蒸发与结晶-PPT课件
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多媒体教学课程：冶金过程及设备
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多媒体教学课程：冶金设备基础
任课教师：徐瑞东
昆明理工大学材料与冶金工程学院
昆明理工大学材料与冶金工程学院
Faculty of Materials and Metallurgical Engineering Kunming University of Science and Technology
间壁冷凝器
蒸发室
冷凝液贮槽 真空泵
加热室
冷凝水排除器
贮槽
单效真空蒸发流程
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
第发的原因： 2.多效蒸发的原理：
二次蒸气循环再利用的过程，即前一效蒸发器产生的二次蒸汽继 减少蒸气消耗
续作为下一效蒸发器的加热蒸气使用。
2.冷凝水自蒸发
蒸发器
加热室
将温度较高的冷凝水通过冷凝水自 供下一效做加热蒸汽使用。 冷凝水自蒸发器 借压缩机的绝对压缩或蒸汽喷射泵 的压缩作用，将二次蒸汽饱和温度 冷凝水排除器 提高，重新送回原来的蒸发器中， 作为加热蒸汽使用。
3.多效蒸发的方法：
(1)并流法：溶液与蒸汽并流的方法 (2)逆流法：溶液与蒸汽成逆流的方法
(3)错流法：溶液与蒸汽在有些效间并流，在有些效间逆流的方法
(4)平流法：每效都加入原料液的方法
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.1 并流三效蒸发
特点：
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多媒体教学课程：冶金过程及设备
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6.3 蒸发器的工作原理
6.3.1单效蒸发的流程和原理
单效蒸发器仅利用一个蒸发 器蒸发，二次蒸汽直接通入冷 凝器除去，不利用其能量。 单效蒸发器有常压和真空蒸 发两种。真空蒸发比常压蒸发 能耗高，但有下列优点： (1) 加热蒸汽与沸腾液体间 的温度差大，有利于传热； (2) 可以利用低压蒸汽或废 蒸汽作为热源； (3) 可以浓缩不耐高温的液 体； (4) 热损失小。
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6.3.3降低蒸汽消耗量的方法
单效为1.10kg(蒸气)/1kg(水) 双效为0.57kg(蒸气)/1kg(水) 1.多效蒸发 三效为0.40kg(蒸气)/1kg(水) 冷凝水自蒸发器 四效为0.30kg(蒸气)/1kg(水) 五效为 0.27kg(蒸气)/1kg(水) 蒸发室 真空泵 蒸汽压缩蒸发器
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.3 平流三效蒸发
平流三效蒸发
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冷凝水
原料液同时进入各效，完 成液同时自各效排出。 仅用于在蒸发操作进行的 同时有晶体析出情况。因 为晶体不便于在效与效之 间输送。
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.4 错流三效蒸发
1.后一效蒸发室的压强较前一效 低，溶液在各效间流动不需要供 液泵。 2. 前一效的溶液沸点较后一效为
高，溶液由前一效进入后一效内
呈过热状态而立即自行蒸发，可 产生更多的二次蒸汽。
并流三效蒸发
3. 后一效的溶液浓度较前一效的大，而温度又低，粘度增加很大，因而传热系
数小。不宜处理随浓缩而粘度迅速上升的物系
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2.传热系数
稀盐溶液与纯水两种物质的沸点 差在常压、减压下不变。
常压下---查手册 ① 减压下稀盐溶液沸点升高 3.溶液沸点升高的计算 非常压下 ② 图解法 ③ 吉辛科法 相同压强下，将溶液沸点对纯溶剂的沸点做图，所得 直线溶液的浓度均为定值。
NaOH水溶液的沸点计算图
昆明理工大学材料与冶金工程学院
②依据蒸发器物料衡算和焓衡算，计算加热蒸汽消耗量及蒸发量。 ③求出各效的总传热系数、传热量和传热的有效温度差，从而算出各
效的传热面积
④根据传热面积选定加热管的直径和长度，计算加热管数；确定管心 距和排列方式，计算外径
⑤确定分离室的尺寸
⑥其它附属设备的计算或确定
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
(3)蒸发操作的目的
① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半产品
② 脱除溶剂，获得固体产物 ③ 脱除杂质、制取纯净的溶剂
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
(4)蒸发操作的特点
第4页/共36页
①浓溶液在沸腾时常在加热表面上析出溶质形成垢层恶化传热过程
②溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.2 逆流三效蒸发
第9页/共36页
特点：
1. 各效溶液粘度相 差不大，对传热系 数影响不会过大。
逆流三效蒸发
2.效与效之间需用泵输送，各效进料温度（末效除外）都较沸点为低，
产生的二次蒸汽量小。可用于处理随浓缩而粘度上升的物系
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
第2页/共36页
第6章 蒸发与结晶
学习目的与要求
掌握蒸发的概念，蒸发的必备条件以及蒸发的分类。 掌握溶液沸点升高，引起溶液沸点升高的原因，溶液沸点升高的计算， 蒸发器的生产能力。 掌握多效蒸发的流程和特点以及降低蒸汽消耗方法。 了解典型的自然对流蒸发器，强制循环蒸发器，液膜式蒸发器。 了解结晶过程的基本概念、方法和典型的结晶设备。
