薄膜蒸发(助教手册)

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1、薄膜蒸發一、實驗目的1.利用一單效蒸發器(Single-effectEvaporator)進行實驗，藉此瞭解蒸發理論的應用，並瞭解攀昇膜直立長管式蒸發器(BasicclimbingFilmEvaporator)之構造及其操作。2.質能量結算練習及應用。3.小規模濃縮加工。4.利用改變系統壓力來觀察其蒸發速率的不同。二、實驗原理蒸發乃是溶液受熱，在溶液之沸點溫度即溶液沸騰狀態下，逸出溶劑，使溶液中溶質濃度提高之操作。如淨化之蔗汁，經加熱蒸發去除大量水份，提高糖份之濃度，以便於結晶製糖。蒸發的目的在化學工廠中，為物料的濃縮。在

2、動力工廠中，則為動力的獲得和純水的製造。蒸發操作基本上之要素為：連續供給熱能和不斷的去除蒸氣。其主要的設備裝置為一蒸發室、加熱室及去除蒸氣的裝置。正常情況下，蒸發操作中的濃度為有價值的產品，而蒸氣在冷凝後棄去。然而，在一些特殊的狀況下，則與之相反，含有礦物質的水通常經過蒸發操作後，得一不含固體的產物，而此產物可提供作為鍋爐的給水、特殊程序的需求、或人類的消耗用。此種技術稱為水蒸餾(Waterdistillation)，但從技術而言，它是屬於蒸發。大規模的蒸發程序已被發展，且被用來自海水中回收飲用水，此程序中冷凝水為所要的產

3、品，在全部水中僅一部份被回收，而其餘部份則回到海中。蒸發問題的實際解方法深受濃縮液體之特性的影響。由於廣泛的液體特性變化(在設計和操作蒸發器時，對於此液體特性需要有判斷的能力及經驗的累積)，下列僅將一些重要蒸發液體的重要特性列出：濃度(Concentration)、發泡(Foaming)、溫度敏感性(Temperaturesensitivity)、鍋垢(Scale)、結構材料(Materialsofconstruction)、比熱、濃縮熱、凝固點......等。5-17目前所使用的以水蒸氣加熱的管狀蒸發器，其主要型式有：1

4、.直立長管式蒸發器(Long-tubeverticalevaporators)a.上升流(攀昇膜)[Upwardflow(climbing-film)]b.下降流(落膜)[Downwardflow(falling-film)]c.強制循環(Forcedcirculation)2.攪拌膜蒸發器本次實驗所用的蒸發器為攀昇膜蒸發器（Basicclimbing-filmevaporator），今將其裝置的流程圖及各部名稱，操作介紹如下：直立式攀昇式膜蒸發器其操作、關閉皆處於自然循環狀態。蒸發器的進料可知道並加以控制。蒸氣抽出量亦由

5、一已知壓力狀態下操作。其主要部份包括：(1)一管狀熱交換器，殼側為蒸氣而待濃縮的液體在管內(2)用來除去蒸氣所帶的液體而安裝之分離器或蒸氣空間(vaporspace)(3)當作循環式單元時，有一回流管，可將由分離器流出的液體導入熱交換器底部入口處是提供進料和水蒸氣之用，而出口處乃提供蒸氣、濃液、水蒸氣、凝結液和水蒸氣中不可凝結氣體出口之用。代表性的管直徑為1~2in，管長為12~32ft。由於沸騰的作用，液體和蒸氣在管內向上流動，分離後的液體藉重力流回管底。進入蒸發器內的稀薄溶液之溫度，大約為室溫，進入器內後和由分離器回流

6、的液體混合。混合物進入管的底部，而水蒸氣則在管外側冷凝。進入管子的進料，以液體的型態向上流過一短距離，在液體流動過程中不斷由蒸氣吸收熱量。當液體開始沸騰時，氣泡由液體內形成，因此增加了液體和氣體混合物的速度，也提升了熱傳速率。接近管的頂部處，氣泡迅速地成長。在此區域內，蒸氣和液體團交錯上升並迅速地通過管子，而以高速由管的頂部流出。由管流出的液體和蒸氣進入分離器。分離器的直徑大於熱交換器的直徑，因此蒸氣的速度驟降。為了進一步有助於消除液滴，蒸氣在離開分離器前，須撞擊並繞過若干阻擋板，fig－A所示蒸發器只能視為循環單元操作。

7、直立長管蒸發器對於濃縮時易於起泡的液體特別有效。當高速的液體和蒸氣混合物撞上蒸氣擋板時，氣泡即被破壞。5-175-175-17(1)在不同蒸氣壓力下，其蒸發速率為：(1)其中E：蒸發速率(kg/hr)Q：熱傳速率(kJ/hr)H：水在蒸氣壓力下之蒸發潛熱(kJ/kg)又UE：熱傳係數，kJ/m2hr℃AE：熱傳面積，0.0064m2TS：在蒸氣壓力(P1)下之蒸氣溫度，℃T7：在系統壓力(P)水之沸騰溫度，℃因AE與H為一常數，則令(2)由於熱傳係數UE為溫度(ΔTE)之函數，可表示為(3)其中K2：為常數n：0.5~2.

8、05-17(2)在不同系統壓力下，其蒸發速率E為：(4)其中TS：在系統壓力(P2)下之蒸氣溫度，℃T6：在蒸氣壓力(P1)水之沸騰溫度，℃而將(3)、(4)式取對數作圖，可求得在不同蒸氣壓力或系統壓力下，溫度對蒸發速率之關係。5-17三、實驗裝置5-17AbbeRefractometer一、利用校正片