节能与多效蒸发课件

1、第四节 蒸发设备循环蒸发器 标准蒸发器 悬框式蒸发器 外加热式蒸发器 列文蒸发器 强制循环蒸发器蒸发设备单程型蒸发器升膜式蒸发器降膜式蒸发器 升-降膜式蒸发器刮板薄膜式蒸发器 蒸发器辅助设备蒸发设备辅助设备蒸发器加热室 分离室 除沫器（汽液分离器） 冷凝器 真空装置 蒸发设备用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器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而除去。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和单程型(不循环)。一、 蒸发器的型式与结构特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间

2、长，溶液浓度接近于完成液浓度。（一）循环型蒸发器由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型和强制循环型两类。自然循环型：强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 。由于溶液受热程度不同产生密度差引起。完成液二次蒸气料液加热蒸气冷凝水123451-外壳；2-加热室；3-中央循环管；4-蒸发室；5-除沫器中央循环管式蒸发器.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：加热室管束及中央循环管内，受热时，由于中央循环管单位体积溶液受热面小，使得溶液形成由中央循环管下降，而由其余加热管上升的循环流动。中央循环管料液加热蒸汽加热室由垂直管束组成，管束中央有一直径较大的管子。 循环产

3、生的原因：粗管降液管或中央循环管，其截面积为加热管总截面积40100 细管沸腾管或加热管，直径2575mm，长径比2040 细管内单位体积液体受热面大，受热良好，致使细管内汽液混和物比粗管内小，密度差促使溶液循环。(1) 中央循环管式（或标准式）蒸发器 优点：结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。缺点：（1）循环速度较低，管内流速0.5m/s；（2）溶液在加热室中不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液粘度大、沸点高，有效温度差小。（3）设备的清洗和维修也不够方便。其截面积一般为其它加热管总截面积的40100% 料液生蒸汽应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。2

4、.悬筐式蒸发器 加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部进入加热室，在管间放热加热管内溶液使其上升，而沿悬筐外壁与蒸发器内壁间环隙通道向下循环流动。 溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。溶液循环速度比标准式蒸发器大，可达1.5m/s。此蒸发器为中央循环管蒸发器的改进。加热蒸汽由中央蒸汽管进入加热室，加热室悬挂在器内，可取出，便于清洗及更换，循环通道由加热室与蒸发器外壳壁面内的环隙组成。1外壳2加热蒸气管3除沫器4加热室5液沫回流罐优点： 溶液循环速度高，改善了管内结构情况传热速率较高缺点：设备费高占地面积大加热管内

5、溶液滞留量大适于处理易结垢，有晶体析出的溶液蒸发室循环管加热室 加热室单独放置，好处之一是可以降低整个蒸发器的高度，便于清洗和更换；好处之二是可将加热管做得长些，循环管不受热，从而加速液体循环。循环速度可达1.5m/s。3 .外热式蒸发器 结构特点： 由于循环管内的溶液未受蒸汽加热，其密度较加热管内大，因此形成溶液沿循环管下降而沿加热管上升的循环运动，循环速度可达1.5m/s。加热室较长，其长径比为50100； 加热室和分离室分开。 物料的运动：优点：降低了整个蒸发器的高度，便于清洗和更换；循环速度较高，使得对流传热系数提高；结垢程度小。适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液 结构特点：加

6、热室上端有一段2.75m的圆形筒作沸腾室，致使加热管内要承受较大的液柱静压力，溶液只有上升到沸腾室内才能沸腾汽化，可以避免加热管内有晶体析出或结垢；沸腾室上方有纵向平行隔板，可限制汽泡长大。(4) 列文蒸发器 4.列文蒸发器 优点：流动阻力小循环速度高传热效果好加热管内不易堵塞缺点：设备费高厂房高，耗用金属多适于处理有晶体析出或易结垢的溶液 列文式蒸发器二次蒸汽加热蒸汽冷凝水料液完成液12376541-加热室；2-加热管；3-循环管；4-蒸发室5-除沫器；6-挡板；7-沸腾室5.强制循环型蒸发器 在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方向以较高的速度循环流动。强制循环蒸发器加热蒸气冷凝水完成液12

7、3451-加热室2-循环泵3-循环管4-蒸发室5-除沫器二次蒸气5.强制循环型蒸发器 优点：循环速度高晶体不易粘结在加热管壁对流传热系数高缺点：动力消耗大对泵的密封要求高加热面积小适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的溶液。（二）单程型(膜式)蒸发器溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发；整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。优点： 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室

8、，不进行循环。缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。结构：加热室由单根或多根垂直管组成，其长径比100150。 原理：原料液经预热至沸点或接近沸点后，由加热室底部引入管内，为高速上升的二次蒸气所带动，沿壁面边呈膜状流动，边进行蒸发，在加热室顶部可达到所需的浓度，完成液由分离室底部排出。 注意：溶液应预热至沸点或接近沸点后再引入蒸发器；二次蒸气在加热管内的速度不应小于10m/s，一般为2050m/s，减压下可高达100160m/s。1. 升膜蒸发器优点：溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特 别适用于热敏性物料的蒸发；整个溶液的浓度，不象循环型那样

9、总是接近于完 成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大缺点： 对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。 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。 结构：其加热室与升膜式蒸发器类似。 为了使溶液能在壁上均匀分布，且防止二次蒸气由加热管顶端直接窜出，加热管顶部必须设置加工良好的液体分布器。 原理：原料液由加热室顶部加入，竟管端的液体分布器均匀地流入加热管内，在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流，并进行蒸发。 2 . 降膜蒸发器料液是从蒸发器的顶部加入

