蒸发浓缩工艺课件

蒸发浓缩概述蒸发设备

多效蒸发器节能措施

一概述

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。

定义：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。（一）基本概念

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。（二）蒸发流程稀溶液（料液）经过预热加入蒸发器。蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室，在管外用加热蒸汽加热管内的溶液，并使之沸腾汽化，经溶缩后的完成液从蒸发器底部排出。蒸发器的上部为蒸发室，汽化所产生的蒸汽在蒸发室及其顶部的除沫器中将其中夹带的液沫易于分离，然后送往冷凝器被冷凝而除去。一概述加热溶液使溶剂汽化—蒸发器不断除去气化的蒸发溶剂—冷凝器通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。水蒸气热源水蒸气蒸发时蒸汽加热蒸汽二次蒸汽蒸发流程的两个必要的组成部分：二次蒸汽溶剂S溶质A（不挥发）溶剂S加热一概述（三）蒸发操作的特点①溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。②能耗较大：蒸发操作所汽化的溶剂量较大，需要消耗大量的加热蒸气。因此需要考虑热量的利用的问题。③溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等等。需要根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备。一概述（四）蒸发操作的分类多效蒸发：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。1.按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发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。一概述2.按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽可直接排放在大气中，但会造成大气污染，适用于临时性或小批量的生产。加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加热蒸汽的压力较高。

