蒸發(fā) 蒸發(fā)過(guò)程及設(shè)備

化工單元操作模塊五

蒸發(fā)任務(wù)一蒸發(fā)概述蒸發(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)一、蒸發(fā)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用定義：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，稱為蒸發(fā)。溶劑S溶質(zhì)A（不揮發(fā)）溶劑S加熱

蒸發(fā)操作的工業(yè)應(yīng)用

為了獲得純凈的溶劑.

如海水淡化等。

濃縮稀溶液直接制取產(chǎn)品或再處理制取固體產(chǎn)品;

如電解燒堿液的濃縮，食糖水溶液的濃縮及各種果汁的濃縮等。

同時(shí)濃縮溶液和回收溶劑;如有機(jī)磷農(nóng)藥苯溶液的濃縮脫苯，中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)等。二、蒸發(fā)操作特點(diǎn)恒溫傳熱：沸騰、冷凝。溶液沸點(diǎn)升高

不揮發(fā)性溶質(zhì)存在下，溶液飽和蒸汽壓小于純?nèi)軇?，即溶液沸點(diǎn)高于純?nèi)軇芤簼舛仍礁?，沸點(diǎn)越高。物料及工藝特性

結(jié)晶、結(jié)垢，溶質(zhì)熱敏性分解變質(zhì)；較大腐蝕性或較高粘度等。能量回收

溶劑汽化，汽化潛熱大，所以蒸發(fā)過(guò)程是一個(gè)大能耗單元操作。蒸發(fā)操作屬于傳質(zhì)—傳熱過(guò)程（其缺點(diǎn)如下）

能耗大；從進(jìn)口到出口傳熱溫差逐漸減?。ㄓ捎跐舛取悬c(diǎn)↑）；易結(jié)垢、粘度逐漸變大而使傳熱條件惡化。三、蒸發(fā)操作分類(lèi)操作壓力加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)常壓蒸發(fā)二次蒸汽利用單效蒸發(fā)多效蒸發(fā)操作形式連續(xù)蒸發(fā)間歇蒸發(fā)減壓（真空）優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：1）省傳熱面積；1）μ↗、α↙、K↙；

2）利用低壓（廢熱）蒸汽；

2）減壓裝置、能耗。

3）適用熱敏性溶液；

4）熱損失減少。

汽化溫度自然蒸發(fā)沸騰蒸發(fā)真空泵緩沖罐水分離器混合冷凝器二次蒸汽冷凝水疏水器加熱室

加熱蒸汽原料液蒸發(fā)室不凝氣體多效蒸發(fā)及其流程單位蒸汽消耗量：每汽化1kg的水所消耗的加熱蒸汽。D/W表4—4不同效數(shù)蒸發(fā)的單位蒸汽消耗量效數(shù)單效雙效三效四效五效D/W的理論值10.50.330.250.2D/W的實(shí)測(cè)值1.10.570.40.30.27多效蒸發(fā)及其流程單效D/W>1，為提高蒸汽利用率，宜采用多效?！⒘骷恿狭鞒蘌二次蒸汽123并流流程優(yōu)、缺點(diǎn)：

①料液可自動(dòng)流入下一效，無(wú)需泵輸送；②溶液會(huì)發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸汽；③傳熱推動(dòng)力依次減?。虎躃依次減?。欢嘈д舭l(fā)及其流程——逆流加料流程P二次蒸汽123優(yōu)、缺點(diǎn)：①料液需用泵送入下一效；②傳熱推動(dòng)力較為均勻；多效蒸發(fā)及其流程——平流加料流程P123優(yōu)、缺點(diǎn)：①各效獨(dú)立進(jìn)料，傳熱狀況均較好；②物料停留時(shí)間較短。多效蒸發(fā)及其流程——錯(cuò)流加料流程P二次蒸汽123優(yōu)、缺點(diǎn)：①兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)；②操作復(fù)雜。多效蒸發(fā)及其流程溶液在蒸發(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、懸框式蒸發(fā)器、列文式蒸發(fā)器（外循環(huán)蒸發(fā)器）一、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

間壁式蒸發(fā)器

直接接觸式蒸發(fā)器其它蒸發(fā)器蒸發(fā)設(shè)備自然循環(huán)式強(qiáng)制循環(huán)式1．循環(huán)型蒸發(fā)器1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器（自然循環(huán)型）其截面積一般為其它加熱管總截面積的40～100%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。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<0.5m/s；2）溶液粘度大、沸點(diǎn)高，有效溫度差??；3）設(shè)備的清洗和維修也不夠方便。2）懸框式蒸發(fā)器（自然循環(huán)型）優(yōu)點(diǎn)：頂部可取出蒸發(fā)器，清洗、檢修或更換，熱損失較小。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面積的金屬消耗較多。

