POLYTECHNIC 第七章蒸发 71概述 在化工、轻工、食品、医药等工业中,通过化学反应或物 理性操作过程经常得到一些含溶质的稀溶液,为了得到符 合标准的产品,常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。 7.1.1蒸发分离的依据 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 INNER +获得浓缩的溶液,直接作为成品或半成品 SASITY POLYTEC 7.12蒸发操作的目的 >脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程NcuN 去除杂质。 2021年2月23日 之 160
160 2021年2月23日 第七章 蒸发 7.1 概 述 在化工、轻工、食品、医药等工业中，通过化学反应或物 理性操作过程经常得到一些含溶质的稀溶液，为了得到符 合标准的产品，常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。 7.1.1 蒸发分离的依据 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。 7.1.2 蒸发操作的目的 Ø获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品 Ø脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程 Ø去除杂质
0713蒸发操作的应用大 在工业上,有三种情况:蕌 MONGOLIA 含有约18%的Na,通过蒸发方法在除去大部分水的同时,M (1)制取液体产品。例如电解食盐水得到的NaOH稀溶液中, 将NaC结晶而分离除去,得到规定的液碱产品;蕌YEc (2)生产固体产品。将稀溶液浓缩达到饱和状态,然后冷却 使溶质结晶与溶液分离,从而获得固粒产品。例如,食盐精 制、制糖、制药等。蕌 (3)取纯溶剂。采用蒸发方法使溶剂汽化并冷凝,使不挥 发性杂质分离而得到纯溶剂,例如海水淡化制取淡水等 vI109 ALISUEAIN R MONGOL IA IVERSITY POLYTEC 被蒸发的溶液可以是水溶液,也可以是其它溶液,而工业上 处理的溶液大多为水溶液,所以本章仅讨论水溶液的蒸发 2021年2月23日 OLYIECHNIC UNIVER 之 260
260 2021年2月23日 7.1.3 蒸发操作的应用 在工业上，有三种情况： (1)制取液体产品。例如电解食盐水得到的NaOH稀溶液中， 含有约18%的NaCl，通过蒸发方法在除去大部分水的同时， 将NaCl结晶而分离除去，得到规定的液碱产品； (2)生产固体产品。将稀溶液浓缩达到饱和状态，然后冷却 使溶质结晶与溶液分离，从而获得固粒产品。例如，食盐精 制、制糖、制药等。 (3)制取纯溶剂。采用蒸发方法使溶剂汽化并冷凝，使不挥 发性杂质分离而得到纯溶剂，例如海水淡化制取淡水等。 被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其它溶液，而工业上 处理的溶液大多为水溶液，所以本章仅讨论水溶液的蒸发
71.4蒸发的流程 1加热室2加热管 用来进行蒸发的设备主要是蒸3中央循环管 发器和冷凝器,基本流程如图。 4分离室5.除沫 不凝性气体 6泠凝器 冷却水 束过壁视和泰 接 二次蒸汽 换被热猞沸腾获忝然 汽漏命铷漲堀热管室 达缈分离案賊燕洧与溶潑分 离水游姗热蒸汽相区别,T料液 产生的蒸汽称为热钦蒸流, 3 濒蒸汽笾鋹冷凝被除去。加热蒸汽 溶裟的雀收痍猫环倖貊叛 冷凝水 管建循环,当达到浓度 冷凝而除去 OLYTECHNIC UNIVE 完成液 水 2021年2月23日 ,360
360 2021年2月23日 用来进行蒸发的设备主要是蒸 发器和冷凝器，基本流程如图。 Ø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。 q加热室由传热管组成， 中央设置一循环管，加热 用的饱和水蒸汽在加热室 管间冷凝放热用于对管内 水溶液进行加热； q分离室在加热室上部， 为一圆筒结构，使受热上 升的溶液在此汽化并将汽 液分离。 Ø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。 7.1.4 蒸发的流程 蒸发操作时，溶液由分离室 底部加入，沿中央循环管流 向加热室，在加热室垂直管 束内通过时与饱和蒸汽间接 换热，被加热至沸腾状态， 汽液混合物沿加热管上升， 达到分离室时蒸汽与溶液分 离。为与加热蒸汽相区别， 产生的蒸汽称为二次蒸汽， 二次蒸汽进入冷凝器被除去。 溶液仍在中央循环管与加热 管中进行循环，当达到浓度 要求后称为完成液，从蒸发 器底部排出。 冷凝水 加热蒸汽 料液 二次蒸汽 完成液 水 冷却水 不凝性气体 1.加热室 2.加热管 3.中央循环管 4.分离室 5.除沫器 6.冷凝器
0715蒸发的分类)大 1 按操作压强分:加压蒸发、常压蒸发、真空蒸发 真空蒸发的优点: 1减压下溶液沸点t降低,使蒸发器的传热推动力AtT 增大,因而,对一定的传热量Q,可节省蒸发器的传 热面积S 2蒸发操作的热源可采用低压蒸汽或废热蒸汽,节省能 耗 P,TAt一定,Q不变 3适于处理热敏性物料,即在高温下易分解、聚合或变 质的物料。 0cgs14减少蒸发器的热损失 真空操作的缺点: INNER MONGOL IA 1溶液的沸点降低,使粘度增大,导致总传热系数下降 2动力消耗大。因需要有造成减压的装置 2021年2月23日 OLYTECHNIC 460
