化工原理蒸发.ppt

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1、第5章蒸发5.0概述5.1蒸发设备5.2单效蒸发5.3多效蒸发5.0概述在化工、轻工、食品、医药等工业中，通过化学反应或物理性操作过程经常得到一些含溶质的稀溶液，为了得到符合标准的产品，常将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。5.0.1蒸发分离的依据利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性使两者实现分离。5.0.2蒸发操作的目的获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程去除杂质。5.0.3蒸发操作的应用在工业上，有三种情况：(1)

2、制取液体产品。烧碱生产，蒸发18%的NaOH，到32%，作为成品碱；(2)生产固体产品。将稀溶液浓缩达到饱和状态，然后冷却使溶质结晶与溶液分离，从而获得固粒产品。例如，食盐精制、制糖、制药等。(3)制取纯溶剂。采用蒸发方法使溶剂汽化并冷凝，使不挥发性杂质分离而得到纯溶剂，例如海水淡化制取淡水等。本章仅讨论水溶液的蒸发。用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器，基本流程如图。蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，由加热室和分离室两部分组成。冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝

3、而除去。5.0.4蒸发的流程冷凝水加热蒸汽料液二次蒸汽完成液水冷却水不凝性气体1.加热室2.加热管3.中央循环管4.分离室5.除沫器6.冷凝器蒸发操作时，溶液由分离室底部加入，沿中央循环管流向加热室，在加热室垂直管束内通过时与饱和蒸汽间接换热，被加热至沸腾状态，汽液混合物沿加热管上升，达到分离室时蒸汽与溶液分离。为与加热蒸汽相区别，产生的蒸汽称为二次蒸汽，二次蒸汽进入冷凝器被除去。溶液仍在中央循环管与加热管中进行循环，当达到浓度要求后称为完成液，从蒸发器底部排出。冷凝水加热蒸汽料液二次蒸汽完成液水冷

4、却水不凝性气体1.加热室2.加热管3.中央循环管4.分离室5.除沫器6.冷凝器5.0.5蒸发的分类按操作压强分：加压蒸发、常压蒸发、真空蒸发真空蒸发的优点：1.减压下溶液沸点t1降低，使蒸发器的传热推动力Δt=T-t1增大，因而，对一定的传热量Q，可节省蒸发器的传热面积S。2.蒸发操作的热源可采用低压蒸汽或废热蒸汽，节省能耗。P↓,T↓,Δt一定，Q不变3.适于处理热敏性物料，即在高温下易分解、聚合或变质的物料。4.减少蒸发器的热损失。真空操作的缺点：1.溶液的沸点降低，使粘度增大，导致总传热系数下

5、降2.动力消耗大。因需要有造成减压的装置。按蒸发方式分：自然蒸发、沸腾蒸发自然蒸发：溶液在低于溶液沸点的温度条件下汽化。汽化只在溶液表面进行，汽化面积小，传热速率低，汽化速率低沸腾蒸发：溶液在沸腾条件下汽化。汽化发生在溶液的各个部位。汽化面积大，传热速率高，汽化速率高按二次蒸汽是否被利于分：单效蒸发、多效蒸发单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作多效蒸发：将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热的串联操作本章讨论沸腾传热5.0.6蒸发的特点蒸发的实质是传热。蒸发器也是一种换

6、热器。蒸发具有下述特点：传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。溶液性质：有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和产生泡沫；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。这些性质将影响设备的结构。溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下纯水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称为温度差损失，而且溶液浓度越高，温度差损失越大

7、泡沫挟带：二次蒸汽中常挟带大量泡沫，冷凝前必须设法除去。否则既损失物料，又污染冷凝设备。能源利用：蒸发时产生大量二次蒸汽，含有许多潜热，应合理利用这部分潜热。5.1蒸发设备5.1.1常用蒸发器的结构与特点蒸发器组成：加热室：加热溶液使之汽化分离室：分离二次蒸汽和完成液化工生产中常用的间接加热蒸发器按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型(非膜式)单程型(膜式)5.1.1.1循环型(非膜式)蒸发器循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶液浓度

8、接近于完成液浓度。根据引起循环运动的原因，分为自然循环和强制循环型蒸发器。自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生密度差而引起的循环运动强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动1.中央循环管式(标准式)蒸发器加热蒸汽：加热室管束环隙内溶液：管内。优点：溶液循环好传热效率高结构紧凑、制造方便、操作可靠缺点：循环速度低溶液粘度大、沸点高不易清洗适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液2.悬筐式蒸发器加热蒸汽：管间溶液：管内优点：溶液循环速度高，改善了管内