福州大学化工原理电子教案蒸发 74蒸发设备 蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备 741蒸发器 蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多样的形式,以适应 各种生产工艺的不同要求。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 (1)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。 加热蒸汽 自然循环:由于溶液受热程度不同产生密度差引起 加热蒸汽 强制循环:用泵迫使溶液沿一定方向流动 ①垂直短管式 垂直短管式蒸发器的一种典型结果如图72所示。加热室由管径为 冷凝水 Φ25~75mm,长1~2mm的垂直列管组成,管外(壳程)通加热蒸汽,管東 中央有一根直径较大的管子,其截面为其余加热管截面的40%100%液体 在管内受热沸腾,产生气泡。细管内单位体积的溶液受热面较大,汽化后的 完成液 气液混合物中含器汽率高;中央粗管内单位体积溶液受热面小,因而含汽率 低。于是细管内汽液两相混合物的平均密度小于中央粗管,从而造成流体在 图7-2中央循环管式蒸发器 一外壳;2如焦室:3肀央桶环管 细管内向上,粗管内向下的有组织的循环运动,循环流动的速度可达 4一发室:5一除沫器 0.1~0.5m/s。中央粗管的存在,促进了蒸发器内流体的流动,通常称此管为 中央循环管,这种蒸发器称为中央循环管式蒸发器。 ②热式加热室与蒸发室分开 如图73为常用的外热式蒸发器,其主要特点是采用了长加热管(管长与直径之比D=50-100 且液体下降管(又称循环管),不再受热。这样有利于液体在器内的循环,循环速度可达1.5m/s。以上两 种都是自然循环蒸发器。 二次蒸汽 加热蒸汽 完成液 热蒸汽 冷凝水 料液 原料液 1加热室;2-蒸发室 循环管 加热管;2-循环泵:3-循环管 4-蒸发室:5-除沫器 图7-3外管式蒸发器 图7-4强制循环型蒸发器
福州大学化工原理电子教案 蒸发 - 1 - 7.4 蒸发设备 蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备 7.4.1 蒸发器 蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多样的形式，以适应 各种生产工艺的不同要求。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。 （1）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 ① 垂直短管式 垂直短管式蒸发器的一种典型结果如图 7-2 所示。加热室由管径为 25~75mm，长 1~2mm 的垂直列管组成，管外（壳程）通加热蒸汽，管束 中央有一根直径较大的管子，其截面为其余加热管截面的 40%~100%。液体 在管内受热沸腾，产生气泡。细管内单位体积的溶液受热面较大，汽化后的 气液混合物中含器汽率高；中央粗管内单位体积溶液受热面小，因而含汽率 低。于是细管内汽液两相混合物的平均密度小于中央粗管，从而造成流体在 细管内向上，粗管内向下的有组织的循环运动，循环流动的速度可达 0.1~0.5m/s。中央粗管的存在，促进了蒸发器内流体的流动，通常称此管为 中央循环管，这种蒸发器称为中央循环管式蒸发器。 ② 热式加热室与蒸发室分开 如图 7-3 为常用的外热式蒸发器，其主要特点是采用了长加热管（管长与直径之比 = 50 ~ 100 D l ）， 且液体下降管（又称循环管），不再受热。这样有利于液体在器内的循环，循环速度可达 1.5m/s。以上两 种都是自然循环蒸发器
福州大学化工原理电子教案蒸发 ③循环蒸发器 自然循环蒸发器的流体循环动力有限,在蒸发粘稠溶液时流动速度过低,为提髙循环速度,可采用泵 进行强制循环(如图7-4),循环速度可达1.8-5m/s。提高蒸发器内液体的循环速度的重要性不仅在于提高 沸腾给热系数,其主要目的在于降低单程汽化率。在同样蒸发能力下(单位时间的溶剂汽化量),循环速 度愈大,单位时间通过加热管的液体量越多,溶液一次通过加热管后,汽化的百分数(汽化率)也愈低。 这样,溶液在加热壁面附近的局部浓度增髙现象可减轻,加热面上结垢现象可以延缓。溶液浓度愈髙,为 减少结垢所需的循环速度愈大。 (2)单程型蒸发器 循环型蒸发器的共同特点蒸发器内料液的滞留量大,物料在高温下停留时间长,对热敏性物料不利 在单程型蒸发器中,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,受热时间 大为缩短,因此对热敏性物料特别适宜。 ①膜式蒸发器 NG二次蒸汽 加热蒸汽 二次蒸汽 魔包个二次蒸汽 加热蒸汽 冷水 W完成液 完成液 1-蒸发器:2-分离室;3-布膜器 1-发器:2-分离室料液 完成液 图7-5升膜式蒸发器 图7-6降膜式蒸发器 图7-8刮板薄膜蒸发器 图7-5所示升膜式蒸发器,这种蒸发器的加热管束可长达3~10m。溶液由加热管底部进入,经一段距 离的加热,汽化后,管内气泡逐渐增多,最终液体被上升的蒸汽拉成环状薄膜,沿管壁运动,汽液混合物 由管口高速冲出。被浓缩的液体经汽液分离即排出蒸发器。此种蒸发器需要妥善地设计和操作,使加热管 内上升的二次蒸汽具有较高的速度,从而获得较高传热系数,使溶液一次通过加热即达预定的浓缩要求。 在常压下,管上端出口速度以保持20~50m/s为宜。 适用于:蒸发量大(较稀的溶液),热敏性及易起泡的溶液 不适用于:高粘度,易结晶、结垢的溶液 ②降膜式蒸发器 如图7-6所示降膜式蒸发器。料液由加热室顶部加入,经液体分布器分布后呈膜状向下流动。汽液混 合物由加热管下端引出,经汽液分离即得完成液。为使溶液在加热管内壁形成均匀液膜,且不便二次蒸汽 由管上端窜出,须良好地设计液体分布器。 适用于:粘度大的物料 不适用于:易结晶的物料,固形成均匀的液膜较难,K不高
