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第五章 蒸发Evaporation 蒸发概述 一、蒸发器的结构 二、蒸发器的辅助装置 三、蒸发器的选型 概 述 本章教学要求 5.1 蒸发设备 一、循环型蒸发器 悬筐式蒸发器 外热式蒸发器 * * 第一节 蒸发设备 蒸发:使含有不挥发性溶质(通常为固体)的溶液沸腾汽化并移出蒸气,使其浓缩的单元操作称为蒸发。 工业上采用蒸发操作的主要目的: 1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理(如冷却结晶)制取固体产品; 2、同时浓缩溶液和回收溶剂; 3、为了获得纯净的溶剂,例如海水淡化等。 蒸发的特点 热量供给→汽化→热量衡算 蒸汽移出→浓缩→物料衡算 沸腾现象 溶液→沸点升高 传热速率方程 蒸发操作的分类 1、按操作压力可分为常压、加压和减压蒸发。 2、按效数分,可分为单效与多效蒸发。 3、按蒸发模式分,可分为间歇蒸发与连续蒸发。 蒸发操作是间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程,溶剂的汽化速率由传热速率控制。故蒸发器也是一种换热器,但又有别于一般换热器。 蒸发过程的特殊性 (1) 溶液中含有不挥发性溶质,故溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压为低(沸点高),相同条件下,蒸发溶液的传热温差就比蒸发纯溶剂的传热温差小; (2) 工业规模的蒸发量很大,需要耗用大量的加热蒸汽,应充分利用二次蒸汽(多效蒸发),降低过程的能量消耗; (3) 溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构。例如,易结垢或析出结晶的溶液,设计上应设法防止或减少垢层的生成,并应使加热面易于清洗。对热敏性,高粘度或强腐蚀性的物料,应设计或选择适宜结构的蒸发器。 1、掌握内容 (1)单效蒸发过程及其计算,如蒸发水量、加热蒸汽消耗量及传热面积计算;有效温度差及各种温度差损失的来由及其计算; (2)蒸发器的生产能力和生产强度及其影响因素. 2、熟悉内容 (1)真空蒸发的特点及其应用; (2)多效蒸发的流程及其计算要点; (3)蒸发操作效数限制及蒸发过程的节能措施; (4)蒸发过程的强化。 3、了解内容 (1)蒸发操作的特点及其在工业生产中的应用; (2)各种蒸发器的结构特点、性能及应用范围; (3)蒸发器的选型原则。 蒸发器 直接加热式 间接加热式 循环式(非膜式) 单程式(膜式) 1、 中央循环管式蒸发器 中央循环管式蒸发器主要由加热室、蒸发室、中央循环管和除沫器组成。蒸发器的加热器由垂直管束构成,管束中央有一根直径较大的管子,称为中央循环管,其截面积一般为管束总截面积的40%~100%。当加热蒸汽(介质)在管间冷凝放热时,由于加热管束内单位体积溶液的受热面积远大于中央循环管内溶液的受热面积,因此,管束中溶液的相对汽化率就大于中央循环管的汽化率,所以管束中的气液混合物的密度远小于中央循环管内气液混合物的密度。这样造成了混合液在管束中向上,在中央循 环管向下的自然循环流动。混合液的循环速度与密度差和管长有关。密度差越大,加热管越长,循环速度越大。但这类蒸发器受总高限制,通常加热管为1~2m,直径为25~75mm,长径比为20~40。 中央循环管蒸发器的主要优点是:结构简单、紧凑,制造方便,操作可靠,投资费用少。 缺点是:清理和检修麻烦,溶液循环速度较低,一般仅在0.5m/s以下,传热系数小。它适用于粘度适中,结垢不严重,有少量的结晶析出,及腐蚀性不大的场合。 中央循环管蒸发器 是中央循环管式蒸发器的改进。加热蒸气由中央蒸气管进入加热室,加热室悬挂在器内,可由顶部取出,便于清洗与更换。 适用于蒸发有晶体析出的溶液。 其主要特点是把加热器与分离室分开安装,不仅易于清洗、更换,同时还有利于降低蒸发器的总高度。这种蒸发器的加热管较长,且循环管又不被加热,它既利于提高传热系数,也利于减轻结垢。 这种蒸发器的循环速度可达1.5~5m/s。其优点是,传热系数大,利于处理粘度较大、易结垢、易结晶的物料。但该蒸发器的动力消耗较大 强制循环蒸发器 2、膜式(单程型)蒸发器 在单程型蒸发器中,物料沿加热管壁成膜状流动,一次通过加热器即达浓缩要求,其停留时间仅数秒或十几秒。另外,离开加热器的物料又得到及时冷却,因此特别适用于热敏性物料的蒸发。但由于溶液一次通过加热器就要达到浓缩要求,因此对设计和操作的要求较高。由于这类蒸发器的加热管上的物料成膜状流动,故又称膜式蒸发器。 膜式蒸发器 升膜蒸发器:适宜处理蒸发量大、热敏性、粘度不大及易起沫的溶液,但不适于高粘度、有晶体析出和易结垢的溶液。 刮板搅拌薄膜蒸发器:是一种适应性很强的新型蒸发器,例如对高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都适用。缺点是结构复杂,加热面积不大,且动力消耗大。 升-降膜蒸发器:多用于粘度变化大的溶液,或厂房高度有一定限制的场合。 降膜蒸发器:用于蒸发粘度较大,浓度较高的溶液,但不适于处理易结
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