其截面積一般為其它加熱管總截面積的100～150%加熱室3）列文式蒸發(fā)器（外循環(huán)式）優(yōu)點(diǎn)：沸騰在沸騰室進(jìn)行，避免了加熱管內(nèi)結(jié)晶或污垢的形成。循環(huán)速度較高，K較大。

缺點(diǎn)：

液柱靜壓頭使溶液沸點(diǎn)升高，要求加熱蒸汽有較高的壓力。設(shè)備龐大，消耗材料多，需要高大的廠房。加熱室沸騰室蒸發(fā)室循環(huán)管除沫器其截面積約為加熱管的總截面積的2～3倍。擋板4）外熱式蒸發(fā)器利一：降低蒸發(fā)器高度，便于清洗和更換；利二：加長(zhǎng)加熱管，循環(huán)管不受熱，加速液體循環(huán)。蒸發(fā)室循環(huán)管加熱室加熱室單獨(dú)放置循環(huán)速度通過(guò)泵的流量調(diào)節(jié)來(lái)控制，一般在2.5m/s以上。5）強(qiáng)制循環(huán)型升膜式蒸發(fā)器-----價(jià)廉降膜式蒸發(fā)器-----價(jià)廉刮板式蒸發(fā)器升-降膜式蒸發(fā)器

溶液通過(guò)加熱室時(shí)，在管壁上呈膜狀流動(dòng)，又稱液膜蒸發(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。溶液不循環(huán)帶來(lái)好處有：（1）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)；（2）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。間壁式蒸發(fā)器2、單程型蒸發(fā)器1）升膜式蒸發(fā)器加熱管直徑約為25～50mm，管長(zhǎng)和管徑之比約為100～150分離器優(yōu)點(diǎn)：停留時(shí)間很，適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溶液上下濃度相差大，有效溫差較大。溶液呈膜狀流動(dòng)，K大。缺點(diǎn)：

對(duì)進(jìn)料負(fù)荷的波動(dòng)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(duì)流傳熱系數(shù)將明顯下降。適用場(chǎng)合：適用于黏度較小的（小于0.05Pa·s）、蒸發(fā)量較大、易受熱分解的熱敏性溶液者；不適用于粘度很大，易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料的蒸發(fā)。2）降膜式蒸發(fā)器特點(diǎn)：液膜在管內(nèi)分布不易均勻，K比升膜式蒸發(fā)器的較小。適用場(chǎng)合：濃度較高、粘度較大（0.05～0.45Pa·s）、蒸發(fā)量較小、熱敏性的物料。不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。板式降膜蒸發(fā)器刮板3）刮板式蒸發(fā)器適用于黏度較大（大于1～10Pa·s及以上者）。優(yōu)點(diǎn)：熱阻影響小，K大，停留時(shí)間短，適應(yīng)于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結(jié)晶、結(jié)垢、含固體、熱敏性的物料。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，處理量很小且制造安裝要求高。

預(yù)熱室升膜加熱室降膜加熱室4）升、降膜式蒸發(fā)器料液先由升膜蒸發(fā)器上升，后由降膜蒸發(fā)器下降。

適用于：蒸發(fā)過(guò)程中溶液黏度變化很大、蒸發(fā)量不大場(chǎng)合。

3、直接接觸式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：傳熱效果很好，熱利用率高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適用于易結(jié)晶、結(jié)垢和具有腐蝕性物料的蒸發(fā)。缺點(diǎn)：蒸發(fā)的料液不允許被煙氣所污染時(shí)，則該類(lèi)蒸發(fā)器一般不適用。由于有大量煙氣的存在，限制了二次蒸氣的利用。噴嘴浸在高溫液體中，易損壞。

浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)器

二、蒸發(fā)器附件

液體分布器冷凝器三、蒸發(fā)器的選用表5-2常見(jiàn)蒸發(fā)器的主要性能蒸發(fā)器型式造價(jià)傳熱系數(shù)溶液在管內(nèi)流速m/s停留時(shí)間完成液濃度能否恒定濃縮比處理量能否適應(yīng)物料工藝特性稀溶液高粘度稀溶液高粘度易起泡易結(jié)垢熱敏性析出結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)式最廉良好低0.1~0.5長(zhǎng)能良好一般適適適尚適尚適稍適懸筐式較高較好低1~1.5長(zhǎng)能良好一般適適適適尚適適外熱式廉高高0.4～1.5較長(zhǎng)能良好較大適尚適較好尚適尚適稍適列文式高高良好1.5～2.5較長(zhǎng)能良好較大適尚適較好尚