節(jié)能與多效蒸發(fā)課件

1、第四節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備循環(huán)蒸發(fā)器 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器 懸框式蒸發(fā)器 外加熱式蒸發(fā)器 列文蒸發(fā)器 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)設(shè)備單程型蒸發(fā)器升膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器 升-降膜式蒸發(fā)器刮板薄膜式蒸發(fā)器 蒸發(fā)器輔助設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備輔助設(shè)備蒸發(fā)器加熱室 分離室 除沫器（汽液分離器） 冷凝器 真空裝置 蒸發(fā)設(shè)備用來進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器和冷凝器蒸發(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。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(shí)溶液的流動情況，分為兩大類：循環(huán)型和單程型(不循環(huán))。一、 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(shí)間

2、長，溶液濃度接近于完成液濃度。（一）循環(huán)型蒸發(fā)器由于引起循環(huán)運(yùn)動的原因不同，分為自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型兩類。自然循環(huán)型：強(qiáng)制循環(huán)型：依靠外力迫使溶液沿一個(gè)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。完成液二次蒸氣料液加熱蒸氣冷凝水123451-外殼；2-加熱室；3-中央循環(huán)管；4-蒸發(fā)室；5-除沫器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器.中央循環(huán)管式(標(biāo)準(zhǔn)式)蒸發(fā)器加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)隙內(nèi)溶液：加熱室管束及中央循環(huán)管內(nèi)，受熱時(shí)，由于中央循環(huán)管單位體積溶液受熱面小，使得溶液形成由中央循環(huán)管下降，而由其余加熱管上升的循環(huán)流動。中央循環(huán)管料液加熱蒸汽加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。 循環(huán)產(chǎn)

3、生的原因：粗管降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積40100 細(xì)管沸騰管或加熱管，直徑2575mm，長徑比2040 細(xì)管內(nèi)單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細(xì)管內(nèi)汽液混和物比粗管內(nèi)小，密度差促使溶液循環(huán)。(1) 中央循環(huán)管式（或標(biāo)準(zhǔn)式）蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等，應(yīng)用十分廣泛。缺點(diǎn)：（1）循環(huán)速度較低，管內(nèi)流速0.5m/s；（2）溶液在加熱室中不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液粘度大、沸點(diǎn)高，有效溫度差小。（3）設(shè)備的清洗和維修也不夠方便。其截面積一般為其它加熱管總截面積的40100% 料液生蒸汽應(yīng)用廣泛，適用于處理量大、結(jié)垢不嚴(yán)重的物系。2

4、.懸筐式蒸發(fā)器 加熱室像個(gè)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)隙通道向下循環(huán)流動。 溶液沿加熱管中央上升，而后循著懸筐式加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間的環(huán)隙向下流動而構(gòu)成循環(huán)。溶液循環(huán)速度比標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器大，可達(dá)1.5m/s。此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進(jìn)。加熱蒸汽由中央蒸汽管進(jìn)入加熱室，加熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，便于清洗及更換，循環(huán)通道由加熱室與蒸發(fā)器外殼壁面內(nèi)的環(huán)隙組成。1外殼2加熱蒸氣管3除沫器4加熱室5液沫回流罐優(yōu)點(diǎn)： 溶液循環(huán)速度高，改善了管內(nèi)結(jié)構(gòu)情況傳熱速率較高缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高占地面積大加熱管內(nèi)

5、溶液滯留量大適于處理易結(jié)垢，有晶體析出的溶液蒸發(fā)室循環(huán)管加熱室 加熱室單獨(dú)放置，好處之一是可以降低整個(gè)蒸發(fā)器的高度，便于清洗和更換；好處之二是可將加熱管做得長些，循環(huán)管不受熱，從而加速液體循環(huán)。循環(huán)速度可達(dá)1.5m/s。3 .外熱式蒸發(fā)器 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 由于循環(huán)管內(nèi)的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內(nèi)大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運(yùn)動，循環(huán)速度可達(dá)1.5m/s。加熱室較長，其長徑比為50100； 加熱室和分離室分開。 物料的運(yùn)動：優(yōu)點(diǎn)：降低了整個(gè)蒸發(fā)器的高度，便于清洗和更換；循環(huán)速度較高，使得對流傳熱系數(shù)提高；結(jié)垢程度小。適于處理易結(jié)垢、有晶體析出、處理量大的溶液 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加

6、熱室上端有一段2.75m的圓形筒作沸騰室，致使加熱管內(nèi)要承受較大的液柱靜壓力，溶液只有上升到沸騰室內(nèi)才能沸騰汽化，可以避免加熱管內(nèi)有晶體析出或結(jié)垢；沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長大。(4) 列文蒸發(fā)器 4.列文蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：流動阻力小循環(huán)速度高傳熱效果好加熱管內(nèi)不易堵塞缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高廠房高，耗用金屬多適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液 列文式蒸發(fā)器二次蒸汽加熱蒸汽冷凝水料液完成液12376541-加熱室；2-加熱管；3-循環(huán)管；4-蒸發(fā)室5-除沫器；6-擋板；7-沸騰室5.強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器 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。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器加熱蒸氣冷凝水完成液12

7、3451-加熱室2-循環(huán)泵3-循環(huán)管4-蒸發(fā)室5-除沫器二次蒸氣5.強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度高晶體不易粘結(jié)在加熱管壁對流傳熱系數(shù)高缺點(diǎn)：動力消耗大對泵的密封要求高加熱面積小適于處理粘度大，易結(jié)垢、有晶體析出的溶液。（二）單程型(膜式)蒸發(fā)器溶液在蒸發(fā)器中的停留時(shí)間很短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；整個(gè)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。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(shí)，在管壁上呈膜狀流動，故習(xí)慣上又稱為液膜式蒸發(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。優(yōu)點(diǎn)： 特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過加熱室

