蒸发过程及其特点

第五章蒸发

§5-1 概述

一、蒸发过程及其特点

蒸发：是指将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾使部分溶剂汽化并使溶液得到浓缩的过程。

蒸发的主要目的：①浓缩溶液；②制取或回收纯溶剂。

蒸发的特点：P186

二、蒸发过程的分类P187

（一）按加热方式：直接加热、间接加热

（二）按操作压强：常压蒸发、真空蒸发、加压蒸发

（三）按蒸发器的效数：单效蒸发、多效蒸发

（四）按操作方式：间歇蒸发、连续蒸发

一、单效蒸发流程

单效蒸发流程见P188图5-1。流程主要包括蒸发器和冷凝器。

蒸发器从下向上主要包括：加热室（可看成是间壁式换热器、要有足够的传热面积和较高的传热系数）、蒸发室（又称分离室，应有足够的分离空间和横截面积，以保证沸腾的气液两相充分分离）、除沫器（位于蒸发室顶部，用于除去二次蒸汽中夹带的液滴、雾沫）。

二次蒸汽进入冷凝器后，一般用冷却水冷凝，冷凝下来的水由冷凝器下部经水封排出，而不凝气则由冷凝器顶部排出。

二、单效蒸发过程的计算：略

三、蒸发器的生产能力和生产强度：略

多效蒸发的目的主要是通过二次蒸汽的再利用，以达到节约能耗的目的。

一、多效蒸发的操作流程

并流加料的三效蒸发流程见P194图5-4。

按加热蒸汽的流向，一效蒸发器蒸出的二次蒸汽作为二效蒸发器的加热蒸汽，而二效蒸发器蒸出的二次蒸汽作为三效（即末效）的加热蒸汽，三效蒸发器蒸出的二次蒸汽则进入冷凝器，用冷却水直接冷凝后由水封排出。

由图可以看出，料液的流向与蒸汽的流向是相同的，故称为并流加料流程。 操作要点：

①要保证各效过程沸腾，各效的加热蒸汽温度si t 应高于各效加热管内溶液的沸点

温度i t ，即满足c s s s t t t t t t >>>>>32211，其中c t 表示冷凝器内压强为c p 时的饱和温度。

②各效分离室的操作压强i p 也必须依次降低，以保证料液沸点逐效降低，即

c p p p p >>>321。

蒸发过程按溶液与加热蒸汽流向的不同，可以有以下四种操作流程： 并流加料流程：P194-195

逆流加料流程：P195

分流加料（或平流加料）流程：P195

错流加料流程：P195

二、多效蒸发的最佳效数

在工业生产中，采用多效蒸发可以节约能源，减少热源蒸汽（即生蒸汽）的消耗量，提高原料的利用率。通过比较可知，当蒸发过程的生产能力一定时，采用多效蒸发消耗的生蒸汽的量要远小于单效蒸发。但这并不意味着蒸发过程效数越多就越好，由于各种损失的影响，已使一些经济指标下降。

P196表5-2列出了五效蒸发器各效的min )(W D 的经验值（D 为生蒸汽用量、

W 为二次蒸汽量，即为蒸发器的水分蒸发量）。数据显示，随效数的增加，所节省的生蒸汽耗量越来越少，而设备费则越来越多，所以应权衡多方面因素选择最

佳效数。

§5-4 蒸发装置及其选型

一、蒸发器

蒸发器可分为循环型和非循环型两大类。

（一）循环型蒸发器

（1）中央循环管式蒸发器：又称为标准式蒸发器，是应用较为广泛的蒸发器。其结构见P197图5-7。其下部加热室相当于垂直安装的固定管板式列管加热器，但其中心管直径远大于其它管子的直径，称为中央循环管，其周围的加热管称为沸腾管，管内溶液受热沸腾大量汽化，形成气液混合物并随气泡向上运动。中央循环管对单位溶液的传热面积比沸腾管小很多，因此其中溶液的汽化程度低，气液混合物的密度要比沸腾管内大很多，因而导致分离室中的溶液由中央循环管中下降，从各沸腾管上升的自然循环流动，以提高传热效果。

优点：P196

缺点：P196

适用范围：一般适于黏度适中，结垢不严重或少有结晶析出的场合。

（2）悬筐式蒸发器

主要是针对标准式蒸发器的缺点改进设计的。其结构见P197图5-8。加热室（即悬挂在器内的筐子）可取出清洗，用备用的加热室替换而不影响生产。

操作时，加热蒸汽由中间引入，而溶液是沿加热室外壁与蒸发器壳体内壁所形成的环隙通道下降，再沿沸腾管上升。

优点：P196

缺点：P197

适用范围：适用于易结垢或有结晶析出的溶液的蒸发。

（3）外热式蒸发器

其结构见P197图5-9。其特点是加热室置于蒸发室的外测。

优点：P197

缺点：P197

（4）列文式蒸发器

其结构见P198图5-10。其特点是在加热室的上方增加了一段2.7-5米的沸腾段，使加热室承受较大的液柱静压，故加热室内的溶液不沸腾。待溶液上升至沸腾段

时，因静压的降低开始沸腾汽化。这样避免了溶质在加热室析出结晶，减轻了加热管的结垢或堵塞现象。为了减小循环阻力和提高循环速率，要求循环管截面积大于加热管束总截面积，该设备内的循环速率可达2m/s左右。

优点：P197

缺点：P197

（5）强制循环蒸发器

其结构见P198图5-11。

以上四种蒸发器中，溶液的循环是靠密度差引起的自然循环流动，循环速度难以再提高，而强制循环蒸发器是在循环管的下部设置一个循环泵，通过外加机械能强迫溶液以较高的速度（一般可达1.5-5.0m/s）沿一定方向循环流动。溶液的循环速度可通过调节泵的流量来控制。

循环型蒸发器的共同特点是：P198

（二）非循环型（单程型）蒸发器

非循环型蒸发器的特点是：P198

(1)升膜式蒸发器

其结构见P199图5-12。

（2）降膜式蒸发器

其结构见P199图5-13。

（3）刮板式蒸发器

其结构见P200图5-14。

二、蒸发器的选用

蒸发器的结构型式很多，选用时应结合具体的蒸发任务，及被蒸发的溶液的性质、处理量、蒸浓程度等工艺要求，选择合适的型式。具体见P200。

三、蒸发装置的附属设备

（一）除沫器

（二）冷凝器