化工原理第六章-.蒸發(fā)設備

6.

蒸發(fā)1、本章學習的知識點蒸發(fā)過程基本原理；溶液沸點升高與杜林規(guī)則；液柱靜壓對溶液沸點的影響；溫差損失；單效蒸發(fā)計算（包括水分蒸發(fā)量、蒸汽消耗量、有效溫度差及傳熱面積）；多效蒸發(fā)操作流程及原理；多效蒸發(fā)優(yōu)化設計概念；蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強度；強化蒸發(fā)過程及提高加熱蒸汽經(jīng)濟程度的措施；蒸發(fā)器的分類、結構、特點及選用。2、本章學習的重點溶液沸點升高與杜林規(guī)則；單效蒸發(fā)原理及計算；提高加蒸汽經(jīng)濟程度的措施；蒸發(fā)器的結構及選用。3、本章學習的難點單效蒸發(fā)計算。7.蒸發(fā)6.1

概述一、概念

蒸發(fā)——含有不揮發(fā)性溶液在沸騰條件下受熱，使部分溶劑汽化為蒸汽的操作。蒸發(fā)操作的基本概念：加熱蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽單效蒸發(fā)多效蒸發(fā)常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)7.蒸發(fā)6.1

概述二、蒸發(fā)操作的工程目的1、獲得濃縮的溶液直接作為化工產(chǎn)品或半成品。2、蒸發(fā)—結晶聯(lián)合操作以獲得固體溶液3、脫除雜質，制取純凈的溶劑。三、蒸發(fā)操作的特點

目的：物質的分離

實質：熱量傳遞。特點：含有不揮發(fā)溶液的沸騰傳熱。7.蒸發(fā)6.1

概述1、濃溶液在沸騰汽化過程中常在加熱表面上析出溶質而形成垢層，使K下降。(要求：蒸發(fā)器的結構應防止或減少結垢，且加熱面易清洗。)2、溶液的物性對蒸發(fā)器的設計提出特殊要求。比如：7.蒸發(fā)對熱敏性溶質，要求高溫下停留時間較短。濃度增加

粘度大大增大，要求特殊結構。3、需大量汽化熱（如何節(jié)能？

應考慮的重要問題。）4、對于水溶液的蒸發(fā)，加熱蒸汽溫位>二次蒸汽的溫位在指定p下，溶質的存在造成溶液沸點高7.1概述7.蒸發(fā)傳熱溫差主要原因四、經(jīng)濟性及節(jié)能措施1、經(jīng)濟性每1kg加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量，W/D。蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性很大程度上取決于二次蒸汽的利用。2、節(jié)能措施(1)多效蒸發(fā)(2)額外蒸汽的引出(3)二次蒸汽的再壓縮(4)冷凝水熱量利用返回7.2蒸發(fā)設備7.2.1蒸發(fā)器7.2.2蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)7.2.3蒸發(fā)輔助設備7.蒸發(fā)返回6.2.1

蒸發(fā)器結構：加熱室、流動（或循環(huán)）通道、汽液分離空間。按照溶液在加熱室中的運動的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）兩類。一、循環(huán)型蒸發(fā)器

特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，因而可以提高傳熱效果。由于引起循環(huán)運動的原因不同。有分為自然循環(huán)型和強制循環(huán)型兩類。

自然循環(huán)：由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。

強制循環(huán)：用泵迫使溶液沿一定方向流動。7.蒸發(fā)6.2.1

蒸發(fā)器1、垂直短管式（又稱為中央循環(huán)管式），也稱為標準式蒸發(fā)器(1)結構：外殼、加熱室、中央循環(huán)管、蒸發(fā)室、除沫器(2)特點：7.蒸發(fā)①蒸汽走殼程，溶液走管程，d中>d管，A中=(40~100)%A橫總②細管中單位體積A大，含汽率高中央循環(huán)管單位體積A小，含汽率低有組織循環(huán)6.2.1

