《蒸发设备图例.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒸发设备图例.ppt（110页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、蒸发设备图例,蒸发概念,蒸发：溶液的浓缩。将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾使溶剂气化，并将形成的蒸汽不断移除，从而提高溶液浓度的工艺过程。蒸发器：实现蒸发操作的设备。有直接加热式和间接加热式，后者常用。间接加热蒸发器组成包括：加热室和分离室两部分。加热室：完成对溶液的加热并使溶剂部分气化。分离室：将二次蒸汽中夹带的液滴沉降分离。,蒸发基本概念1,加热蒸汽：蒸发器的热源蒸汽，由蒸汽锅炉产生。也称新鲜蒸汽。二次蒸汽：溶剂气化而形成的蒸汽。该部分蒸汽必须不断地被移除出蒸发器，以避免在蒸发器内形成气液平衡，导致蒸发操作无法继续进行。所采用的移除方法是：冷凝。,蒸发基本概念2,根据蒸发流程中，二次蒸汽
2、冷凝时释放的热量是否再应用于蒸发流程，蒸发工艺分为：单效蒸发：二次蒸汽直接用冷凝器冷凝，其热量不再应用于蒸发操作。多效蒸发：多台（也称效）蒸发器串联操作，前一台蒸发器的二次蒸汽被送入下一台蒸发器的加热室，以作为下一台蒸发器的热源。该法更节能、经济。,单效蒸发流程说明,上图为单效蒸发流程。过程：加热蒸汽被送入蒸发器加热室的管间，溶液在管内流过，由加热管壁面传热而使溶液沸腾，浓缩液连续不断从蒸发器底部排出。二次蒸汽由真空管吸入冷凝器冷凝，其中夹带的不凝性气体经分离器、真空泵而排出。,蒸发基本概念3,蒸发操作可在加压、常压或减压下进行，最常用的是减压蒸发。减压蒸发：操作压强低于大气压下的蒸发操作。也
3、称减压浓缩、真空蒸发、真空浓缩。效果：溶液沸点低，适用于热敏性物料的浓缩，可用低温热源（即低压蒸汽或废蒸汽）；采用高温热源则可提高传热温度差。但溶液粘度大，传热效果变差，且需增设真空泵。,蒸发与一般传热的区别,虽然也为传热过程，但蒸发有别于一般传热，表现为四点：蒸发与一般传热的区别；溶液浓度的升高,将导致其物理性质变化腐蚀性增强,粘度增大,易结晶结垢,有时产生泡沫,有些溶液有热敏性；相对于纯溶剂，溶液中含有不挥发性的溶质，其蒸汽压要更低，在一定操作压强下，沸点比纯溶液要更高。节能：蒸发过程要消耗大量热能，但也产生温度较高的二次蒸汽和冷凝水，合理回收二者能量有助于节能。,蒸发设备类型和基本结构,
4、蒸发器的两个基本组成部分:加热室使溶液受热,达到沸腾状态.分离室二次蒸汽脱离液面后,使其内夹带的液滴被分离(用重力沉降).根据溶液的循环情况,蒸发设备分:循环型蒸发器（也称非膜式）溶液在加热室内循环流动(自然循环或强制循环).单程型蒸发器（也称膜式）溶液只流经加热室一次.,中央循环管式蒸发器1,加热室设置中央粗管和周围细管目的使溶液在两种管内因受热程度(最终为汽化分率)出现差异,密度出现差异,形成溶液内部的自然循环流动。,中央循环管式蒸发器2,任取一根管子考察单位体积溶液所具有的传热面积S和溶液体积量V、管子内径d的关系。,标准（中央循环管型）蒸发器3,中央循环管受热差，汽化率低，溶液密度大，
5、故溶液下降。周边细管受热好，汽化率高，溶液密度小，故溶液上升。中央循环管面积为加热管总截面积的40%100%，由此形成循环，速度为0.40.5ms。蒸发器加热室不易清洗。适用于处理结垢不严重，腐蚀性较小的溶液。,悬筐式,对中央循环管型的改进，环隙截面积是沸腾管的100%150%，溶液循环速度为1 1.5ms。易清洗。适用于：蒸发时有少量晶体析出的溶液。,外热式,加热管较长，循环管内的溶液未受蒸汽加热，其密度较加热管的大。循环速度为1.5 ms。适用于有少量晶体析出的溶液蒸发。,列文式蒸发器1,结构特点：在加热室的上部设置了一段23m长的空白圆筒，由此附加液柱高度而形成的相对高压，使加热管内的溶
