化工原理《蒸發(fā)》ppt

化工原理主講：劉克峰

合肥學院化學與材料工程系2012年5月22日第六章蒸發(fā)蒸發(fā)過程概述蒸發(fā)設備生物溶液增濃多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)計算本章學習重點◆學習要求：通過本章學習，能夠掌握蒸發(fā)操作的特點，過程計算、設備選型、確定適宜的工藝流程和適宜的操作條件。Ⅰ.和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作具有哪些特征，對蒸發(fā)設備及蒸發(fā)工藝過程有何特殊要求。

Ⅱ.蒸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)、操作特性及適用場合。Ⅲ.蒸發(fā)過程計算（以單效為重點，包括溶液沸點升高、物料衡算、熱量衡算、傳熱面積計算等。）Ⅳ.蒸發(fā)操作的強化及節(jié)能途徑。了解更多蒸發(fā)的流程、與單效蒸發(fā)的比較及效數(shù)的限制?！魧W習方法：在全面掌握傳熱知識的基礎上，從分析蒸發(fā)操作的特點入手，理解蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)特點及其多樣性（適應物料工藝特點）、蒸發(fā)過程計算的復雜性（溶液沸點升高）、提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度的措施、蒸發(fā)操作的節(jié)能途徑?！魬攸c掌握的內(nèi)容本章學習指導6.1概述蒸發(fā)：將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱至沸騰，使部分揮發(fā)性溶劑汽化并移除，從而獲得濃縮溶液或回收溶劑的操作。（其廣泛應用于化工、輕工、制藥、生物、食品等行業(yè)）工業(yè)上被蒸發(fā)的溶液居多，故本章以水溶液為重點。蒸發(fā)的目的：1.制取增濃的液體產(chǎn)品（如牛乳制奶粉生產(chǎn)中牛乳的濃縮）2.純凈溶液的制?。ㄈ绲Ｋ?.同時制備濃縮溶液和回收溶劑（如中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)）蒸發(fā)過程分類：1.加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)2.單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)3.間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)蒸發(fā)操作的特點：1.溶液沸點升高2.熱能的綜合利用3.溶液的工藝特性

垂直長管型蒸發(fā)器直接接觸傳熱蒸發(fā)器垂直短管型蒸發(fā)器循環(huán)蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器升-降膜式蒸發(fā)器升膜式蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器

6.2蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備及其大致分類見下圖示：特點是使溶液在蒸發(fā)器中作循環(huán)流動。依靠外力為強制循環(huán)式蒸發(fā)器，依靠溶液在蒸發(fā)器不同部位密度差的為自然循環(huán)式蒸發(fā)器。特點是溶液沿加熱管壁呈膜裝流動而進行傳熱和蒸發(fā)，一次通過加熱室即可達到所要求的組成。其突出優(yōu)點是傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間短，特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。6.2.1循環(huán)型蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器又稱標準是蒸發(fā)器。它是工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛且歷史悠久的自然循環(huán)蒸發(fā)器的一種。這類蒸發(fā)器的循環(huán)速度≤0.5m/s，λ總=580~2900W/(m2·℃）懸框式蒸發(fā)器是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的改進型，其加熱室外沿與蒸發(fā)器殼體間供液體的循環(huán)通道。S循環(huán)=S總×（100%~150%），故液體的循環(huán)速度提高，達1~1.5m/s，λ總=580~3500W/(m2·℃)垂直短管型蒸發(fā)器加熱室與分離室分開，易于清洗更換，降低蒸發(fā)器總高度。垂直長管式蒸發(fā)器列文式蒸發(fā)器是在加熱室上部增設一段直管作為沸騰室。由于直管內(nèi)液柱的靜壓力抑制了液體在加熱管內(nèi)沸騰，從而減少了加熱管結(jié)垢的可能性。在沸騰室上部設有立式隔板，以破壞大氣泡，與液體形成均勻混合物上升。同時，由于循環(huán)管不被加熱，加大了液體的密度差和循環(huán)的推動力，使循環(huán)速度高達2~3m/s，λ總=1280~2350W/(m2·℃）強制循環(huán)式蒸發(fā)器，v循環(huán)=2~5m/s,λ總=1000~6000W/(m2·℃）直接接觸傳熱蒸發(fā)器的典型代表是浸沒燃燒式蒸發(fā)器。它是將燃料（煤氣或重油）與空氣混合燃燒產(chǎn)生的高溫煙道氣直接通入待蒸發(fā)的溶液中，使溶液沸騰汽化，從而得到增濃的溶液，蒸出的溶劑與煙氣一起從蒸發(fā)器頂部排出。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳熱速率快、效率高，適用于易結(jié)晶或有腐蝕性溶液（如硫酸、銨鹽溶液的蒸發(fā)），但不適用于熱敏性或不能被煙道氣污染的物料，且二次蒸汽難以再利用。6.2.2單程式蒸發(fā)器常壓下，v≥10m/s,一般為20~30m/s；減壓下，可達80~200m/s，λ總=580~5800W/(m2·℃）適用于蒸發(fā)量大、熱敏性及起泡沫的溶液，不適用于黏度大、易結(jié)垢或有結(jié)晶析出的溶液。可單程操作，也可借助泵將濃縮液從分離器抽出打入蒸發(fā)器頂部再循環(huán)，成為強制循環(huán)式蒸發(fā)器。適用于組成較高、黏度較大以及有晶體析出溶液的蒸發(fā)等場合，但傳熱系數(shù)較小。升膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器其為升膜和降膜式二者的結(jié)合體，預熱后的料液先在升膜加熱管內(nèi)上升，再沿降膜加熱管下降，氣液混合物在分離室中分離。適用于在濃縮過程中黏度變化比較大的溶液或廠房高度有限場合。對物料的適用性很強但結(jié)構(gòu)復雜，傳熱面積有限（≤20m2），料液處理量較小。升-降膜式蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器6.2.3蒸發(fā)設備和蒸發(fā)技術(shù)的進展隨著醫(yī)藥、生物、食品等工業(yè)的飛速發(fā)展，蒸發(fā)設備和蒸發(fā)技術(shù)也在不斷改進與創(chuàng)新。一、開發(fā)新型、高效蒸發(fā)器二、蒸發(fā)與其他單元操作相結(jié)合與其他化工單元操作結(jié)合，構(gòu)成集成式的工藝流程，如蒸發(fā)干燥、蒸發(fā)分餾、蒸發(fā)結(jié)晶等。三、蒸發(fā)器傳熱的強化及防除垢技術(shù)1.在蒸發(fā)器中插入多種型式的湍流元件，改變加熱表面形狀或其他增加液湍措施來強化傳熱。2.改變料液性質(zhì)來提高傳熱效果。3.氣-液-固三相流化床蒸發(fā)器在蒸發(fā)中的防除垢及強化傳熱效果十分顯著，具有高效、多功能、易操作等一系列優(yōu)點。四、設計最佳化效數(shù)、溫度差、濃度比、總傳熱面積和年輕營費用等參數(shù)的優(yōu)化，余熱的有效利用、全面降低能耗等。6.2.4蒸發(fā)器的選型（略）6.2.5蒸發(fā)器的輔助設備冷凝器蒸發(fā)中產(chǎn)生的二次蒸汽若不再利用，則需將其冷凝。除沫器作用：進一步捕集第二次蒸汽中所夾帶的霧沫或液滴，以減少有