福州大学化工原理电子教案 蒸发 - 2 - ③ 循环蒸发器 自然循环蒸发器的流体循环动力有限，在蒸发粘稠溶液时流动速度过低，为提高循环速度，可采用泵 进行强制循环（如图 7-4），循环速度可达 1.8~5m/s。提高蒸发器内液体的循环速度的重要性不仅在于提高 沸腾给热系数，其主要目的在于降低单程汽化率。在同样蒸发能力下（单位时间的溶剂汽化量），循环速 度愈大，单位时间通过加热管的液体量越多，溶液一次通过加热管后，汽化的百分数（汽化率）也愈低。 这样，溶液在加热壁面附近的局部浓度增高现象可减轻，加热面上结垢现象可以延缓。溶液浓度愈高，为 减少结垢所需的循环速度愈大。 （2）单程型蒸发器 循环型蒸发器的共同特点蒸发器内料液的滞留量大，物料在高温下停留时间长，对热敏性物料不利。 在单程型蒸发器中，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，受热时间 大为缩短，因此对热敏性物料特别适宜。 ① 膜式蒸发器 图 7-5 所示升膜式蒸发器，这种蒸发器的加热管束可长达 3~10m。溶液由加热管底部进入，经一段距 离的加热，汽化后，管内气泡逐渐增多，最终液体被上升的蒸汽拉成环状薄膜，沿管壁运动，汽液混合物 由管口高速冲出。被浓缩的液体经汽液分离即排出蒸发器。此种蒸发器需要妥善地设计和操作，使加热管 内上升的二次蒸汽具有较高的速度，从而获得较高传热系数，使溶液一次通过加热即达预定的浓缩要求。 在常压下，管上端出口速度以保持 20~50m/s 为宜。 适用于：蒸发量大（较稀的溶液），热敏性及易起泡的溶液。 不适用于：高粘度，易结晶、结垢的溶液。 ② 降膜式蒸发器 如图 7-6 所示降膜式蒸发器。料液由加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。汽液混 合物由加热管下端引出，经汽液分离即得完成液。为使溶液在加热管内壁形成均匀液膜，且不便二次蒸汽 由管上端窜出，须良好地设计液体分布器。 适用于：粘度大的物料 不适用于：易结晶的物料，固形成均匀的液膜较难， K 不高
福州大学化工原理电子教案蒸发 ③刮片式蒸发器 如图7-8所示。专为高粘度溶液的蒸发而设计。料液自顶部进入蒸发器后,在刮板的搅动下分布于加 热管壁,并呈模式旋转冋下流动。汽化的二次蒸汽在加热管上端无夹套部分被旋刮板分去液沫,然后由上 部抽出并加以冷凝,浓缩液由蒸发器底部放出 特点:借外力强制料液呈膜状流动,可适应高粘度,易结晶、结垢的浓溶液蒸发 缺点:结构复杂,制造要求高,加热面不大,且需要消耗一定的动力 742蒸发器的传热系数 (1)蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻可由下式计算 R K ①管外蒸汽冷凝热阻一般很小,但须注意及时排除加热室中不凝性气体,否则不凝性气体在加热 1 室内不断积累,将使此项热阻明显增加 ②管壁热阻一一般可以忽略; ③管内壁液一侧的垢层热阻R取决于溶液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的方法是定 期清理加热管,加快流体的循环速度,或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层;在处理有结晶析出的物料时可 加入少量晶种,使结晶尽可能地在溶液的主体中,而不是在加热面上析出: ④管内沸腾给热阻亠—主要决定于沸腾液体的流动情况 (2)管内汽液两相流动形式 (3)管内沸腾给热 743辅助设备 蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。具体的结构与设计可自己看书或是査阅相关 资料,在课程设计中还会详细用到
福州大学化工原理电子教案 蒸发 - 3 - ③ 刮片式蒸发器 如图 7-8 所示。专为高粘度溶液的蒸发而设计。料液自顶部进入蒸发器后，在刮板的搅动下分布于加 热管壁，并呈模式旋转向下流动。汽化的二次蒸汽在加热管上端无夹套部分被旋刮板分去液沫，然后由上 部抽出并加以冷凝，浓缩液由蒸发器底部放出。 特点：借外力强制料液呈膜状流动，可适应高粘度，易结晶、结垢的浓溶液蒸发 缺点：结构复杂，制造要求高，加热面不大，且需要消耗一定的动力 7.4.2 蒸发器的传热系数 （1）蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻可由下式计算 1 2 1 1 1 = + + Ri + K a ① 管外蒸汽冷凝热阻 1 1 一般很小，但须注意及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝性气体在加热 室内不断积累，将使此项热阻明显增加； ② 管壁热阻 a 一般可以忽略； ③ 管内壁液一侧的垢层热阻 Ri 取决于溶液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的方法是定 期清理加热管，加快流体的循环速度，或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析出的物料时可 加入少量晶种，使结晶尽可能地在溶液的主体中，而不是在加热面上析出； ④ 管内沸腾给热阻 2 1 主要决定于沸腾液体的流动情况。 （2）管内汽液两相流动形式 （3）管内沸腾给热 7.4.3 辅助设备 蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。具体的结构与设计可自己看书或是查阅相关 资料，在课程设计中还会详细用到