6、液虽然受热程度较高（温度较高），但并不沸腾，溶液只有上升到空白圆筒段后，才达到沸腾状态，可避免易结晶溶液的晶体在加热管表面析出而结垢。适用：易结晶溶液的浓缩。,列文式蒸发器2,缺点：空白圆筒段设置增加了加热、沸腾段的总体高度，也使循环管高度达到了78m，虽使溶液的循环速度增至2-3m/s，但厂房需有足够的高度，且设备庞大，耗材多，造价高。,强制循环型,利用外加动力（泵）形成溶液循环流动，循环速度为25 ms。适用于：易结晶、易结垢或粘度大的溶液。但动力消耗较大。通常为0.40.8kW m2。,球形浓缩罐(补充),球形浓缩罐说明,制药食品化工行业进行间歇蒸发操作，广泛使用球形浓缩罐。不再采用加热
7、管式加热，而应用夹套加热。分离器在于将二次蒸汽所夹带液滴经分离后，返回罐内，避免物料损失。受液灌回收有机溶媒。采用真空操作，浓缩时间短。,单程型(膜式)蒸发器,原理：采用传热效果最佳的薄膜流动传热,溶液流经加热管只一次,且时间极短（一般为几秒到十几秒），即达到浓缩要求，故特别适合于热敏性物料的浓缩。常用类型：升膜、降膜、升-降膜、刮板薄膜式、离心薄膜式。,升膜蒸发器,原料预热至达到或接近沸点，在加热室内膜状流动（传热效果最好）。预热原因：使溶液一到达加热管即能产生大量蒸汽，对溶液上升形成抽吸作用。适用于：蒸发量大的稀或粘度低的溶液，有热敏性或易生泡的溶液；但：粘度高，有晶体析出或结垢情况不适。
8、,降膜蒸发器,适用于：粘度较大、但不是非常大的热敏性物料；易结晶，结垢溶液不宜。通过降膜分布器（三种常用）产生膜状流动。,升-降膜蒸发器,同一加热室内一分为二先升后降，原料需预热。适用于：粘度随浓度改变而变化较大的溶液或厂房高度受限场合。,刮板薄膜蒸发器,原理：利用外在装置（刮板），外在动力布膜。适用于：粘度特高，易结晶，结垢的热敏性物料。但传热量小，处理量小，需额外耗能。,离心式薄膜蒸发器1,过程转鼓内设置多层由上、下碟片所构成的空心夹层，夹套内通入加热蒸汽，原料液由送料管经分配装置而喷洒到每一夹套的上表面，夹套随转鼓旋转，离心作用使得料液分布成0.1mm的薄层液膜，得以快速蒸发，夹层内加热
9、蒸汽释放潜热后冷凝水汇集到排出管，而浓缩液由离心作用进入收集槽经浓缩液排出，二次蒸汽汇集到外壳处的排气管排出。,离心式薄膜蒸发器2,特点：传热系数大、浓缩比高、受热时间短、不易起泡和结垢。兼具离心分离和薄膜浓缩的双重特点。,蒸发器的附属设备,除沫器：将二次蒸汽夹带的液沫继续除尽；安装于蒸发器顶部或二次蒸汽管道。冷凝器：将二次蒸汽冷凝而成为冷凝水。可以为直接冷凝器，也可以为间接冷凝器；疏水阀。,疏水阀（疏水器）1,作用：阻汽排液（在蒸发操作中，阻止加热蒸汽排出，而只排送冷凝水）。类型：机械式依靠蒸汽疏水阀内凝结水液位高度的变化而动作。有：浮子式、浮球式。热静力型依靠液体温度的变化而动作。有：双金
10、属片式、蒸汽压力式；,疏水阀（疏水器）类型2,热动力型依靠液体的热动力学性质(指流速和压强）的变化而动作。如：圆盘式、脉冲式。圆盘式：由于在相同的压力下，液体与气体的流速不同，产生不同的动、静压力，驱使圆盘阀片动作。,蒸发器选用考虑因素（依溶液性质）,粘度：首选考虑。热敏性：膜式适用。结晶：外热式、强制型、刮板薄膜式、列文型。易发泡：外热式、强制型、升膜式。有腐蚀性：材质考虑。易结垢：循环速度高或易清洗。溶液处理量：刮板薄膜式传热面积10 m2以下。若需20 m2以上，则选用多效。,溶液的沸点升高及来源,沸点升高指溶液和纯溶剂在相同操作压强下的沸点差值。与纯溶剂相比,在相同的操作压强下,溶液的
