蒸发02246.ppt

第十二章 蒸发 （一）、蒸发的定义 使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。 （二）、加热蒸气和二次蒸气 蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸气。 （三）、分类 1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发 单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。 多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。 （四）蒸发操作的特点 1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。 2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。 3、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。 4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。 5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。 二、蒸发的基本流程 两个必要组成部分： 加热使溶液沸腾汽化 不断排除水蒸气 与其相应的设备：蒸发器、冷凝器 三、溶液的沸点升高和温度差损失 溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。 对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。 稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 传热温度差损失 蒸发操作中，当加热蒸气温度一定时，由于溶液的沸点升高，使蒸发器中的传热有效温度差小于未考虑沸点升高时理论上的传热温度差，由于沸点升高使传热温度差降低，故溶液的沸点升高又称为传热的温度差损失。 在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。 蒸发过程中引起温度差损失的原因有： （1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′ 液体的蒸汽压和温度之间存在着对应的关系，一般来说，蒸汽压下降，温度也就下降。 （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″ 液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。 （3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 四、蒸发工艺的确定 首先必须了解热敏性成分在不同的温度和时间等条件下的损失率，在此基础上，通过试验充分了解料液的性质，对于确定蒸发工艺也是必须的。 蒸发设备的选型是确定蒸发工艺的关键步骤。 应考虑以下因素 （1）料液的性质 （2）工程技术要求 （3）公用系统的情况 五、蒸发器的生产能力和生产强度1、蒸发器的生产能力 蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量表示。其生产能力的大小取决于通过传热面积的传热速率Q，因此也可以用蒸发器的传热速率来衡量生产能力。 进料状况影响蒸发器的生产能力： (1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力； (2)沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水分，其生产能力有所增加； (3)高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。 2 、蒸发器的生产强度 蒸发器的生产强度是指单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，单位为kg/(m2·h)，常采用生产强度U作为衡量蒸发器性能的标准。 六、多效蒸发1、多效蒸发原理 多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。 一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。 1、多效蒸发原理 强调：蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发器的生产能力大。 错误观点：多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。 2、多效蒸发流程（1） 顺流法 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。 优点： 在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间流动不需用泵； 料液的沸点依效序递降，使前效料进入后效时放出显热，供一部分水汽化； 料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对热敏性物料有利。 缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在后二效中尤为严重。 （2） 逆流法 料液与蒸气流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸气的流向仍是由第一效顺序至末效。 优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，