10、，在重力作用下沿管壁成膜状下降，并在此过程中蒸发增浓，在其底部得到浓缩液。适于处理：浓度高、粘度较大（0.050.45 Pas）的溶液。不适于处理：易结晶、结垢的溶液。 这类蒸发器操作的关键是设置良好的液体分布器，以保证溶液均匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。结构：由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器底部封头内有一隔板，将加热管束均分为二。 溶液在升膜和降膜蒸发器内的情况完全相同。该蒸发器适于处理粘度变化大的溶液，或厂房高度有一定限制的场合。如果蒸发过程溶液的粘度变化较大，建议采用常压操作。 原理：原料液在预热器中加热达到或接近沸点后，引入升膜加热管束的底部，汽液混合物经管束由顶部流入降膜

11、加热管束，然后转入分离器，完成液由分离器底部取出。3 . 升降膜式蒸发器预热室升膜加热室降膜加热室4.刮板薄膜式蒸发器 溶液由蒸发器上部沿切线方向加入，在重力和旋转刮板带动下，在加热管内壁上形成旋转下降的液膜，在下降过程中通过接收加热管外加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发，底部得到完成液，二次蒸汽上升至顶部经分离器后进入冷凝器。缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小，处理能力低。 适于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板，刮板端部与加热管内壁间隙固定在0.751.5mm之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分布在加热管内壁面上。常用蒸发器传热系数K的经验值蒸发器

12、的型式总传热系数K, W / (m2K)标准式（自然循环）6003000标准式（强制循环）12006000悬筐式6003000升膜式12006000降膜式12003500（三） 蒸发器的选型选型时，一般考虑以下原则：溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度变化的情况，是选型时很重要的因素。高粘度的溶液应选用对其适应性好的蒸发器，如强制循环型、降膜式、刮板搅拌薄膜式等；溶液的热稳定性：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器有晶体析出的溶液：选用溶液流动速度大的蒸发器，以使晶体在加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、强制循环蒸发器有腐蚀性的溶液：蒸发此种物料，加热管

13、采用特殊材质制成，或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用浸没燃烧蒸发器。易发泡的溶液：泡沫的产生，不仅损失物料，而且污染蒸发器，应选用溶液湍动程度剧烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。易结垢的溶液：蒸发器使用一段时间后，就会有污垢产生，垢层的导热系数小，从而使传热速率下降。应选用便于清洗和溶液循环速度大的增大器，如悬筐式、强制循环式、浸没燃烧式等。溶液的处理量：溶液的处理量也是选型时应考虑的因素。处理量小的，选用尺寸较大的单效蒸发，处理量大的，选用尺寸适宜的多效蒸发4 . 蒸发器的改进与研究（1） 研制开发新型高效蒸发器这方面工作

14、主要从改进加热管表面形状等思路出发来提高传热效果，例如板式蒸发器等，它的优点是传热效率高、液体停留时间短、体积小、易于拆卸和清洗，同时加热面积还可根据需要而增减。又如表面多孔加热管，双面纵槽加热管，它们可使沸腾溶液侧的传热系数显著提高。（）改善蒸发器内液体的流动状况这方面的工作主要有：其一是设法提高蒸发器循环速度，其二是在蒸发器管内装入多种形式的湍流元件。前者的重要性在于它不仅能提高沸腾传热系数，同时还能降低单程气化率，从而减轻加热壁面的结构现象。后者的出发点，则是使液体增加湍动，以提高传热系数。还有资料报道向蒸发器管内通入适量不凝性气体，增加湍动，以提高传热系数。（3） 改进溶液的性质 近年

15、来，通过改进溶液性质来改善蒸发效果的研究报导也不少。例如，加入适量表面活性剂，消除或减少泡沫，以提高传热系数；也有报导，加入适量阻垢剂可以减少结垢，以提高传热效率和生产能力；在醋酸蒸发器溶液表面，喷入少量水，可提高生产能力和减少加热管的腐蚀，以及用磁场处理水溶液提高蒸发效率等。（4） 优化设计和操作许多研究者从节省投资、降低能耗等方面着眼，对蒸发装置优化设计进行了深入研究，他们分别考虑了蒸汽压力，冷凝器真空度，各效有效传热温差，冷凝水闪蒸，热损失以浓缩热等综合因素的影响，建立了多效蒸发系统优化设计的数学模型。应该指出，在装置中采用先进的计算机测控技术，这是使装置在优化条件下进行操作的重要措施。

16、二、蒸发器的辅助设备（一）除沫器（汽液分离器） 蒸发操作时产生的二次蒸汽，在分离室与液体分离后，仍夹带大量液滴，尤其是处理易产生泡沫的液体，夹带更为严重。为了防止产品损失或冷却水被污染，常在蒸发器内（或外）设除尘器。 图中（a）（d）直接安装在蒸发器顶部，（e）（g）安装在蒸发器外部。作用：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。型式：（二）冷凝器和真空装置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用气液直接接触的混合式冷凝器，如逆流高位冷凝器。真空装置：排除少量不凝性气体，维持蒸发所需要的真空度。水环式真空泵、喷射泵、往复式真空泵。冷凝器 冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有间壁式和直接接触式两种，倘若二次蒸汽为需回收的有价值物料或会严重污染水源，则应采用间壁式冷凝器，否则通常采用直接接触式冷凝器。后一种冷凝器一般均在负压下操作，这时为将混合冷凝后的水排出，冷凝器必须设置得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。真空装置