（中職）化工生產(chǎn)單元操作拓展3蒸發(fā)教學(xué)課件熱量傳遞學(xué)習(xí)內(nèi)容蒸發(fā)方式蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)原理拓展單元操作3蒸發(fā)21、了解蒸發(fā)技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用；2、認(rèn)識(shí)蒸發(fā)設(shè)備和蒸發(fā)方法；3、掌握溶液沸點(diǎn)和蒸發(fā)熱量損失的相關(guān)知識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)與目的拓展單元操作3蒸發(fā)3任務(wù)1了解蒸發(fā)方法在生產(chǎn)中的應(yīng)用蒸發(fā)通常指液體的表面汽化現(xiàn)象。

在化工生產(chǎn)中，專(zhuān)指含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液受熱沸騰，蒸去溶劑而濃縮的過(guò)程，是一種屬于傳熱過(guò)程的單元操作。

蒸發(fā)是一種古老的操作，在《天工開(kāi)物》中記載著用大鍋熬鹵制鹽和榨汁制糖，就是蒸發(fā)的早期應(yīng)用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，蒸發(fā)在化工、食品、醫(yī)藥和核工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。4任務(wù)1了解蒸發(fā)方法在生產(chǎn)中的應(yīng)用5蒸發(fā)操作在各行各業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用，所涉及產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程也不計(jì)其數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)操作主要用于以下場(chǎng)合：①將溶液濃縮后,冷卻結(jié)晶，獲得固體產(chǎn)品；②獲得純凈的溶劑產(chǎn)品；③獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。但在生產(chǎn)過(guò)程中，由于產(chǎn)品不同、要求不同，雖然同是蒸發(fā)操作，但其蒸發(fā)過(guò)程也是不同的；采用的設(shè)備也是不盡相同。任務(wù)1了解蒸發(fā)方法在生產(chǎn)中的應(yīng)用6一、單效蒸發(fā)裝置及流程工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的單效蒸發(fā)流程如圖所示。蒸發(fā)器是由加熱室與分離室組成的，加熱室相當(dāng)于一個(gè)換熱設(shè)備，加熱介質(zhì)是蒸汽，而分離室則相當(dāng)于一個(gè)氣液分離設(shè)備。料液從加熱室是部進(jìn)入，在通過(guò)整個(gè)加熱室的過(guò)程中，料液接受熱量，水分汽化，濃縮后的料液從加熱室底部排出。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程7從料液中汽化出來(lái)的氣體稱(chēng)為二次蒸汽，從蒸發(fā)器頂部出來(lái)后進(jìn)入二次分離器，被蒸汽帶出的料液在這里被分離出來(lái)，料液再送回蒸發(fā)器中，蒸汽則進(jìn)入冷凝器，部分蒸汽被冷凝，經(jīng)過(guò)汽液分離器，冷卻水排出，氣體進(jìn)入真空泵后被抽出，使蒸發(fā)過(guò)程在較底壓力下進(jìn)行。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程8二、多效蒸發(fā)裝置及流程

蒸發(fā)操作中產(chǎn)生的二次蒸汽若不加以利用，能量利用就不合理，造成浪費(fèi)。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，并把若干個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱(chēng)為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。因此化工生產(chǎn)中的蒸發(fā)大多采用多效蒸發(fā)。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程9在多效蒸發(fā)中，各效的操作壓力依次降低，相應(yīng)地，各效的加熱蒸汽溫度及溶液的沸點(diǎn)亦依次降低。在多效蒸發(fā)中按溶液與蒸汽的流動(dòng)方向不同，多效蒸發(fā)有3種常見(jiàn)的加料流程。1．并流模式

三效蒸發(fā)并流加料流程，這是工業(yè)上最常見(jiàn)的并流加料模式，溶液經(jīng)過(guò)第1效的蒸發(fā)后繼續(xù)進(jìn)入第2效和第3效；二次蒸汽從第1效出來(lái)后也繼續(xù)進(jìn)入第2效和第3效，它們的流動(dòng)方向相同。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程10任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程11并流法的優(yōu)點(diǎn)是：料液從壓力和溫度較高的第1效蒸發(fā)器流向壓力和溫度較低的第3效蒸發(fā)器，故料液在各效間的流動(dòng)可以利用效間的壓力差進(jìn)行，而不需要泵送。同時(shí)，當(dāng)前一效溶液流入溫度和壓力較低的后一效時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自蒸發(fā)（閃蒸），因而可以多產(chǎn)生一部分二次蒸汽。此外，此法的操作簡(jiǎn)便，工藝條件穩(wěn)定。并流法的缺點(diǎn)是：隨著溶液從前一效逐效流向后面各效，其濃度增高，而溫度反而降低，致使溶液的粘度增加，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)下降。因此，對(duì)于隨濃度的增加其粘度變化很大的料液不宜采用并流。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程122．逆流模式逆流加料法的流程中溶液的流向與二次蒸汽的流動(dòng)方向相反，即加熱蒸汽由第一效進(jìn)入，從第3效離開(kāi)，而原料液由第3效進(jìn)入，由第一效排出。

