從節(jié)省投資、降低能耗等方面著眼，對蒸發(fā)裝置優(yōu)化 設(shè)計進(jìn)行了深入研究，他們分別考慮了蒸汽壓力，冷凝器真空度，各設(shè)計進(jìn)行了深入研究，他們分別考慮了蒸汽壓力，冷凝器真空度，各 效有效傳熱溫差，冷凝水閃蒸，熱損失以濃縮熱等綜合因素的影響，效有效傳熱溫差，冷凝水閃蒸，熱損失以濃縮熱等綜合因素的影響， 建立了多效蒸發(fā)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)該指出，在裝置中采用建立了多效蒸發(fā)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)該指出，在裝置中采用 先進(jìn)的計算機(jī)測控技術(shù)，這是使裝置在優(yōu)化條件下進(jìn)行操作的重要措先進(jìn)的計算機(jī)測控技術(shù)，這是使裝置在優(yōu)化條件下進(jìn)行操

24、作的重要措 施。施。 二、蒸發(fā)器的輔助設(shè)備二、蒸發(fā)器的輔助設(shè)備 （一）除沫器（汽液分離器）（一）除沫器（汽液分離器） 蒸發(fā)操作時產(chǎn)生的二次蒸發(fā)操作時產(chǎn)生的二次 蒸汽，在分離室與液體分離蒸汽，在分離室與液體分離 后，仍夾帶大量液滴，尤其后，仍夾帶大量液滴，尤其 是處理易產(chǎn)生泡沫的液體，是處理易產(chǎn)生泡沫的液體， 夾帶更為嚴(yán)重。為了防止產(chǎn)夾帶更為嚴(yán)重。為了防止產(chǎn) 品損失或冷卻水被污染，常品損失或冷卻水被污染，常 在蒸發(fā)器內(nèi)（或外）設(shè)除塵在蒸發(fā)器內(nèi)（或外）設(shè)除塵 器。器。 圖中（圖中（a a）（）（d d）直）直 接安裝在蒸發(fā)器頂部，（接安裝在蒸發(fā)器頂部，（e e ）（）（g g）安裝在蒸發(fā)器外）安裝

25、在蒸發(fā)器外 部。部。 （二）冷凝器（二）冷凝器 冷凝器的冷凝器的作用作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有間壁式和直接接觸式兩是冷凝二次蒸汽。冷凝器有間壁式和直接接觸式兩 種，倘若二次蒸汽為需回收的有價值物料或會嚴(yán)重污染水源，則應(yīng)采種，倘若二次蒸汽為需回收的有價值物料或會嚴(yán)重污染水源，則應(yīng)采 用間壁式冷凝器，否則通常采用直接接觸式冷凝器。后一種冷凝器一用間壁式冷凝器，否則通常采用直接接觸式冷凝器。后一種冷凝器一 般均在負(fù)壓下操作，這時為將混合冷凝后的水排出，冷凝器必須設(shè)置般均在負(fù)壓下操作，這時為將混合冷凝后的水排出，冷凝器必須設(shè)置 得足夠高，冷凝器底部的長管稱為大氣腿。得足夠高，冷凝器底部的長管稱為大氣

26、腿。 （三）（三） 真空裝置真空裝置 當(dāng)蒸發(fā)器在負(fù)壓下操作時，無論采用哪一種冷凝器，均需在冷凝當(dāng)蒸發(fā)器在負(fù)壓下操作時，無論采用哪一種冷凝器，均需在冷凝 器后安裝真空裝置。需要指出的是，蒸發(fā)器中的負(fù)壓主要是由于二次器后安裝真空裝置。需要指出的是，蒸發(fā)器中的負(fù)壓主要是由于二次 蒸汽冷凝所致，而真空裝置僅是抽吸蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏的空氣、物料及冷蒸汽冷凝所致，而真空裝置僅是抽吸蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏的空氣、物料及冷 卻水中溶解的不凝性氣體和冷卻水飽和溫度下的水蒸汽等，冷凝器后卻水中溶解的不凝性氣體和冷卻水飽和溫度下的水蒸汽等，冷凝器后 必須安真空裝置才能維持蒸發(fā)操作的真空度。常用的真空裝置有噴射必須安真空裝置才能維持

27、蒸發(fā)操作的真空度。常用的真空裝置有噴射 泵、水環(huán)式真空泵、往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式真空泵等。泵、水環(huán)式真空泵、往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式真空泵等。 第第三節(jié)單效蒸發(fā)的工藝計算三節(jié)單效蒸發(fā)的工藝計算 z已知過程選定：已知過程選定：加熱蒸汽壓強(qiáng)加熱蒸汽壓強(qiáng)p(或溫度或溫度T)，冷凝器操作壓強(qiáng)，冷凝器操作壓強(qiáng)p(或或 溫度溫度T)； z計算內(nèi)容：計算內(nèi)容：單位時間內(nèi)水分蒸發(fā)量單位時間內(nèi)水分蒸發(fā)量W(kg/h)和完成液的量；和完成液的量； 加熱蒸汽用量加熱蒸汽用量D(kg/h)； 蒸發(fā)器的傳熱面積蒸發(fā)器的傳熱面積S(m2)。 求解上述問題應(yīng)用物料衡算方程、熱量衡算方程和傳熱速率方程。求解上述問題應(yīng)用物料衡算方程、熱量衡算方

