制藥化工原理下

第六章蒸發(fā)1.概述溶劑S溶質(zhì)A（不揮發(fā)）溶劑S加熱

蒸發(fā)操作的目的：（1）獲得濃縮的溶液（2）獲得固體溶質(zhì)（3）除去雜質(zhì)

將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的稀溶液中部分溶劑汽化、除去的單元操作什么是蒸發(fā)?1.概述溶劑S溶質(zhì)A（不揮發(fā)）溶劑S加熱蒸發(fā)過程的實(shí)質(zhì)熱量傳遞，不是質(zhì)量傳遞溶劑的氣化量和氣化速率收到傳熱速率和傳熱量的控制1.概述蒸發(fā)的分類溶劑S溶質(zhì)A（不揮發(fā)）溶劑水水蒸氣加熱二次蒸汽加熱蒸汽1.概述蒸發(fā)的分類單效蒸發(fā)：二次蒸汽不作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽多效蒸發(fā)：二次蒸汽作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽1.按操作壓力減壓（真空蒸發(fā)）（沸點(diǎn)低）常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)1.概述除沫器二次蒸汽蒸發(fā)室加熱室中央循環(huán)管不凝性氣體（生蒸汽）冷凝器單效蒸發(fā)單效蒸發(fā)的計(jì)算1、物料衡算物料衡算基礎(chǔ)：進(jìn)料液與完成液中的溶質(zhì)質(zhì)量不變單效蒸發(fā)的計(jì)算2、加熱蒸汽消耗量若加熱蒸汽冷凝為同溫度下的飽和蒸汽依據(jù)熱量衡算則有：單效蒸發(fā)的計(jì)算2、傳熱面積Q：蒸發(fā)器傳熱速率；K：總傳熱系數(shù)；S：傳熱面積；?tm：傳熱平均溫度差；T：加熱蒸汽的飽和溫度；t：溶液平均沸點(diǎn)；單效蒸發(fā)

蒸發(fā)過程的溫度差損失兩者溫度有一差值兩者溫度有一差值溶液的沸點(diǎn)升高：一定壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點(diǎn)升高。稀溶液或有機(jī)溶液沸點(diǎn)升高值較小，無機(jī)鹽溶液較大。對于同一種溶液，沸點(diǎn)升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內(nèi)液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點(diǎn)升高值越大。單效蒸發(fā)

1、溶液的沸點(diǎn)升高導(dǎo)致的溫度差損失單效蒸發(fā)

1、溶液的沸點(diǎn)升高導(dǎo)致的溫度差損失溫度差損失：溶液的沸點(diǎn)與同壓強(qiáng)下純水的沸點(diǎn)之差稱為因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失；式中Δt——傳熱的有效溫度差，℃

ΔtT

——理論上的傳熱溫度差，℃

t——溶液的沸點(diǎn)，℃

T——純水在操作沸點(diǎn)，℃

Ts——加熱蒸氣的溫度，℃計(jì)算公式為：Δ‘=

ΔtT-

Δt如圖6-4為不同濃度NaOH水溶液的沸點(diǎn)與對應(yīng)壓強(qiáng)下純水的沸點(diǎn)的關(guān)系，由圖可以看出，當(dāng)NaOH水溶液濃度為零時(shí)，它的沸點(diǎn)線為一條對角線，即水的沸點(diǎn)線，其它濃度下溶液的沸點(diǎn)線大致為一組平行直線。6-4單效蒸發(fā)

1、溶液的沸點(diǎn)升高導(dǎo)致的溫度差損失單效蒸發(fā)

2、液柱靜壓強(qiáng)導(dǎo)致的溫度差損失液層內(nèi)的溶液的沸點(diǎn)高于液面的，液層內(nèi)部沸點(diǎn)與表面沸點(diǎn)之差即為因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失。液位層液位差導(dǎo)致的沸點(diǎn)差異單效蒸發(fā)

3、管路阻力導(dǎo)致的溫度差損失二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往后一效加熱室的過程中要克服管道的流動(dòng)阻力，從而導(dǎo)致蒸汽溫度下降。此項(xiàng)溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關(guān)，一般取0.5~1.5℃。垢層熱阻值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值估算。管外側(cè)的蒸氣冷凝傳熱系數(shù)可按膜式冷凝傳熱系數(shù)公式計(jì)算，管內(nèi)側(cè)溶液沸騰傳熱系數(shù)則按管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算。式中a——對流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)

d——管徑，m

Ri——垢層熱阻，m2?℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?℃)

下標(biāo)i表示管內(nèi)側(cè)、o表示外側(cè)、m表示平均。基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K0問：提高單效蒸發(fā)工作效率的方法有哪些？多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)時(shí)要求后效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。

一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經(jīng)濟(jì)性。P二次蒸汽123多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)-并流蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)多效蒸發(fā)-并流蒸發(fā)

蒸氣和料液的流動(dòng)方向一致，均從第一效到末效。缺點(diǎn)：沿料液流動(dòng)方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在后二效中尤為嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)：在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強(qiáng)依效序遞減，料液在效間流動(dòng)不需用泵；料液的沸點(diǎn)依效序遞降，使前效料進(jìn)入后效時(shí)放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。多效蒸發(fā)-逆流蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖料液與蒸氣流動(dòng)方向相反。原料由末效進(jìn)入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點(diǎn)：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系數(shù)較大。缺點(diǎn)：（1）各效間需用泵輸送；

（2）無自蒸發(fā)；

（3）高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營養(yǎng)物的破壞。多效蒸發(fā)-逆流蒸發(fā)多效蒸發(fā)-平流蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水完成液完成液平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖

原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過程中伴有結(jié)晶析出的溶液。多效蒸發(fā)-平流蒸發(fā)思考：1、當(dāng)料液溫度較高或最后濃縮液在高溫下易被破壞時(shí)，宜采用哪一種流程？2、當(dāng)進(jìn)料幾乎是飽和液時(shí)，宜采用哪一種流程？蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強(qiáng)度和效數(shù)的限值生產(chǎn)能力：單位時(shí)間的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，用Q或W表示。生產(chǎn)強(qiáng)度：單位時(shí)間、單位面積的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，用q或W/A表示。多效蒸發(fā)單位生蒸汽消耗量D/W比單效蒸發(fā)小，操作費(fèi)比單效蒸發(fā)小；多效蒸發(fā)生產(chǎn)能力比單效蒸發(fā)小，生產(chǎn)強(qiáng)度比單效蒸發(fā)小，故設(shè)備費(fèi)比單效蒸發(fā)大。 多效蒸發(fā)的設(shè)備費(fèi)大，效數(shù)越多，設(shè)備費(fèi)增大的幅度越大。蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強(qiáng)度和效數(shù)的限值——溶液在蒸發(fā)器中作循環(huán)流動(dòng)。間壁式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、懸筐式蒸發(fā)器、列文式蒸發(fā)器（外循環(huán)蒸發(fā)器）蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器加熱室蒸發(fā)室除沫器冷凝器真空裝置適用于處理量大、結(jié)垢不嚴(yán)重的物系。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。蒸發(fā)設(shè)備外循環(huán)式蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器特點(diǎn)：熱阻在管內(nèi)垢層及管內(nèi)沸騰傳熱一方蒸發(fā)設(shè)備--------