逆流法的優(yōu)點(diǎn)是：隨溶液的濃度沿流動(dòng)方向的增高，其溫度也隨之升高。因此濃度增高使粘度增大的影響基本上與溫度升高使粘度降低的影響相互抵消，故各效溶液的粘度比較接近，各效的傳熱系數(shù)也大致相同。

逆流法的缺點(diǎn)是：溶液在效間的流動(dòng)是由低壓流向高壓，由低溫流向高溫，必須用泵輸送，故能量消耗大。此外，各效（末效除外）均在低于沸點(diǎn)下進(jìn)料，沒(méi)有自蒸發(fā)，與并流法相比，所產(chǎn)生的二次蒸汽量較少。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程13任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程143．平流模式平流法是指原料液同時(shí)從各效加入，濃縮液也分別從各效排出。蒸汽仍然是從第一效流向最后一效。此種流程適合于處理蒸發(fā)過(guò)程中有結(jié)晶析出的溶液。例如某些無(wú)機(jī)鹽溶液的蒸發(fā)，由于在蒸發(fā)過(guò)程中析出結(jié)晶而不便于在效間輸送，常采用此法。除以上三種基本操作流程而外，工業(yè)生產(chǎn)中有時(shí)還有一些其它的流程。在一個(gè)多效蒸發(fā)流程中，加料的方式可既有并流又有逆流，稱(chēng)為錯(cuò)流法。以三效蒸發(fā)為例，溶液的流向可以是3→1→2，亦可以是2→3→1。此法的目的是利用兩者的優(yōu)點(diǎn)而避免或減輕其缺點(diǎn)。但錯(cuò)流法操作較為復(fù)雜。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程15任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程16三、蒸發(fā)操作的壓力條件蒸發(fā)可在常壓、加壓或減壓下進(jìn)行。減壓蒸發(fā)也稱(chēng)為真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)：在低壓下操作，溶液沸點(diǎn)較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫差；可以利用低壓蒸汽作為熱源；對(duì)熱敏性物質(zhì)的蒸發(fā)也較為有利。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸汽溫度較高，可作為下一效的加熱蒸汽加以利用。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。任務(wù)2認(rèn)識(shí)蒸發(fā)裝置及流程171．強(qiáng)化途徑①適量增大傳熱溫度差。②增大總傳熱系數(shù)

盡量采用溶液沸騰時(shí)的傳熱系數(shù)、減少污垢熱阻等。在設(shè)計(jì)和操作時(shí)，需考慮不凝性氣體的排除，否則冷凝側(cè)熱阻將大大增加，使傳熱系數(shù)下降。沸騰側(cè)污垢熱阻常常是影響傳熱系數(shù)K的重要因素。易結(jié)晶或結(jié)垢的物料，往往很快形成垢層，從而使熱流量降低。為減小污垢熱阻，除定期清洗外，還可從設(shè)備結(jié)構(gòu)上改進(jìn)，，另外也可考慮新的除垢方法。拓展知識(shí)蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的強(qiáng)化182．單效和多效蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度比較：①由于多效蒸發(fā)時(shí)的溫度差損失較單效蒸發(fā)時(shí)大，故多效蒸發(fā)時(shí)的生產(chǎn)能力較小。②由于多效蒸發(fā)面積、溫度差損失大，故多效蒸發(fā)時(shí)的生產(chǎn)強(qiáng)度較小。③由于多效蒸發(fā)的總溫度差損失受總有效溫度差的限制，所以多效蒸發(fā)的效數(shù)也有一定的限制。④在多效蒸發(fā)中，效數(shù)增加，單位蒸汽消耗量減小，操作費(fèi)用降低；但裝置的投資費(fèi)增加；且生產(chǎn)能力降低。拓展知識(shí)蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的強(qiáng)化193．提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的其他措施①抽出額外蒸汽②冷凝水顯熱的利用③熱泵利用拓展知識(shí)蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的強(qiáng)化20一、溫度差損失溶液的沸點(diǎn)是根據(jù)四個(gè)因素來(lái)確定的。1．水的沸點(diǎn)。2．由于溶質(zhì)的存在，使溶液蒸汽壓降低，所以溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，二者之差稱(chēng)為溶液的沸點(diǎn)。3．在有些蒸發(fā)器中，沸騰液層保持一定高度，由于液體靜壓頭的影響，下部溶液的沸點(diǎn)高于液面處溶液的沸點(diǎn)。4．由于二次蒸汽由蒸發(fā)器流入冷凝器時(shí)存在流動(dòng)阻力，蒸發(fā)器內(nèi)的實(shí)際壓力略大于冷凝器的壓力，若計(jì)算中采用冷凝器內(nèi)二次蒸汽的溫度，就需要做相應(yīng)校正。拓展知識(shí)溶液的沸點(diǎn)和傳熱溫差損失21二、蒸發(fā)的傳熱溫度差理論傳熱溫度差：是指加熱蒸汽的溫度和二次蒸汽溫度的差值。有效傳熱溫度差：是指加熱蒸汽溫度和溶液沸點(diǎn)的差值。拓展知識(shí)溶液的沸點(diǎn)和傳熱溫差損失22蒸發(fā)裝置的核心設(shè)備是蒸發(fā)器，一般都是由加熱室和分離室（蒸發(fā)室）組成。一、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器1．結(jié)構(gòu)和原理