28、程和傳熱速率方程。 z已知已知條件：條件：原料液流量原料液流量F(kg/h)，原料液濃度，原料液濃度o(質(zhì)量分率質(zhì)量分率)和溫度和溫度 to()，完成液的濃度，完成液的濃度1(質(zhì)量分率質(zhì)量分率)(生產(chǎn)要求生產(chǎn)要求)； 一、蒸發(fā)水量一、蒸發(fā)水量 （蒸發(fā)器的物料衡算（蒸發(fā)器的物料衡算 ） 對溶質(zhì)做物料衡算：對溶質(zhì)做物料衡算： 0 1 0 1 0 1 W1 G w F w w FWF w Fw w FW 得：水分蒸發(fā)量： 完成液量： 完成液組成： 如圖以蒸發(fā)器為衡算范圍，取如圖以蒸發(fā)器為衡算范圍，取 1h為衡算基準(zhǔn)，作物料衡算：為衡算基準(zhǔn)，作物料衡算： 01 FwFW w F, w0, t0, h0

29、 D, T, hc F-W, w1, t1, h1 式中： 溶液的進(jìn)料量； 水份蒸發(fā)量（二次蒸汽的量）； 原料液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分率； 完成液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分率。 F 1 kg h W 1 hkg 0 w 1 w 0 1 0 1 0 1 W1 G w F w w FWF w Fw w FW 水分蒸發(fā)量： 完成液量： 完成液組成： 蒸發(fā)室 加熱室 W,T,H F,w0,t0,h0 D,T,H D,T,hc F-W QL G,w1,t1,h1 二、二、 加熱蒸汽的消耗量加熱蒸汽的消耗量 （蒸發(fā)器的熱量衡算）蒸發(fā)器的熱量衡算） 以蒸發(fā)器為衡算范圍，衡算基準(zhǔn)為以蒸發(fā)器為衡算范圍，衡算基準(zhǔn)為1h，

30、 對進(jìn)出蒸發(fā)器的熱量進(jìn)行衡算：對進(jìn)出蒸發(fā)器的熱量進(jìn)行衡算： c L hH QFhhWFWH D 01 )( Lc10 )(QDhhWFHWFhDH D加熱蒸汽消耗量，加熱蒸汽消耗量，kg/h； 蒸發(fā)器的熱負(fù)荷或傳熱速率，蒸發(fā)器的熱負(fù)荷或傳熱速率，kJ/h ； 完成液的焓，完成液的焓，kJ/kg ； 原料液的焓，原料液的焓，kJ/kg ； 二次蒸汽的焓，二次蒸汽的焓，kJ/kg ； 熱損失，熱損失，kJ/kg 加熱蒸汽的焓，加熱蒸汽的焓，kJ/kg； Q 0 h H H L Q c h 三、三、 蒸發(fā)器的傳熱面積蒸發(fā)器的傳熱面積 Q=KStm 據(jù)此計算蒸發(fā)器傳熱面積據(jù)此計算蒸發(fā)器傳熱面積S。其中

31、。其中tm 、K 、 Q計算如下計算如下: m tK Q S （一）（一） 平均溫度差平均溫度差tm 蒸發(fā)屬兩相均有相變的恒溫傳熱過程，故傳熱的平均溫度差為蒸發(fā)屬兩相均有相變的恒溫傳熱過程，故傳熱的平均溫度差為 tm=T-t1 當(dāng)加熱蒸汽選定時，蒸發(fā)計算需知道溶液的沸點(diǎn)當(dāng)加熱蒸汽選定時，蒸發(fā)計算需知道溶液的沸點(diǎn)t1，即可計算，即可計算 傳熱溫度差，在一定壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)傳熱溫度差，在一定壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)t1較純水的沸點(diǎn)較純水的沸點(diǎn)T高。高。 在實際生產(chǎn)中，已知的是加熱蒸汽的溫度在實際生產(chǎn)中，已知的是加熱蒸汽的溫度T(或壓強(qiáng)或壓強(qiáng)p)和冷凝器和冷凝器 (或分離室或分離室)二次蒸汽的溫度二次蒸

32、汽的溫度T(或壓強(qiáng)或壓強(qiáng)p)。(T-T)=tT，稱為理論傳，稱為理論傳 熱溫差。熱溫差。 第第四節(jié)節(jié)能與多效蒸發(fā)四節(jié)節(jié)能與多效蒸發(fā) 一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與蒸汽的經(jīng)濟(jì)性一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與蒸汽的經(jīng)濟(jì)性 （一）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度（一）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度 1、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量表示，即蒸發(fā)量用單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量表示，即蒸發(fā)量W(kg/h)： r tKS r Q W m 2、蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度、蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度U 簡稱蒸發(fā)強(qiáng)度，是指單位時間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水量，簡稱蒸發(fā)強(qiáng)度，是指單位時間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水量， kg/(m2h) S

