化工原理第六章-.蒸发设备

6.

蒸发1、本章学习的知识点蒸发过程基本原理；溶液沸点升高与杜林规则；液柱静压对溶液沸点的影响；温差损失；单效蒸发计算（包括水分蒸发量、蒸汽消耗量、有效温度差及传热面积）；多效蒸发操作流程及原理；多效蒸发优化设计概念；蒸发器的生产能力、生产强度；强化蒸发过程及提高加热蒸汽经济程度的措施；蒸发器的分类、结构、特点及选用。2、本章学习的重点溶液沸点升高与杜林规则；单效蒸发原理及计算；提高加蒸汽经济程度的措施；蒸发器的结构及选用。3、本章学习的难点单效蒸发计算。7.蒸发6.1

概述一、概念

蒸发——含有不挥发性溶液在沸腾条件下受热，使部分溶剂汽化为蒸汽的操作。蒸发操作的基本概念：加热蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽单效蒸发多效蒸发常压蒸发加压蒸发减压蒸发7.蒸发6.1

概述二、蒸发操作的工程目的1、获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。2、蒸发—结晶联合操作以获得固体溶液3、脱除杂质，制取纯净的溶剂。三、蒸发操作的特点

目的：物质的分离

实质：热量传递。特点：含有不挥发溶液的沸腾传热。7.蒸发6.1

概述1、浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使K下降。(要求：蒸发器的结构应防止或减少结垢，且加热面易清洗。)2、溶液的物性对蒸发器的设计提出特殊要求。比如：7.蒸发对热敏性溶质，要求高温下停留时间较短。浓度增加

粘度大大增大，要求特殊结构。3、需大量汽化热（如何节能？

应考虑的重要问题。）4、对于水溶液的蒸发，加热蒸汽温位>二次蒸汽的温位在指定p下，溶质的存在造成溶液沸点高7.1概述7.蒸发传热温差主要原因四、经济性及节能措施1、经济性每1kg加热蒸汽所能蒸发的水量，W/D。蒸发操作的经济性很大程度上取决于二次蒸汽的利用。2、节能措施(1)多效蒸发(2)额外蒸汽的引出(3)二次蒸汽的再压缩(4)冷凝水热量利用返回7.2蒸发设备7.2.1蒸发器7.2.2蒸发器的传热系数7.2.3蒸发辅助设备7.蒸发返回6.2.1

蒸发器结构：加热室、流动（或循环）通道、汽液分离空间。按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。一、循环型蒸发器

特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。由于引起循环运动的原因不同。有分为自然循环型和强制循环型两类。

自然循环：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。

强制循环：用泵迫使溶液沿一定方向流动。7.蒸发6.2.1

蒸发器1、垂直短管式（又称为中央循环管式），也称为标准式蒸发器(1)结构：外壳、加热室、中央循环管、蒸发室、除沫器(2)特点：7.蒸发①蒸汽走壳程，溶液走管程，d中>d管，A中=(40~100)%A横总②细管中单位体积A大，含汽率高中央循环管单位体积A小，含汽率低有组织循环6.2.1

蒸发器2、外加热式特点：(1)加热管长，给热系数增大(2)循环管不再受热，密度差大

强化循环7.蒸发加热室蒸发室6.2.1

蒸发器3、强制循环蒸发器7.蒸发加热室蒸发室6.2.1

蒸发器二、单程蒸发器（适宜热敏性物料）物料一次通过加热面即可完成浓缩要求，离开加热管的溶液及时加以冷却。1、升膜式原理：热的料液自蒸发器底部进入加热管内迅速气化，在蒸气的带动下，溶液沿管壁呈膜状迅速上升，并继续蒸发，当到达分离室和二次蒸气分离后即可得到完成液。

不适宜粘度>50mPa.s，易结晶，结垢料液。7.蒸发6.2.1

蒸发器2、降膜式其结构原理与升膜式类似。区别在于：料液在蒸发器顶部加入，底部得到完成液；加热管顶部装有液体分布器，以使液体成膜；对浓度较高，粘度较大溶液也适用；结构较复杂。适宜粘度50~450mPa.s。不易结晶的料液。7.蒸发降膜式液体分布6.2.1

蒸发器3、旋转刮板式蒸发器—为高粘度溶液的蒸发而设计间隙式刮板、转子式刮板主要特点：籍外力强制料液膜状流动缺点：结构复杂，制造要求高，加热面积不大，且需消耗一定动力。7.蒸发返回6.2.2

蒸发器的传热系数一、热阻分析7.蒸发1、很小。需注意定期排放不凝性气体2、可忽略。金属薄壁，3、Ri取决于管内液体运动状况溶液的性质6.2.2

蒸发器的传热系数7.蒸发Ri降低的措施①定期清理加热管②u管增大③加微量热阻垢剂④结晶物料，加少量晶种，使结晶尽可能在溶液主体中析出4、管内沸腾给热热阻

主要取决于沸腾液体的流动情况。结论：对于清洁的加热面(Ri很小)，K主要受影响。二、管内汽液两相流动形式1、气泡流；2、塞状流；3、翻腾流；4、环状流；5、雾流6.2.2

蒸发器的传热系数7.蒸发结论：为提高全管长的平均，应尽可能扩大环状流动的区域。6.2.2

蒸发器的传热系数三、管内沸腾给热1、预热区：单相对流给热，壁

溶液，α小7.蒸发2、沸腾区：L，气泡多

气泡在管中心连成柱状

气泡快速流动带动管壁四周的液膜向上流动

达到最大值3、湿蒸汽区：L足够大，液膜被蒸干，汽流裹挟雾滴流动

返回6.2.3

蒸发器辅助设备蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。一、除沫器籍液滴运动的惯性撞击金属物或壁面而被捕获集，尽可能完全分离二次蒸汽夹带许多液沫。

丝网式除沫器的分离效果最好。7.蒸发7.2.3蒸发器辅助设备除沫器

丝网式除沫器的分离效果最好。7.蒸发7.2.3蒸发器辅助设备二、冷凝器因为二次蒸汽多为水蒸汽，所以一般情况下以使用混合式冷凝器居多。7.蒸发逆流高位混合式冷凝器（常负压操作）大气腿真空泵：抽不凝性气体6.2.3

蒸发器辅助设备三、疏水器作用：防止加热蒸汽和冷凝水一起排出加热室外。形式：(1)热动力式(2)