在加熱室部分裝有許多加熱管，中間有一根直徑較大的中央循環(huán)管。原料液進(jìn)入加熱室，被加熱并且沸騰汽化，由于中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大，而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，料液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動(dòng)，濃縮后的溶液（常稱(chēng)為完成液）從蒸發(fā)器底部排出。任務(wù)3認(rèn)識(shí)各種蒸發(fā)設(shè)備23蒸發(fā)室的結(jié)構(gòu)與流程：蒸發(fā)室內(nèi)沒(méi)有任何設(shè)置，料液汽化過(guò)程中產(chǎn)生的溶劑蒸汽稱(chēng)為二次蒸汽，二次蒸汽中有部分溶質(zhì)以液滴的方式存在，當(dāng)二次蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)室后，在重力的作用下，液滴狀的溶質(zhì)自然落下回到料液中，二次蒸汽再進(jìn)入蒸發(fā)器頂部的除沫器，將夾帶的液沫進(jìn)一步分離，最后經(jīng)冷凝器冷凝后排出。任務(wù)3認(rèn)識(shí)各種蒸發(fā)設(shè)備242．特點(diǎn)這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，有"標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器"之稱(chēng)。為使料液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積一般是其余加熱管總截面積的40%～100%；加熱管的高度一般為1～2m；加熱管徑多為25～75mm之間。溶液的循環(huán)流動(dòng)提高了沸騰的傳熱系數(shù)，強(qiáng)化了蒸發(fā)過(guò)程。蒸發(fā)過(guò)程所用的加熱介質(zhì)通常為水蒸汽，當(dāng)溶液的沸點(diǎn)很高時(shí)，可采用聯(lián)苯、融鹽等其他的高溫載熱體作為熱源。任務(wù)3認(rèn)識(shí)各種蒸發(fā)設(shè)備25二、懸筐式蒸發(fā)器1．結(jié)構(gòu)與流程：循環(huán)型的蒸發(fā)器的加熱室像個(gè)籃筐，懸掛在蒸發(fā)器的下部，加熱蒸氣由頂部引入，在管間加熱管內(nèi)的溶液。其原理和中央循環(huán)管式相同，循環(huán)速度比較大。2．特點(diǎn)：加熱室可由頂部取出，便于檢修和更換，適用于易結(jié)晶、結(jié)垢溶液的蒸發(fā)；熱損失較小。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面的金屬消耗量較多。任務(wù)3認(rèn)識(shí)各種蒸發(fā)設(shè)備26三、外熱式蒸發(fā)器1．結(jié)構(gòu)與流程：這種蒸發(fā)器是將加熱室與分離室獨(dú)立設(shè)置，料液從加熱室的底部進(jìn)入加熱管，加熱后再進(jìn)入分離室將氣液進(jìn)行分離，二次蒸汽從分離室頂部排出。2．特點(diǎn)：加熱室裝于蒸發(fā)器之外；采用了長(zhǎng)加熱管（管長(zhǎng)與管徑之比為50～100）；液體下降管（也稱(chēng)循環(huán)管）不再受熱；循環(huán)速度較大（可達(dá)1.5m/s）；加熱室便于清洗和更換。任務(wù)3認(rèn)識(shí)各種蒸發(fā)設(shè)備27四、列文式蒸發(fā)器1．結(jié)構(gòu)與流程：在加熱室之上增設(shè)2.7～5米高的沸騰室，由于沸騰室內(nèi)液柱靜壓力的作用，加熱管內(nèi)的溶液只升溫不沸騰，升溫后的溶液上升至沸騰室時(shí)，壓力降低，沸騰氣化。這樣可以使溶液的沸騰氣化由加熱室轉(zhuǎn)移到沸騰室，另外，其循環(huán)管的截面積約為加熱管總截面積的2～3倍，溶液流動(dòng)阻力小，因而循環(huán)速度可達(dá)1.5～2.5m/s。任務(wù)3認(rèn)識(shí)各種蒸發(fā)設(shè)備28

2．特點(diǎn)：可顯著減輕和避免加熱管表面的結(jié)晶和結(jié)垢，較長(zhǎng)時(shí)間不需要清洗，傳熱效果較好。由液柱靜壓力引起的溫度差損失較大，要求加熱蒸汽有較高的壓力；設(shè)備龐大，消耗材料多，需要高大的廠(chǎng)房。五、升膜式蒸發(fā)器溶液以液膜的形式一次通過(guò)加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。料液循環(huán)需用輸送設(shè)備來(lái)完成。1．結(jié)構(gòu)與流程：其加熱室由許多垂直長(zhǎng)管組成，常用管徑為25-50mm,管長(zhǎng)與管徑之比為100-150。被加熱后的料液自蒸發(fā)器底部進(jìn)入加熱管內(nèi)迅速氣化，在蒸汽的帶動(dòng)下，溶液沿管壁呈膜狀迅速上升，并繼續(xù)