1、注意啦，上课啦,第五章 蒸发,学习目标【知识目标】1、理解蒸发操作的原理2、掌握蒸发操作的方式及其适用范围3、了解蒸发器的结构及其分类【能力目标】1、学会根据蒸发器的性质选择适合的蒸器2、学会应用物料衡算、热量衡算及传热数 率方程进行相关的计算3、培养通过单效蒸发的定义来理解多效蒸发的举一反三的能力,任务一 初步认识蒸发,蒸发是分离液态均相系的单元操作之一。这种操作是将溶液加热，使其中部分（或全部）溶剂气化并不断除去以提高溶液中溶质的浓度。被蒸发的溶液由挥发性溶剂和不挥发性溶剂所成，因此蒸发也是挥发性溶剂和不挥发性溶剂的分离过程。用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。,一、 蒸发的分类按操作温度可
2、分为自然蒸发和沸腾蒸发。 自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点时汽化 仅发生在溶剂的表面。沸腾蒸发是使溶液中 的溶剂在沸点时汽化，不仅发生在溶液的表 面还发生在溶液的内部，因此沸腾蒸发的数 率远大于自然蒸发的数率。工业的蒸发操作 大多采用沸腾蒸发。,按操作压强可分为加压蒸发、常压蒸发 和减压（真空）蒸发。为了保持产品生产过 程的系统压强则需自加压状态下蒸发。对于 热敏性物料为了保证其产品质量必须在较低 温度下蒸发浓缩则需采用真空操作以降低溶 液的沸点。但由于沸点降低而且造成真空， 需要增加设备和动力。故，一般无特殊要求 的溶液则采用常压蒸发。,二、蒸发过程的特点蒸发属于传热过程但又有别于一般的传热
3、过程，具有下述特点:（1）传热性质：属于壁面两侧均有相变化的恒温传热过程（2）溶液性质：在蒸发过程中溶液的黏度逐渐增大，腐蚀性逐 渐增强。有些在蒸发的过程中有晶体析出、结晶等等。（3）溶液沸点的改变：还有不挥发性溶质的溶液其蒸汽压较同 温度下溶剂的蒸汽压低。溶液浓度越高这种现象越明显。（4）泡沫夹带：溶剂蒸气中夹带大量泡沫冷凝前必须设法去。 否则不但损失物料，而且污染冷凝设备。（5）能源利用:蒸发中产生大量的溶剂蒸汽，如何利用溶剂的蒸 汽热是蒸发过程中要考虑的关键问题之一。,三、蒸发进行的条件及应用维持稳定蒸发的必要条件是热能的不断 供给和生成整齐的不断排除。蒸发操作主要 是采用饱和水蒸汽进行
4、间接加热。进行蒸发 操作时还必须随时排除因汽化而生成的溶剂 蒸汽。否则会影响汽化的数率以致汽化不能 继续进行。溶剂蒸汽一般用冷凝的方法排除蒸汽广泛应用于化工、食品、医药、海 水淡化等生产领域,任务二 了解蒸发器及辅助设备蒸发器种类繁多、结构各异，但都是由加热 室和分离式两部分组成。下面介绍几种蒸发设 备：1、 循环型（非膜式）蒸发器其特点是溶液 在蒸发器中循环流动可以提高传热效果。主要 有两种：中央循环管式（标准式）蒸发器、悬 筐式蒸发器。2、单程型（膜式）蒸发器其特点是溶液流过加热 室一次即可达到所需的浓度且溶液在馆内呈膜装流 动。主要有两种：升膜式蒸发器、降膜式蒸发器。,任务三 认识循环型
5、蒸发器,1、中央循环管式蒸发器这种蒸发器的特点是结构简单、 操作可靠、投资费用少。但溶液的 循环速度较低且因溶液的循环使蒸 发器中溶液的浓度总是接近完成液 的浓度所以溶液的黏度大、沸点高 影响了传热效果。此蒸发器适用于 大量稀溶液的蒸发，不适用于处理 热敏性的溶液。,2、悬筐式蒸发器它是中央循环管式蒸发器的 一种改良，其加热管束可以取出 用备用管束替代，节约清理时间 。又由于通道截面积及周边长均 比中央循环管大，改善和加速了 料液的循环，从而改善了在加热 管内的结垢现象提高了传热效果 。适用于有晶体析出或结垢不严 重的溶液蒸发。缺点是设备重量 大，占地面积大，溶液滞流量大。,任务四 认识单成型
6、蒸发器,1、升膜式蒸发器升膜式蒸发器又称长管蒸发器，其加热 室由很长的管束组成。料液在加热馆内沸 腾和流动情况对长管蒸发器的蒸发效果有 很大的影响。经分析以柱状流动的传热系 数最大，为此一般在进入蒸发器前使料液 预热接近到沸点状态（比沸点低两度左右 ）以便进入加热管就达到沸点状态。同时 应保持一定的上升蒸汽速度奖励熬夜拉成 膜状。适用于蒸发量大、热敏性极易生泡 沫的溶液，不适用于有结晶析出或易结垢 的溶液 。,2、降膜式蒸发器降膜式蒸发器在每跟加热管 的顶部必须设置降膜分布器，以 保证溶液呈膜状下降。其产生膜 状流动的原因是由于重力的作用 及液体对管壁的浸润力使溶液成 膜状沿管壁下流。她不取决