11、沸点将更高，又称温度差损失。将使传热平均温度差下降。来源于三个方面:溶液的蒸汽压下降;加热室液柱静压强；蒸汽流动阻力。,溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高值 1,蒸汽压下降：溶液中存在着不具挥发性的溶质，与纯溶剂相比，溶液的挥发性降低，在相同操作压强下，溶液沸点比纯溶剂沸点要升高。估算方法：校正系数法：用公式 估算。操作压强下的沸点升高值；常压下的沸点升高值；,溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高值 2,f 温度校正系数。操作压强下二次蒸汽的温度，；操作压强下二次蒸汽的气化潜热，kj/kg。,溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高值 2,估算方法之二：杜林直线法。与某种标准溶液沸点相比，溶液的沸点与该标准溶液沸
12、点呈直线关系。所以，已知两者在两个操作压强下的各自沸点值，可作出一条直线，以直线为准，当知道标准溶液的特定操作压强下沸点值时，可以查出同一压强时的溶液沸点。一般以水为标准溶液。如下图。,温度差损失例题1,对20%NaOH水溶液，求下面各项。1.查图求101.33kPa压强下该溶液的沸点。2.分别利用系数校正法和杜林直线法求50kPa压强下因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失。（50kPa下，水的沸点为81.2，气化潜热为2304.5kj/kg）。,液柱附加压强而产生的沸点升高 1,在循环型蒸发器中，加热室内液层有一定的高度，此附加液柱导致液层内的液体操作压强比液面处操作压强高，因此，液层内的沸点
13、比液面处沸点高，此高出的沸点值即为。但该部分沸点升高值一般以液层中间位置的沸点值求出。且溶液中溶剂一般以水来论。,液柱附加压强而产生的沸点升高 2,计算式：上两式：液层中部压强下水的沸点；液面处的水的沸点，即二次蒸汽温度。,温度差损失例题2,在中央循环管式蒸发器内，蒸发25%CaCl2水溶液，已测得二次蒸汽的绝对压强为40kPa。加热管内液层深度为2.3m，溶液平均密度为1200 kg/m3。试求因溶液液柱静压强引起的温度差损失，同时求算出溶液的沸点。,二次蒸汽流动阻力而引起的温度差损失,二次蒸汽在流入到冷凝器的管道内流动，由于有流动阻力，使蒸汽压强降低，从而使蒸汽温度降低，此温度降低值部分为
14、。一般依经验值估算，效间流动取为=1，末效到冷凝器取：=1.5。,总温度差损失,综上，从冷凝器到蒸发器液层中部，总温度差损失为：,温度差损失例题3,在单效蒸发器中将某种水溶液从10%浓缩到30%。加热蒸汽为105 的饱和蒸汽，冷凝器内温度为59。液层深度为2m，溶液平均密度为1080 kg/m3。已知常压下溶液因蒸汽压下降而引起的温度差损失为4。试求：总温度差损失；有效温度差；溶液沸点。,单效蒸发工艺计算1,计算已知条件:加热蒸汽的温度T(或压强P)；原料液的流量F、进料温度 和浓度；浓缩液的出料温度 和浓度。蒸发器的操作压强。,单效蒸发工艺计算2,工艺计算项:水分蒸发量W据物料衡算;加热蒸汽
