概述及設(shè)備（2012）解析

1、2020/7/2,第五章 蒸發(fā),流體力學(xué)與傳熱學(xué),Fluid Mechanics and Heat Transfer,2020/7/2,單效蒸發(fā)過程的計算，如蒸發(fā)水量、加熱蒸汽消耗量及傳熱面積計算，有效溫度差及各種溫度差損失的來由及其計算； 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度及其影響因素。,掌握內(nèi)容,2020/7/2,真空蒸發(fā)的特點及其應(yīng)用； 多效蒸發(fā)的流程及其計算要點； 蒸發(fā)操作效數(shù)限制及蒸發(fā)過程的節(jié)能措施； 蒸發(fā)過程的強化。,熟悉內(nèi)容,2020/7/2,蒸發(fā)操作的特點及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用； 各種蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點、性能及其應(yīng)用范圍； 蒸發(fā)器的選型原則。,了解內(nèi)容,2020/7/2,講授內(nèi)容,202

2、0/7/2,5.1 概述,2020/7/2,1、蒸發(fā)的定義,一、蒸發(fā)的概念及分類,將含有固體溶質(zhì)的稀溶液加熱沸騰進行濃縮，以獲得固體產(chǎn)品或制取溶劑。,蒸發(fā)過程實際上是不揮發(fā)性的溶質(zhì)和揮發(fā)性的溶劑分離的過程。,2020/7/2,2、蒸發(fā)的幾個概念,加熱蒸汽（生蒸汽）：蒸發(fā)過程所用的加熱蒸汽；,完成液：濃縮后的溶液；,單效蒸發(fā) ：產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出；,多效蒸發(fā)：二次蒸汽作為串聯(lián)使用的下一個蒸發(fā)器的加熱蒸汽。,二次蒸汽：由溶液蒸發(fā)出來的蒸汽稱之為二次蒸汽。,2020/7/2,3、蒸發(fā)操作的特點,蒸發(fā)操作是間壁兩側(cè)分別有蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也是一種換熱器。,（1）溶液

3、中含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，故溶液的蒸汽壓較純?nèi)軇┑恼羝麎簽榈?沸點高)，相同條件下，蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)純?nèi)軇┑膫鳠釡夭钚。?（2）工業(yè)規(guī)模的蒸發(fā)量很大，需要耗用大量的加熱蒸汽，應(yīng)充分利用二次蒸汽(多效蒸發(fā))，降低過程的能量消耗； （3）溶液的特殊性決定了蒸發(fā)器的特殊結(jié)構(gòu)。例如，易結(jié)垢或析出結(jié)晶的溶液，設(shè)計上應(yīng)設(shè)法防止或減少垢層的生成，并應(yīng)使加熱面易于清洗。對熱敏性，高粘度或強腐蝕性的物料，應(yīng)設(shè)計或選擇適宜結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。,2020/7/2,按操作壓強分：加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)；,按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)、沸騰蒸發(fā)；,自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點的溫度條件下表面汽化。汽化面積小，傳熱速率低，

4、汽化速率低； 沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液的各個部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高。,單效蒸發(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱。 多效蒸發(fā)：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作。,按二次蒸汽是否被利于分：單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)。,二、蒸發(fā)的分類,2020/7/2,三、蒸發(fā)操作的應(yīng)用,在工業(yè)上，有三種情況： （1）制取液體產(chǎn)品：例如電解食鹽水得到的NaOH稀溶液中，含有約18%的NaCl，通過蒸發(fā)方法在除去大部分水的同時，將NaCl結(jié)晶而分離除去，得到規(guī)定的液堿產(chǎn)品； （2）生產(chǎn)固體產(chǎn)品：將稀溶液濃縮達到飽和狀態(tài)，然后冷卻使溶質(zhì)結(jié)晶與溶液分離，

5、從而獲得固粒產(chǎn)品。例如，食鹽精制、制糖、制藥等。 （3）制取純?nèi)軇翰捎谜舭l(fā)方法使溶劑汽化并冷凝，使不揮發(fā)性雜質(zhì)分離而得到純?nèi)軇?，例如海水淡化制取淡水等?2020/7/2,5.2 蒸發(fā)設(shè)備,2020/7/2,蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。加熱室有多種多樣的形式，以適應(yīng)各種生產(chǎn)工藝的不同要求。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。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。,202