蒸發(fā)器2、外加熱式特點：(1)加熱管長，給熱系數(shù)增大(2)循環(huán)管不再受熱，密度差大

強化循環(huán)7.蒸發(fā)加熱室蒸發(fā)室6.2.1

蒸發(fā)器3、強制循環(huán)蒸發(fā)器7.蒸發(fā)加熱室蒸發(fā)室6.2.1

蒸發(fā)器二、單程蒸發(fā)器（適宜熱敏性物料）物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求，離開加熱管的溶液及時加以冷卻。1、升膜式原理：熱的料液自蒸發(fā)器底部進入加熱管內(nèi)迅速氣化，在蒸氣的帶動下，溶液沿管壁呈膜狀迅速上升，并繼續(xù)蒸發(fā)，當?shù)竭_分離室和二次蒸氣分離后即可得到完成液。

不適宜粘度>50mPa.s，易結晶，結垢料液。7.蒸發(fā)6.2.1

蒸發(fā)器2、降膜式其結構原理與升膜式類似。區(qū)別在于：料液在蒸發(fā)器頂部加入，底部得到完成液；加熱管頂部裝有液體分布器，以使液體成膜；對濃度較高，粘度較大溶液也適用；結構較復雜。適宜粘度50~450mPa.s。不易結晶的料液。7.蒸發(fā)降膜式液體分布6.2.1

蒸發(fā)器3、旋轉刮板式蒸發(fā)器—為高粘度溶液的蒸發(fā)而設計間隙式刮板、轉子式刮板主要特點：籍外力強制料液膜狀流動缺點：結構復雜，制造要求高，加熱面積不大，且需消耗一定動力。7.蒸發(fā)返回6.2.2

蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)一、熱阻分析7.蒸發(fā)1、很小。需注意定期排放不凝性氣體2、可忽略。金屬薄壁，3、Ri取決于管內(nèi)液體運動狀況溶液的性質6.2.2

蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)7.蒸發(fā)Ri降低的措施①定期清理加熱管②u管增大③加微量熱阻垢劑④結晶物料，加少量晶種，使結晶盡可能在溶液主體中析出4、管內(nèi)沸騰給熱熱阻

主要取決于沸騰液體的流動情況。結論：對于清潔的加熱面(Ri很小)，K主要受影響。二、管內(nèi)汽液兩相流動形式1、氣泡流；2、塞狀流；3、翻騰流；4、環(huán)狀流；5、霧流6.2.2

蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)7.蒸發(fā)結論：為提高全管長的平均，應盡可能擴大環(huán)狀流動的區(qū)域。6.2.2

蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)三、管內(nèi)沸騰給熱1、預熱區(qū)：單相對流給熱，壁

溶液，α小7.蒸發(fā)2、沸騰區(qū)：L，氣泡多

氣泡在管中心連成柱狀

氣泡快速流動帶動管壁四周的液膜向上流動

達到最大值3、濕蒸汽區(qū)：L足夠大，液膜被蒸干，汽流裹挾霧滴流動

返回6.2.3

蒸發(fā)器輔助設備蒸發(fā)輔助設備有除沫器、冷凝器、輸水器、真空泵等。一、除沫器籍液滴運動的慣性撞擊金屬物或壁面而被捕獲集，盡可能完全分離二次蒸汽夾帶許多液沫。

絲網(wǎng)式除沫器的分離效果最好。7.蒸發(fā)7.2.3蒸發(fā)器輔助設備除沫器

絲網(wǎng)式除沫器的分離效果最好。7.蒸發(fā)7.2.3蒸發(fā)器輔助設備二、冷凝器因為二次蒸汽多為水蒸汽，所以一般情況下以使用混合式冷凝器居多。7.蒸發(fā)逆流高位混合式冷凝器（常負壓操作）大氣腿真空泵：抽不凝性氣體6.2.3

蒸發(fā)器輔助設備三、疏水器作用：防止加熱蒸汽和冷凝水一起排出加熱室外。形式：(1)熱動力式(2)