33、 W U 沸點(diǎn)進(jìn)料，且不計熱損失沸點(diǎn)進(jìn)料，且不計熱損失 m WrDrtKAQ m r tK S W U U的影響因素的影響因素主要為主要為總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)和和傳熱溫度差傳熱溫度差。 U是評價蒸發(fā)器在一定操作條件下性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)是評價蒸發(fā)器在一定操作條件下性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。 操作條件下操作條件下r為常量為常量 常數(shù)常數(shù) U t K 因此，提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑有二：因此，提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑有二： 3.3.提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑 (1)提高傳熱溫度差提高傳熱溫度差tm 方法：方法： （2）增大總傳熱系數(shù)）增大總傳熱系數(shù)K 增大管內(nèi)對流傳熱系數(shù)增大

34、管內(nèi)對流傳熱系數(shù)i i 減少管內(nèi)側(cè)污垢熱阻減少管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 提高熱源的溫度提高熱源的溫度 ：如采用高溫?zé)嵩矗喝绮捎酶邷責(zé)嵩?1m tTt 降低溶液的沸點(diǎn)降低溶液的沸點(diǎn) ：如采用真空蒸發(fā)：如采用真空蒸發(fā) （二）加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（二）加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性 加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性是指是指1kg1kg加熱蒸汽可蒸發(fā)的水量。加熱蒸汽可蒸發(fā)的水量。 若原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)器，忽略熱損失，則有：若原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)器，忽略熱損失，則有： r r W D e 稱為單位蒸汽消耗量稱為單位蒸汽消耗量，表示每蒸發(fā)，表示每蒸發(fā)1kg1kg水所需消耗的加熱蒸水所需消耗的加熱蒸 汽量，可用來說明加熱蒸汽的利

35、用率。汽量，可用來說明加熱蒸汽的利用率。 e 為節(jié)約能源，降低能耗，需提高加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。其中最為節(jié)約能源，降低能耗，需提高加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。其中最 主要的途徑是主要的途徑是采用多效蒸發(fā)采用多效蒸發(fā)。 1.并流流程并流流程 又稱為順流加料加料流程，是工又稱為順流加料加料流程，是工 業(yè)上最常見的加料模式。業(yè)上最常見的加料模式。 （一）多效蒸發(fā)流程（一）多效蒸發(fā)流程 蒸汽流動方向：蒸汽流動方向： 123 溶液流動方向：溶液流動方向： 123 料液可自動流入下一效，無需泵料液可自動流入下一效，無需泵 輸送；輸送； 溶液會發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸溶液會發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸 汽；汽； 傳熱推動力依次減

36、小傳熱推動力依次減??； K依次減?。灰来螠p??； 并流多效蒸發(fā)并流多效蒸發(fā) 優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)、缺點(diǎn)： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 傳熱推動力較為均勻傳熱推動力較為均勻； 2.逆流流程：逆流流程： 逆流多效蒸發(fā)逆流多效蒸發(fā) 料 液 冷 卻 水 加 熱 蒸 汽 冷 凝 水 水 完 成 液 平 流 多 效 蒸 發(fā) 器 P 1 T 1 23 2 T 3 T 各效獨(dú)立進(jìn)料，傳各效獨(dú)立進(jìn)料，傳 熱狀況均較好；熱狀況均較好； 物料停留時間較短物料停留時間較短 3.平流流程：平流流程： 平流流程優(yōu)、缺點(diǎn)：平流流程優(yōu)、缺點(diǎn)： 適于：適于： 粘度隨溫度和濃度變化粘度隨溫度和濃度變化 較大的溶液蒸發(fā)較大

37、的溶液蒸發(fā) 優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)、缺點(diǎn)： 兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)；兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)； 操作復(fù)雜操作復(fù)雜； 4.錯流流程：錯流流程： 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水 完成液 錯流多效蒸發(fā)器（231） P 1 T 二次蒸汽二次蒸汽 12 3 2 T 3 T 本流程的特點(diǎn)是在各效間兼用并流和逆流加料法。本流程的特點(diǎn)是在各效間兼用并流和逆流加料法。 適于：適于： 料液粘度隨濃度顯著增料液粘度隨濃度顯著增 加的場合。加的場合。 溶液流向：溶液流向： 3 31 12 2 或或2 23 31 1 蒸汽流向：蒸汽流向： 123123 （二）多效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性及效數(shù)限制（二）多效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性及效數(shù)限制 1.加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性 效數(shù)效數(shù)單效單效雙效雙效三效三效四效四效五效五效 （D/W）min 的的 理論值理論值 1 10.50.50.330.330.250.250.20.2 （D/W）min的的 實測值實測值 1.11.10.570.570.40.40.30.30.270.27 多效蒸發(fā)單位生蒸汽消耗量多效蒸發(fā)單位生蒸汽消耗量D/W比單效蒸發(fā)小，比單效蒸發(fā)小，操作費(fèi)比單效蒸發(fā)??；操作費(fèi)比單效蒸發(fā)??； 說明蒸發(fā)同樣數(shù)量的水分，采用多效蒸發(fā)時