15、消耗量D据热量衡算;蒸发器的传热面积S据换热器传热速率.,水分蒸发量W计算,在蒸发器中，对溶质做物料衡算，得：单位：kg/h。,加热蒸汽消耗量D计算1,对蒸发器做能量衡算，有：即：,加热蒸汽消耗量D计算2,上式中，原料液的焓 和完成液的焓 的获得，分两种情况：溶液浓缩热不可以忽略时：有些溶液在稀释时释放过多的稀释热，所以在被浓缩时，将额外吸收较多的浓缩热，此部分热量不可忽略。所以此时热量需要用专门的焓-浓图得到。（如下页）,加热蒸汽消耗量D计算3,浓缩热可以忽略时，溶液的焓将只是其温度和浓度的函数值，即：,加热蒸汽消耗量D计算4,将以上关系代入前述公式，并做适当简化，得：上式表明：蒸发热量被用
16、于水分气化、加热原料到沸点、热损失。,单位蒸汽耗量e,定义：每获得1kg的二次蒸汽所消耗的加热蒸汽质量。为蒸发操作的技术指标，显然，该数值越小，相同生产任务下，耗能越少，经济程度越高。最小的e值为：原料液预热到沸点、且无热损失，此时，基本为1。,蒸发器的传热面积S,计算公式：Q=Dr；K一般用经验是数值；而；理论计算面积须加20%左右的安全考虑。,单效蒸发计算例题1,在单效蒸发器中，每小时将5400kg，20%NaOH水溶液浓缩到50%。原料液的温度为60，比热为3.4kJ(kg.)。加热蒸汽与二次蒸汽的绝对压强分别为400 KPa及50KPa。操作条件下溶液的沸点为126，总传热系数为156
17、0w(m2.)。加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除。热损失可以忽略不计。试求：,续上,（1）考虑浓缩热时:加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量；传热面积。（2）忽略浓缩热时:加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量；若原料液的温度改为30及126，分别求项。,上例所需数据(据查),由焓-浓图知:原料液焓=210kj/kg,浓缩液焓=620kj/kg.加热蒸汽数据:温度=143.4,蒸汽的焓=2742.1kj/kg,汽化热=2138.5kj/kg,冷凝水的焓=603.61kj/kg.二次蒸汽数据:温度=81.2,蒸汽的焓=2644.3kj/kg,汽化热=2304.5kj/kg.,减小蒸发器传热面积的方法1,据传热速率
18、公式：，知减小蒸发器传热面积的方法可从以下途径考虑：减小热负荷；增大传热温度差；提高总传热系数。热负荷由生产任务所确定，不能随意改变；增大传热温度差受企业蒸汽锅炉气压和冷凝器的真空条件所限；,减小蒸发器传热面积的方法2,提高总传热系数是重点考察的方法:一般蒸汽冷凝侧的对流传热系数较大且污垢热阻较小，在能及时将冷凝水排出情况下，该侧传热系数提高有限；主要的热阻来源于溶液沸腾侧的对流传热热阻和污垢热阻，因此一般应尽量增大溶液的循环速度和及时、定期进行除垢，另外此侧对流传热系数随传热管内溶液被蒸发时的情况而变化，有提高的余地。,减小蒸发器传热面积的方法3,为加大沸腾传热系数，就应造成良好的流体动力条
19、件，使沸腾区尽可能扩大，尤其是第5段的膜状区。预热区和饱和区应尽量缩小，因此原料应预热到沸点或接近沸点而送入蒸发器。,多效蒸发流程,多效蒸发与单效蒸发相比:更经济,更节能。前效二次蒸汽能作为后效的加热蒸汽,原因是:前效的操作压强、溶液沸点比后效高。基本流程有:并流加料、逆流加料、平流加料等流程。,多效蒸发经济性数据单位蒸汽耗量值1,多效蒸发经济性数据单位蒸汽耗量值2,上表说明:效数越多,单位蒸汽耗量数值越小,生产相同量的二次蒸汽,所消耗的加热蒸汽越少,可见,设备操作费用越低。效数越多,单位蒸汽耗量数值降低幅度越小,而设备台数却相应增加,设备投资费增长。效数应有合理数值,并非越多越好。,多效蒸发