优点：

(1)传热温度差Δtm↑；

(2)可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽；

(3)可防止热敏性物料变质或分解；

(4)沸点温度低，减少热损失。缺点：真空装置，需消耗动力和增加设备适用于处理热敏性物料。减压蒸发：沸点低一概述3.按操作过程是否连续分:间歇蒸发，连续蒸发

间歇蒸发

:一次加料→最终X1出料或连续加料维持液面，X1一次出料。溶液浓度和沸点随时间改变，为不稳定操作，适于小规模，多品种的场合。连续蒸发:稳定操作，适于大规模的生产过程。一概述二蒸发浓缩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。二蒸发浓缩设备１.中央循环管式式(标准式)蒸发器加热蒸汽：加热室管束环环隙内溶液：加热室管束及及中央循环管管内，受热时时，由于中央央循环管单位位体积溶液受受热面小，使使得溶液形成成由中央循环环管下降，而而由其余加热热管上升的循循环流动。中央循环管料液加热蒸汽优点：溶液循环好；；传热效率高高；结构紧凑凑、制造方便便、操作可靠靠缺点：循环速度低；；溶液粘度大大、沸点高；；不易清洗适于处理结垢垢不严重、腐腐蚀性小的溶溶液二蒸发浓缩设备2.悬筐式蒸发器器加热室像个筐筐，悬挂在蒸蒸发器壳体的的下部，可由由顶部取出。。加热蒸汽由由壳体上部进进入加热室，，在管间放热热加热管内溶溶液使其上升升，而沿悬筐筐外壁与蒸发发器内壁间环环隙通道向下下循环流动。。优点：溶液循环速度度高，改善了了管内结构构情况传热速率较高高缺点：设备费高占地面积大加热管内溶液液滞留量大适于处理易结垢，，有晶体析出出的溶液二蒸发浓缩设备3.外热式蒸发器器优点：降低了整个蒸蒸发器的高度度，便于清洗洗和更换；循环速度较高高，使得对流流传热系数提提高；结垢程度小。。这种蒸发器将将加热室与分分离室分开，，采用较长的的加热管。适于处理易结结垢、有晶体体析出、处理理量大的溶液液二蒸发浓缩设备4.列文蒸发器特点是在加热室上上部设置沸腾腾室，加热室室中的溶液因因受到附加液液柱的作用，，必须上升到到沸腾室才开开始沸腾，这这样避免了溶溶液在加热管管中结垢或析析出晶体。优点：流动阻力小循环速度高传热效果好加热管内不易易堵塞缺点：设备费高厂房高，耗用用金属多适于处理有晶体析析出或易结垢垢的溶液二蒸发浓缩设备5.强制循环型蒸蒸发器在加热室设置置循环泵，使使溶液沿加热热室方向以以较高的速度度循环流动。。优点：循环速度高晶体不易粘结结在加热管壁壁对流传热系数数高缺点：动力消耗大对泵的密封要要求高加热面积小适于处理粘度大，，易结垢、有有晶体析出的的溶液。二蒸发浓缩设备（二）单程型型(膜式)蒸发器溶液在蒸发器器中的停留时时间很短，因因而特别适用用于热敏性物物料的蒸发；；整个溶液的浓浓度，不象循循环型那样总总是接近于完完成液的浓度度，因而这种种蒸发器的有有效温差较大大。溶液在蒸发器器中只通过加加热室一次，，不作循环流流动。溶液通通过加热室时时，在管壁上上呈膜状流动动，故习惯上上又称为液膜膜式蒸发器。。用于热敏性、、高粘性、易易结垢产品的的浓缩、蒸馏馏或提纯。优点：二蒸发浓缩设备适于处理蒸发发量较大的稀稀溶液，热敏敏性和易生泡泡沫的溶液；；不适于浓度高高、粘度大、、有晶体析出出溶液的蒸发发。1.升膜蒸发器原理：溶液预热到接接近沸点时由由蒸发器底部部送入，进入入加热管时立立即受热沸腾腾汽化，溶液液在高速上升升的二次蒸汽汽带动下，沿沿管壁边呈膜膜状向上流动动边蒸发。到到达分离室后后，完成液与与二次蒸汽分分离后由分离离室底部排出出。二蒸发浓缩设备2.降膜蒸发器溶液预热后由由加热室顶部部加入，经管管端的液体分分布器均匀分分配在各加热热管内，在重重力作用下沿沿管内壁呈膜膜状向下流动动，并进行蒸蒸发。汽液混混合物从管下下端流出，在在分离器内进进行汽液分离离后完成液由由分离室底部部排出。适于处理：浓度高高、粘度较大大（0.05～0.45Pa·s）的溶液。不适于处理：易结结晶、结垢垢的溶液。。二蒸发浓缩设备这类蒸发器器操作的关键是设置良好好的液体分分布器，以以保证溶液液均匀成膜膜和防止二二次蒸汽从从加热管顶顶部穿出。。二蒸发浓缩设备3.升－降膜式式蒸发器蒸发器由升升膜管束和和降膜管束束组合而成成，蒸发器器的底部封封头内有一一隔板，将将加热管束束分成两部部分。溶液液由升膜管管束底部进进入，流向向顶部，然然后从降膜膜管束流下下，进入分分离室，得得到完成液液。适于处理浓缩过过程中粘度度变化大的的溶液、厂厂房有限制制的场合预热室升膜加热室降膜加热室二蒸发浓缩设备4.刮板薄膜式式蒸发器溶液由蒸发发器上部沿沿切线方向向加入，在在重力和旋旋转刮板带带动下，在在加热管内内壁上形成成旋转下降降的液膜，，在下降过过程中通过过接收加热热管外加热热蒸汽夹套套中蒸汽冷冷凝热量而而被不断蒸蒸发，底部部得到完成成液，二次次蒸汽上升升至顶部经经分离器后后进入冷凝凝器。缺点：结构复杂，，动力消耗耗大，传热热面积小，，处理能力力低。适于处理易结晶晶、易结垢垢、高粘度度的溶液它是在加热热管内部安安装一可旋旋转的搅拌拌刮板，刮刮板端部与与加热管内内壁间隙固固定在0.75～1.5mm之间，依靠靠刮板的作作用使溶液液成膜状分分布在加热热管内壁面面上。二蒸发浓缩设备1.直接加热蒸蒸发器（浸浸没燃烧式式）优点：结构简单，，不需要固固定的传热热面，热利利用率高适于处理易结垢垢、易结晶晶或有腐蚀蚀性的溶液液。不适于处理不能被被燃烧气污污染及热敏敏性的溶液液。（三）其它它蒸发器将一定比例例的燃烧气气与空气直直接喷入溶溶液中，燃燃烧气的温温度可高达达1200～1800℃℃，由于气、、液间的温温度差大，，且气体对对溶液产生生强烈的鼓鼓泡作用，，使水分迅迅速蒸发，，蒸出的二二次蒸汽与与烟道气一一同由顶部部排出。二蒸发浓缩设备2.螺旋管蒸发发器在螺旋加热热管中，要要被蒸发的的液体从顶顶部流向底底部，同时时，沸腾膜膜与蒸汽并并流流动，，由于加热热管当然螺螺旋形状，，在中等高高度的设备备中可以容容纳很长的的管子，经经过很长的的管道流动动中产生的的蒸汽对液液膜施加一一个很高的的剪切力。。为此，弯弯曲的螺旋旋管将引起起二次流，，二次流被被施加在沿沿管轴的流流动上，这这此作用可可促进湍流流并强化高高粘情况下下的热传递递。适用于达到高浓浓度和高粘粘度。为获获得高的蒸蒸发比，这这类蒸发器器在高温度度差下和单单程操作。。二蒸发浓缩设备1.并流流程又称为顺流流加料加料料流程，是是工业上最最常见的加加料模式。。（一）多效效蒸发流程程蒸汽流动方方向：1→2→3溶液流动方方向：1→2→3①料液可自动动流入下一一效，无需需泵输送；；②溶液会发发生闪蒸而而产生更多多的蒸汽；；③传热推动力力依次减小小；④K依次减小；；并流多效蒸发三多效蒸发器器优、缺点：：①料液需需用泵送入入下一效；；②传热推动力力较为均匀匀；2.逆流流程：：蒸汽流动方方向：3→2→1溶液流动方方向：1→2→3逆流多效蒸蒸发三多效蒸发器器P123①各效独立进进料，传热热状况均较较好；②物料停留留时间较短短3.平流流程：：平流流程优优、缺点：：适于：粘度随温温度和浓度度变化较大大的溶液蒸蒸发三多效蒸发器器4.错流流程：：P二次蒸汽123本流程的特特点是在各各效间兼用用并流和逆逆流加料法法。优、缺点：①兼有并、逆流的优点；②操作复杂；适于：料液粘度随浓度显著增加的场合。溶液流向：

3→1→2

或2→3→1蒸汽流向：1→2→3三多效蒸发器器（二）多效效蒸发的经经济性及效效数限制1.加热蒸汽的的经济性效数单效双效三效四效五效（D/W）min的理论值10.50.330.250.2（D/W）min的实测值1.10.570.40.30.27多效蒸发单单位生蒸汽汽消耗量D/W比单效蒸发发小，操作费比单单效蒸发小小；说明蒸发同同样数量的的水分，采采用多效蒸蒸发时为小小，可节省省生蒸汽用用量，提高高生蒸汽的的利用率。三多效蒸发器器2.多效蒸发效效数的限制制设备的费用用是随着效数数的增加而而增加的；；随着效数的的增多，（（D/W）min下降的幅度度不断减小小