6、0/7/2,（1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器,溶液沿加熱管中央下降，在加熱管內(nèi)上升的連續(xù)自然循環(huán)流動。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好、操作可靠； 缺點：循環(huán)速度在0.10.5m/s以下、清洗和維修不方便。,2020/7/2,（2）懸筐式蒸發(fā)器,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好、操作可靠、便于清洗、循環(huán)速度在11.5m/s、清洗和維修不方便。 適用于蒸發(fā)容易結(jié)垢或有結(jié)晶析出的溶液。,2020/7/2,（3）外加熱式蒸發(fā)器,加熱室與分離室分開，便于清洗檢修。,2020/7/2,（4）列文蒸發(fā)器,加熱室上部增設(shè)了一段沸騰室。循環(huán)速度大，傳熱效果好。,2020/7/2,（5）強制循環(huán)蒸發(fā)器,利用循環(huán)泵

7、使溶液強制循環(huán)，循環(huán)速度在2.5m/s以上。傳熱系數(shù)大，適用于粘度高、易結(jié)垢結(jié)晶的物料。,2020/7/2,二、單層型蒸發(fā)器,特點：溶液在加熱管內(nèi)呈膜狀流動，一次通過加熱室即可達到要求的組成。傳熱效率高、蒸發(fā)速度快、溶液在器內(nèi)的停留時間短，特別適用于蒸發(fā)熱敏性物料。 按物料的流動方向和成膜原因可分為：升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、升-降膜蒸發(fā)器、刮板薄膜蒸發(fā)器。,2020/7/2,（1）升膜蒸發(fā)器,料液在加熱管底部進入，在其內(nèi)受熱汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升（常壓下汽速為2050m/s，減壓下汽速可達100至160m/s或更大些）。溶液被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、液混合

8、物在分離器內(nèi)分離。 適用于：蒸發(fā)量大（較稀的溶液），熱敏性及易起泡的溶液。 不適用于：高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。,2020/7/2,（2）降膜蒸發(fā)器,料液是從蒸發(fā)器的頂部加入，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。 降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大（0.050.45 Pas）、蒸發(fā)量較小、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小，仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。,2020/7/2,（3）升-降膜蒸發(fā)器,料液經(jīng)預(yù)熱后，由升膜的加熱室上升，然后由降膜加熱室下降，在分離室與二次蒸汽分離。,加熱室上升,降膜加熱室,分離室,2020/

9、7/2,（4）刮板薄膜蒸發(fā)器,特點：借外力強制料液呈膜狀流動，可適應(yīng)高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā) 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱面積大，且需要消耗一定的動力,2020/7/2,三、直接接觸傳熱蒸發(fā)器,2020/7/2,將一定比例的燃燒氣與空氣直接噴入溶液中，燃燒氣的溫度可高達12001800，由于氣、液間的溫度差大，且氣體對溶液產(chǎn)生強烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽與煙道氣一同由頂部排出。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，不需要固定的傳熱面，熱利用率高 適于處理易結(jié)垢、易結(jié)晶或有腐蝕性的溶液。 不適于處理不能被燃燒氣污染及熱敏性的溶液。,2020/7/2,四、蒸發(fā)的輔助設(shè)備,1、除沫器,20

10、20/7/2,2、冷凝器和真空裝置,冷凝器的作用：將二次蒸汽冷凝成水后排出。 冷凝器分類：間壁式和直接接觸式兩類。當(dāng)二次蒸氣為有價值的產(chǎn)品需要回收，或會嚴(yán)重污染冷卻水時，應(yīng)采用間壁式冷凝器；否則可采用直接接觸式冷凝器。 真空裝置作用：將冷凝液中的不凝性氣體抽出，維持蒸發(fā)操作所需的真空度。 真空裝置適于：蒸發(fā)器采用減壓操作； 真空裝置安裝位置：冷凝器后 常用的真空裝置：噴射泵、往復(fù)式真空泵以及水環(huán)式真空泵等。,2020/7/2,2020/7/2,五、蒸發(fā)設(shè)備 的選型,蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，選用時應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)過程的蒸發(fā)任務(wù)，選擇適宜的蒸發(fā)器型式。選型時，一般考慮以下原則：,溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶

11、液粘度變化的情況，是選型時很重要的因素。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，停留時間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器。,2020/7/2,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)停留時間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、強制循環(huán)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、強制循環(huán)式、升膜式等；條件允許時，也可將分離室加大； 有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質(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,2020/7/2,易結(jié)垢的溶液：蒸發(fā)器使用一段時間后，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、強制循環(huán)