460 2021年2月23日 7.1.5 蒸发的分类 Ø按操作压强分：加压蒸发、常压蒸发、真空蒸发 真空蒸发的优点： 1.减压下溶液沸点t1降低，使蒸发器的传热推动力Δt=Tt1增大，因而，对一定的传热量Q，可节省蒸发器的传 热面积S。 2.蒸发操作的热源可采用低压蒸汽或废热蒸汽，节省能 耗。 P↓,T ↓,Δt一定，Q不变 3.适于处理热敏性物料，即在高温下易分解、聚合或变 质的物料。 4.减少蒸发器的热损失。 真空操作的缺点： 1.溶液的沸点降低，使粘度增大，导致总传热系数下降 2.动力消耗大。因需要有造成减压的装置
POLYTECHNIC 按蒸发方式分:自然蒸发、沸腾蒸发 口自然蒸发:溶液在低于溶液沸点的温度条件下汽化 汽化只在溶液表面进行,汽化面积小,传热速率低,汽 化速率低 sp口沸腾蒸发:溶液在沸腾条件下汽化。汽化发生在溶液 的各个部位。汽化面积大,传热速率高,汽化速率高 按二次蒸汽是否被利于分:单效蒸发、多效蒸发 口单效蒸发:将玉次蒸汽直接冷凝,而不利用其冷凝热 的操作 口多效蒸发:将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽, 01s以利用其冷凝热的串联操作 INNER MIONGOL IA OLYTECHNIC UNIVERSITY POLYTECHVC UN 本章讨论沸腾传热》 2021年2月23日 之 560
560 2021年2月23日 Ø按蒸发方式分：自然蒸发、沸腾蒸发 q自然蒸发：溶液在低于溶液沸点的温度条件下汽化。 汽化只在溶液表面进行，汽化面积小，传热速率低，汽 化速率低 q沸腾蒸发：溶液在沸腾条件下汽化。汽化发生在溶液 的各个部位。汽化面积大，传热速率高，汽化速率高 Ø按二次蒸汽是否被利于分：单效蒸发、多效蒸发 q单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热 的操作 q多效蒸发：将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽， 以利用其冷凝热的串联操作 本章讨论沸腾传热
071.6蒸发的特点大 1 从蒸发的过程可以看出,蒸发操作总是从溶液中分离出部 分溶剂,而过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另 侧的溶液沸腾间的传热过程,溶剂的汽化速率由传热速率 控制,故蒸发属于热量传递过程。同时,蒸发器也是一种 换热器。但泰发操作和设备与般的传热过程有所不同 蒸发具有下述特点: NER C U ≯传热性质:传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝,另一侧 为溶液进行沸腾,故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程 01>溶液性质:有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢"YC 和产生泡沫;溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大,腐蚀性 OLYTECHNIC UNIVERSITY POLTOCHNIO 逐渐加强。这些性质将影响设备的结构 2021年2月23日 之 660
660 2021年2月23日 7.1.6 蒸发的特点 从蒸发的过程可以看出，蒸发操作总是从溶液中分离出部 分溶剂，而过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一 侧的溶液沸腾间的传热过程，溶剂的汽化速率由传热速率 控制，故蒸发属于热量传递过程。同时，蒸发器也是一种 换热器。但蒸发操作和设备与一般的传热过程有所不同。 蒸发具有下述特点： Ø传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧 为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。 Ø溶液性质：有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢 和产生泡沫；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性 逐渐加强。这些性质将影响设备的结构
POLYTECHNIC 溶液沸点的改变(升高:含有不挥发溶质的溶液,其蒸汽 压较同温度下纯水的低,即在相同的压强下,溶液的沸点 高于纯水的沸点,所以当加热蒸汽一定时,蒸发溶液的传 热温度差要小于蒸发水的温度差,两者之差称为温度差损 蒸发溶液温度差;△t= TA ECHNIC UNIVERSITY PO么 失,而且溶液浓度越高,温度差损失越大 R 蒸发纯水温度差:△t=TT P一定时,t>T∴△tA A⊥泡沫挟带:二次蒸汽中常挟带大量泡沫,冷凝前必须设C 法除去。否则既损失物料,又污染冷凝设备。 ≯能源利用:蒸发时产生大量二次蒸汽,含有许多潜热, 它应合理利用这部分潜热 2021年2月23日 OLYTECHNIC UNIVER 之 760