8、，不進(jìn)行循環(huán)。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。結(jié)構(gòu)：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比100150。 原理：原料液經(jīng)預(yù)熱至沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后，由加熱室底部引入管內(nèi)，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，邊進(jìn)行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達(dá)到所需的濃度，完成液由分離室底部排出。 注意：溶液應(yīng)預(yù)熱至沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后再引入蒸發(fā)器；二次蒸氣在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于10m/s，一般為2050m/s，減壓下可高達(dá)100160m/s。1. 升膜蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中不循環(huán)，停留時(shí)間很短，因而特 別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；整個(gè)溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣

9、總是接近于完 成液的濃度，因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大由于溶液呈膜狀流動，因而對流傳熱系數(shù)較大缺點(diǎn)： 對進(jìn)料負(fù)荷的波動相當(dāng)敏感，當(dāng)設(shè)計(jì)或操作不適當(dāng)時(shí)不易成膜，此時(shí)，對流傳熱系數(shù)將明顯下降。 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；不適于濃度高、粘度大、有晶體析出溶液的蒸發(fā)。 結(jié)構(gòu)：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。 為了使溶液能在壁上均勻分布，且防止二次蒸氣由加熱管頂端直接竄出，加熱管頂部必須設(shè)置加工良好的液體分布器。 原理：原料液由加熱室頂部加入，竟管端的液體分布器均勻地流入加熱管內(nèi)，在溶液自身重力作用下，溶液沿管內(nèi)壁呈膜狀下流，并進(jìn)行蒸發(fā)。 2 . 降膜蒸發(fā)器料液是從蒸發(fā)器的頂部加入

10、，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過程中蒸發(fā)增濃，在其底部得到濃縮液。適于處理：濃度高、粘度較大（0.050.45 Pas）的溶液。不適于處理：易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。 這類蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵是設(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。結(jié)構(gòu)：由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器底部封頭內(nèi)有一隔板，將加熱管束均分為二。 溶液在升膜和降膜蒸發(fā)器內(nèi)的情況完全相同。該蒸發(fā)器適于處理粘度變化大的溶液，或廠房高度有一定限制的場合。如果蒸發(fā)過程溶液的粘度變化較大，建議采用常壓操作。 原理：原料液在預(yù)熱器中加熱達(dá)到或接近沸點(diǎn)后，引入升膜加熱管束的底部，汽液混合物經(jīng)管束由頂部流入降膜

11、加熱管束，然后轉(zhuǎn)入分離器，完成液由分離器底部取出。3 . 升降膜式蒸發(fā)器預(yù)熱室升膜加熱室降膜加熱室4.刮板薄膜式蒸發(fā)器 溶液由蒸發(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)，底部得到完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分離器后進(jìn)入冷凝器。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，傳熱面積小，處理能力低。 適于處理易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度的溶液它是在加熱管內(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0.751.5mm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。常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值蒸發(fā)器

12、的型式總傳熱系數(shù)K, W / (m2K)標(biāo)準(zhǔn)式（自然循環(huán)）6003000標(biāo)準(zhǔn)式（強(qiáng)制循環(huán)）12006000懸筐式6003000升膜式12006000降膜式12003500（三） 蒸發(fā)器的選型選型時(shí)，一般考慮以下原則：溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度變化的情況，是選型時(shí)很重要的因素。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、降膜式、刮板攪拌薄膜式等；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(shí)間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器有晶體析出的溶液：選用溶液流動速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在加熱管內(nèi)停留時(shí)間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管

13、采用特殊材質(zhì)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。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)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(shí)，也可將分離室加大。易結(jié)垢的溶液：蒸發(fā)器使用一段時(shí)間后，就會有污垢產(chǎn)生，垢層的導(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。溶液的處理量：溶液的處理量也是選型時(shí)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發(fā)4 . 蒸發(fā)器的改進(jìn)與研究（1） 研制開發(fā)新型高效蒸發(fā)器這方面工作

14、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(shí)間短、體積小、易于拆卸和清洗，同時(shí)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)顯著提高。（）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(shí)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)。還有資料報(bào)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)。（3） 改進(jìn)溶液的性質(zhì) 近年

15、來，通過改進(jìn)溶液性質(zhì)來改善蒸發(fā)效果的研究報(bào)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)；也有報(bào)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)能力和減少加熱管的腐蝕，以及用磁場處理水溶液提高蒸發(fā)效率等。（4） 優(yōu)化設(shè)計(jì)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)化設(shè)計(jì)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，建立了多效蒸發(fā)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)該指出，在裝置中采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)測控技術(shù)，這是使裝置在優(yōu)化條件下進(jìn)行操作的重要措施。

16、二、蒸發(fā)器的輔助設(shè)備（一）除沫器（汽液分離器） 蒸發(fā)操作時(shí)產(chǎn)生的二次蒸汽，在分離室與液體分離后，仍夾帶大量液滴，尤其是處理易產(chǎn)生泡沫的液體，夾帶更為嚴(yán)重。為了防止產(chǎn)品損失或冷卻水被污染，常在蒸發(fā)器內(nèi)（或外）設(shè)除塵器。 圖中（a）（d）直接安裝在蒸發(fā)器頂部，（e）（g）安裝在蒸發(fā)器外部。作用：利用液體的慣性使氣液分離，以除去液沫。型式：（二）冷凝器和真空裝置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用氣液直接接觸的混合式冷凝器，如逆流高位冷凝器。真空裝置：排除少量不凝性氣體，維持蒸發(fā)所需要的真空度。水環(huán)式真空泵、噴射泵、往復(fù)式真空泵。冷凝器 冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。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(jià)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。后一種冷凝器一般均在負(fù)壓下操作，這時(shí)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。真空裝置