20、流程1,并流加料法：原料液和加热蒸汽都送入首效，所获得的中间浓缩液和二次蒸汽顺次由首效经二效、三效而到末效，完成液只从末效取出，末效二次蒸汽直接送入冷凝器经冷凝排除。蒸汽和溶液流向相同。,多效蒸发流程2,并流加料法特点：溶液从高压效流向低压效，效间输送，可自行流动，无需用泵；溶液从高沸点效流向低沸点效，在后效处于过热状态，可自蒸发而多产生一部分二次蒸汽；溶液效间流动时，浓度越来越高，粘度逐效增大；而温度越来越低，粘度也逐效增大，所以，溶液粘度升高，致使总传热系数逐效降低，传热效果变差。,上图说明,温州南大轻工机械有限公司SJN系列三效浓缩器。采用负压外加热自然循环（外热式）蒸发操作。根据需要，
21、可单效二效或三效操作。蒸发器外面均有保温层。与单效相比，年节约蒸汽3500吨，节约用水9万吨，节约用电8万度，折人民币1015万元。,多效蒸发流程3,逆流加料法：加热蒸汽送入首效，二次蒸汽流向为:首效顺次流入二效、三效直到末效；原料液送入末效，每效所获中间浓缩液用泵顺次由末效逐效流至首效。完成液从首效底部取出。二者流向相反。,多效蒸发流程4,逆流加料法的特点：溶液从低压效流向高压效，效间输送，需用泵；溶液从低沸点效流向高沸点效，到达前效时处于低于沸点温度状态，须多消耗热量，以使其升温到沸点；溶液效间流动时，浓度越来越高，粘度逐效增大；而温度越来越高，粘度则逐效降低，由于抵消效应，所以，溶液粘度
22、在各效基本不变，各效总传热系数大致相同。,多效蒸发流程5,平流加料法：蒸汽流向仍为首效顺次流向末效；原料液经泵送后，同时送入各效，完成液从每效底部取出。适用的是：蒸发过程中有大量晶体析出的溶液浓缩，因为此时浓缩液若在效间输送将赌塞管路。,多效蒸发工艺计算1,已知项目：原料液的流量、浓度、温度和浓缩液的浓度；加热蒸汽的温度或操作压强；冷凝器内蒸汽的温度或压强；蒸发操作的效数，有时也由设计者选定。,多效蒸发工艺计算2,计算项目：1、水分蒸发总量和各级蒸发量；2、加热蒸汽消耗量；3、各级蒸发器传热面积。计算基本原则：各级蒸发器传热面积相等或总传热面积最小。一般，为制造、操作、维修和库存备用的方便，以
23、前一原则为多。,多效蒸发工艺计算3（物料衡算）,水分蒸发量（对溶质做物料衡算）有：蒸发总量：各级水分蒸发量：各级溶液浓度：,多效蒸发工艺计算（上式说明）,各级水分蒸发量在平流、逆流流程中可基本相等。但在并流蒸发流程中，由于后效水分蒸发量总是比前效更高，所以有下式：两效时 三效时,多效蒸发工艺计算的焓衡算1,1、各效二次蒸汽压强降低值2、温度差损失 依照单效蒸发计算中的方法，依次算出各效的溶液蒸汽压、液柱附加压强、流动阻力产生的温度差损失相加。,多效蒸发工艺计算的焓衡算2,3、溶液沸点（任意第i效）：4、总有效温度差：5、各效有效温度差：,多效蒸发工艺计算的焓衡算3,各效焓衡算（暂且忽略热损失）
24、第一效：第二效：第i效：,多效蒸发工艺计算的传热计算,各效传热面积计算：式中的传热表面积应与总传热系数一致。若算出的各效传热面积不相等，而且，应调整各效温度差值，直到算出的各效传热面积相等或相近为止。,各效传热温度差的重新调整1,第一效：当各效传热面积相等时，以 表示该效的调整后温度，则 而原温度差时 所以，,各效传热温度差的重新调整2,同理，第二效，有：第i效，有：,各效相等传热面积S得来,用下式：,多效蒸发合理效数确定,考虑设备总费用和温度差损失情况:电解质溶液宜为23效;非电解质溶液宜为46效.,蒸发操作的节能,蒸发操作是所有单元操作中耗能最多的,但同时也是能产生大量的高热量或高温副产品的,故应考虑节能和能量回收。节能措施:将二次蒸汽升温,升压而转化为加热蒸汽;将冷凝水降压汽化而成为二次蒸汽,送入下一效;抽出额外蒸汽;保温良好,加设阻汽器,防止冷凝水排放时,加热蒸汽逸出。,