760 2021年2月23日 Ø溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽 压较同温度下纯水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点 高于纯水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传 热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称为温度差损 失，而且溶液浓度越高，温度差损失越大 蒸发溶液温度差：Δt=T-t 蒸发纯水温度差：ΔtT=T-T’ ∵ P一定时， t > T’ ∴ Δt< ΔtT Ø泡沫挟带：二次蒸汽中常挟带大量泡沫，冷凝前必须设 法除去。否则既损失物料，又污染冷凝设备。 Ø能源利用：蒸发时产生大量二次蒸汽，含有许多潜热， 应合理利用这部分潜热
POLYTECHNIC 72常用蒸发器的结构与特点 ITY POLYTECH 7.2蒸发设备 蒸发器组成 口加热室:加热溶液使之汽化 口分离室:分离二次蒸汽和完成液 MONGOL 化工生产中常用的间接加热蒸发器按加热室的结构和操作CN 721循环型(非膜式)蒸发器数 TECHNIC UNIVERSITY P 时溶液的流动情况,分为两大类 口循环型(非膜式) 口单程型(膜式)蕌 INNER MONGOL IA 溶液在蒸发器内停留时间长,溶液浓度接近于完成浓浓度。R 循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动 1根据引起循环运动的原因,分为自然循环和强制循环型蒸 发器 口自然循环:由于溶液在加热室不同位置上的受热程度 不同,产生密度差而引起的循环运动 口强制循环:依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 2021年2月23日 OLYTECHN 860
860 2021年2月23日 7.2 蒸发设备 7.2.1 常用蒸发器的结构与特点 蒸发器组成： q加热室：加热溶液使之汽化 q分离室：分离二次蒸汽和完成液 化工生产中常用的间接加热蒸发器按加热室的结构和操作 时溶液的流动情况，分为两大类： q循环型(非膜式) q单程型(膜式) 7.2.1.1 循环型(非膜式)蒸发器 循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动， 溶液在蒸发器内停留时间长，溶液浓度接近于完成液浓度。 根据引起循环运动的原因，分为自然循环和强制循环型蒸 发器。 q自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度 不同，产生密度差而引起的循环运动 q强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动
杆中央循环管式(标准式蒸发器蕌 加热室由垂直管束组成,管束中心有一根直径 较大的中央循环管,其截面积为其余加热管总 截面积的40%~100%,如图 TECHN 一二次燕汽 加热蒸汽:加热室管束环隙内 溶液:加热室管東及中央循环管内,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 原料液一 优点: 口溶液循环好 ITY POLY TECHIC →加热藤汽 口传热效率高 冷凝水 口结构紧凑、制造方便、操作可靠 缺点 完成液 口循环速度低 口溶液粘度大、沸点高 IN图51中央循环管式蒸发器 1加热室2—分离室 口不易清洗 适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液 2021年2月23日 OLYTECHN 之 960
960 2021年2月23日 1中央循环管式(标准式)蒸发器 加热室由垂直管束组成，管束中心有一根直径 较大的中央循环管，其截面积为其余加热管总 截面积的40%～100%，如图。 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。 优点：q溶液循环好 q传热效率高 q结构紧凑、制造方便、操作可靠 缺点：q循环速度低 q溶液粘度大、沸点高 q不易清洗 适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液
02悬筐式蒸发器) 加热室像个筐,悬挂在蒸发器壳体 二次燕汽 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。 一加热蒸汽 优点: 3 口溶液循环速度高,改善了管内 口传热速率较高1PO质~ 结构情况 缺点 冷凝水 口设备费高 0s口占地面积大 口加热管内溶液滞留量大1 适于处理易结垢,有晶体析出 完成液 p的溶液 OLYTECHNIC UNIVERSI 图52悬筐蒸发器 1一加热室2—分离室3除沫器4—环形循环通道 2021年2月23日 1060
1060 2021年2月23日 2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。 优点：q溶液循环速度高，改善了管内 结构情况 q传热速率较高 缺点：q设备费高 q占地面积大 q加热管内溶液滞留量大 适于处理易结垢，有晶体析出 的溶液