7、于蒸 汽的数度因此此蒸发器适用于蒸 发量较小的场合以及浓度、黏度 较大的场合。不适用于易结晶或 易结垢的溶液,3、升降模式蒸发器工业上常把升降两种蒸发器 联合使用，如升降模式 蒸发器。升降模式蒸发 器一般用于在蒸发过程 中浓度变化较大或厂 房高度有一定限制的 场合。,4、刮板式薄膜蒸发器这是一种利用外加动力 成膜的蒸发器。只用于处理 易结晶、易结垢、高粘度或 热敏性溶液。他的结垢复杂 动力消耗大。只能用在传热 面积较小的场合。,任务五 了解蒸发的辅助设备,除沫器的工作原理主要是利用液沫的惯性 达到企业分离的目的。,任务六 了解蒸发的方式 1、单效蒸发溶液在蒸发时，所产生的二次蒸汽不再利用或 被
8、用于蒸发器以外的操作称为单效蒸发。 2、真空（负压）蒸发蒸发操作再减压的条件下及蒸发器内的压 强低于大气压的操作称为真空（减压）发。 3、多效蒸发将几个蒸发器顺次连接起来协同操作以实现二次蒸汽的 在利用，从而提高加热蒸汽利用率的操作称为多效蒸发。,任务七 掌握单效蒸发的计算,1、溶剂的蒸发量如图所示的单效蒸发器易 溶质为基准做物料衡算：,2、加热蒸汽的消耗量加热蒸汽消耗量可通过热量横算来确定。如不计 溶液的浓缩热并设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排 出则热量衡算是为：由于不计溶液的浓缩热，则 则上式可改为,D 为加热蒸汽消耗量 H 为加热蒸汽的焓为二次蒸汽的焓 T 为加热蒸汽的饱和温度为原料液的
9、温度为溶液的沸点温度为原料的比热为溶剂的比热为水的比热为蒸发器的热损失,如果原料液在沸点下进入蒸发即 ， 并忽略蒸发器的热损失，则式 可简化为 或r 为加热蒸汽的汽化潜热为二次蒸汽的汽化潜热e 为单位蒸汽消耗量,3、蒸发器的传热面积蒸发器的传热面积可根据传热数率方程求 得，即式中的热负荷要根据热量衡算求取，显然传热系数K值大多根据实测数据或经 验值来选定。对于传热温度差一般可认为蒸发 过程是间壁两侧的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的 恒温传热，故,4、温度差损失在蒸汽操作中当加热蒸汽温度一定，蒸发溶液的热 温度差必小于在相同压强下蒸发纯溶剂时的传热温度 差，两者的差值称为温度差损失：为传热温度差为加热
10、蒸汽的温度为溶液的沸点与蒸发器操作压强相对应的二次蒸汽饱和温度造成温度差损失的原因有三个：（1）由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失（2）由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失（3）由于管道流体阻力产生的压强降所引起的,任务八 掌握真空蒸发的流程,1、图为真空蒸发的流程示意图。 2、真空蒸发的优点（1）真空蒸发的温度低，适用于处理 易分解、聚合、或变性的热敏性物料。（2）蒸发操作的热源可以采用低压 蒸汽或废气，提高了热能的利用率（3）可以减少蒸发器的传热面积（4）可以减少蒸发器的传热面积 3、真空蒸发的缺点（1）在减压下，溶液的沸点降低粘度会增大，而导致蒸发器总传热系 数下降（2）需要有一套真
11、空系统并消耗一定能量保持真空度,任务九 掌握多效蒸发的流程,根据原料加入方法不同可分为顺流、逆流 和平流三种形式 1、顺流加料顺流加料溶液流向与 蒸汽流向相同。其优点：（1）此流程装置不许用泵就能 从前效吸入后效（2）可产生较多的二次蒸汽（3）可减少热量损失其缺点是传热系数会降低所以对黏度随浓度增大而迅速增 大的溶液不易采用此法,2、逆流加料此法的优点在于随着溶液浓度的增大 操作温度也随着升高，故各效 溶液的黏度较为接近使各效 的传热系数也大为相同缺点是各效溶液间需用泵输 送增加设备和能量的消耗， 无自行蒸发现象，产生的二次 蒸汽量较少。此法一般适用于处理黏度 随温度增大和浓度变化较大的溶液而
12、不是用于处理热 敏性物料。,3、平流加料此法适用于在蒸发过程中同时 又结晶析出的场合，或用于 对稀溶液稍加浓缩的场合缺点是每效皆处于最大 浓度下进行蒸发所以溶液黏 度大导致传热牺牲于较小， 同时个小温度差损失较大降 低了设备的蒸发生产能力。,任务十 理解影响蒸发器生产强度的因素,蒸发器单位时间内单位传热面上所能蒸发 的溶剂量，称为蒸发器的生产强度U 如果为沸点进料且不计蒸发器的热损失及浓缩热， 则由上式可看出欲提高蒸发器的生产强度，必须设法 提高蒸发器的传热温度差和传热系数。经分析可知提高蒸发器生产强度的主要途径是增大传热系数在处理有结晶析出的物料时可加入少两晶体使晶 体竟可能在溶液主体中进行而不是在加热面上析出从而 增大传热系数提高蒸发器的生产强度,Thank you!,THATS ALL,
