第六章 蒸发与结晶设备.ppt

第六章 蒸发与结晶设备 第一节 蒸发 一、蒸发定义 二、蒸发分类 三、蒸发设备 第一节 蒸发 一、蒸发定义 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。 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。 蒸发浓缩必须满足的条件： 充足的加热热源 保证二次蒸汽迅速排出 一定的热交换面积 二、蒸发的分类 （一）按操作压力分： 常压蒸发 真空蒸发（减压蒸发） 真空蒸发的优点： （１）降低物料的沸腾温度； （２）提高热源与物料间的温度差，加速蒸发过程； （３）为二次蒸汽的利用创造条件，可采用双效、多效真空蒸发； （４）蒸发器损失减少。 真空操作的缺点： （１）溶液的沸点降低，使粘度增大，导致总传热系数下降 （２）动力消耗大。因需要有造成减压的装置 （二）按蒸发方式分： 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 本章讨论沸腾传热 （三）按二次蒸汽是否被利于分： 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 三、蒸发设备 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。 加热室由传热管组成，中央设置一循环管，加热用的饱和水蒸汽在加热室管间冷凝放热用于对管内水溶液进行加热； 分离室在加热室上部，为一圆筒结构，使受热上升的溶液在此汽化并将汽液分离。 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而除去。 ? 第二节 真空蒸发设备 真空蒸发浓缩：溶液在真空状态，较低温度下即沸腾、溶剂汽化。 薄膜蒸发：让溶液在蒸发设备的加热器内以很薄的液层通过，溶液就会很快受热升温、汽化而浓缩，浓缩的溶液迅速离开加热表面。 薄膜蒸发器的分类： （１）管式薄膜蒸发器　 升膜式蒸发器 形成的液膜与蒸发的汽流的方向相同，由下而上的并流上升。 降膜式蒸发器 形成的液膜与蒸发的汽流的方向相同，由上而下并流下降。 升降膜式蒸发器 将同一蒸发器的加热管分成两程，溶液先以升膜式进行蒸发，再以降膜式进行蒸发。 （２）刮板式蒸发器 （３）离心式薄膜蒸发器 １液膜形成过程 1）溶液在加热的管子内由下而上运动时，在管壁的液体受热温度升高，密度下降，而管子中心的液体温度变化较小，管内液体产生图a所示的自然对流运动。 2）当温度升到相应沸腾温度时，溶液便开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连续的液相中。由于蒸汽的密度小，故气泡通过液体而上升（图b)。 3）当温度不断上升，气泡大量增加，蒸汽气泡互相碰撞，小气泡聚合成较大的气泡于管子中部上升，气泡增大，气体上升的速度则加快，最后形成柱状（图c,d,e）。 4 ）当蒸汽所产生的气泡很多，流速很快，蒸汽占据了整个管子中部空间，液体只能分布于管壁，形成环形液膜，液膜上升是靠高速蒸汽对流层的拖带而形成，称为“爬膜”现象（图f)。 如果液膜上升的速度赶不上溶液蒸发速度，加热管上的液膜将会出现局部被干燥、结疤、结垢、结焦等现象（图g,h)。 溶液在加热管中出现爬膜的条件是足够传热温差和传热强度，使蒸发的蒸汽和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升。 料液经预热器加热至接近沸点的温度后加入器底。由于器内处于真空状态下，料液又经过预热，因此器底的料液很容易受热汽化，蒸汽在管内以很高的速度上升，并夹带着部分还未汽化的料液以液膜的形式沿着管内壁上升，且边上升边被浓缩。被蒸汽带出的浓缩液在器顶的汽－液分离器中进行分离，二次蒸汽在分离器顶部被引出并在冷凝器中冷凝，浓缩液在分离器底部被引入浓缩液槽。 3 适用范围：　 适于处理蒸发量较大的稀溶液，热敏性和易生泡沫的溶液； 不适于浓度高、粘度大、有晶体析出溶液的蒸发。 　 （二）降膜式蒸发器 　　料液由顶部经液体分布装置均匀分布后进入加热管中以液膜状下降。随着液膜的下降，部分料液被汽化，蒸出的二次蒸汽由于管顶有料液封住，所以只能随着液膜往管底排出而在分离器中进行分离。 适用范围： 适于处理浓度、粘度较大的溶液 不适于处理易结晶、结垢的溶液。 （三）升降膜式蒸发器 稀溶液先经过升膜区的浓缩，进入器顶，进行汽液重新分布后，初步浓缩后粘度较大的溶液再经过降膜区，进一步浓缩，然后引入分离器进行汽－液分离。 适于处理浓缩过程中粘度变化大的溶液、厂房有限制的场合。  刮板式蒸发器是通过旋转的刮板使料液形成液膜的蒸发设备。 刮板式蒸发器工作过程 料液从进料管以稳定的流量进入随轴旋转的分配盘中，在离心