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.1基本概念
(1)蒸发的定义
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借加热作用使溶液中所含溶剂汽化以提高溶液浓度的物理操作。 加热蒸汽：作为热源供给热量的水蒸汽 二次蒸汽：被加热溶液本身产生的蒸汽
(2)蒸发的分类
单效蒸发：将二次蒸汽不再利用的蒸发过程 多效蒸发：将二次蒸汽用于其它蒸发器的加热过程。
③蒸发操作是大量耗热过程，节能应重点考虑
(5)典型的蒸发装置
1.蒸发器由蒸发室和加热室组成。 2.加热室中装有加热管，热蒸汽在 加热管外流动，溶液在管内沸 腾 、蒸发。
蒸发装置示意图
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.2蒸发器的生产能力及热力学数据
1.蒸发器的生产能力
原 料 液
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加料有时采用 并流法有时采
用逆流法。兼
有并流法和逆 流法优点，但 操作复杂。
错流三效蒸发
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
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4.多效蒸发器的计算
①依据溶液的性质及工艺条件确定蒸发的操作条件(蒸汽压强、冷凝
器压强等)及蒸发器的形式、流程和效数
多媒体教学课程：冶金过程及设备
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多媒体教学课程：冶金设备基础
任课教师：徐瑞东
昆明理工大学材料与冶金工程学院
昆明理工大学材料与冶金工程学院
Faculty of Materials and Metallurgical Engineering Kunming University of Science and Technology
间壁冷凝器
蒸发室
冷凝液贮槽 真空泵
加热室
冷凝水排除器
贮槽
单效真空蒸发流程
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
第发的原因： 2.多效蒸发的原理：
二次蒸气循环再利用的过程，即前一效蒸发器产生的二次蒸汽继 减少蒸气消耗
续作为下一效蒸发器的加热蒸气使用。
2.冷凝水自蒸发
蒸发器
加热室
将温度较高的冷凝水通过冷凝水自 供下一效做加热蒸汽使用。 冷凝水自蒸发器 借压缩机的绝对压缩或蒸汽喷射泵 的压缩作用，将二次蒸汽饱和温度 冷凝水排除器 提高，重新送回原来的蒸发器中， 作为加热蒸汽使用。
3.多效蒸发的方法：
(1)并流法：溶液与蒸汽并流的方法 (2)逆流法：溶液与蒸汽成逆流的方法
(3)错流法：溶液与蒸汽在有些效间并流，在有些效间逆流的方法
(4)平流法：每效都加入原料液的方法
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.1 并流三效蒸发
特点：
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多媒体教学课程：冶金过程及设备
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6.3 蒸发器的工作原理
6.3.1单效蒸发的流程和原理
单效蒸发器仅利用一个蒸发 器蒸发，二次蒸汽直接通入冷 凝器除去，不利用其能量。 单效蒸发器有常压和真空蒸 发两种。真空蒸发比常压蒸发 能耗高，但有下列优点： (1) 加热蒸汽与沸腾液体间 的温度差大，有利于传热； (2) 可以利用低压蒸汽或废 蒸汽作为热源； (3) 可以浓缩不耐高温的液 体； (4) 热损失小。
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6.3.3降低蒸汽消耗量的方法
单效为1.10kg(蒸气)/1kg(水) 双效为0.57kg(蒸气)/1kg(水) 1.多效蒸发 三效为0.40kg(蒸气)/1kg(水) 冷凝水自蒸发器 四效为0.30kg(蒸气)/1kg(水) 五效为 0.27kg(蒸气)/1kg(水) 蒸发室 真空泵 蒸汽压缩蒸发器
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.3 平流三效蒸发
平流三效蒸发
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冷凝水
原料液同时进入各效，完 成液同时自各效排出。 仅用于在蒸发操作进行的 同时有晶体析出情况。因 为晶体不便于在效与效之 间输送。
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.4 错流三效蒸发
1.后一效蒸发室的压强较前一效 低，溶液在各效间流动不需要供 液泵。 2. 前一效的溶液沸点较后一效为
高，溶液由前一效进入后一效内
呈过热状态而立即自行蒸发，可 产生更多的二次蒸汽。
并流三效蒸发
3. 后一效的溶液浓度较前一效的大，而温度又低，粘度增加很大，因而传热系
数小。不宜处理随浓缩而粘度迅速上升的物系
第5页/共36页
2.传热系数
稀盐溶液与纯水两种物质的沸点 差在常压、减压下不变。
常压下---查手册 ① 减压下稀盐溶液沸点升高 3.溶液沸点升高的计算 非常压下 ② 图解法 ③ 吉辛科法 相同压强下，将溶液沸点对纯溶剂的沸点做图，所得 直线溶液的浓度均为定值。
NaOH水溶液的沸点计算图
昆明理工大学材料与冶金工程学院
②依据蒸发器物料衡算和焓衡算，计算加热蒸汽消耗量及蒸发量。 ③求出各效的总传热系数、传热量和传热的有效温度差，从而算出各
效的传热面积
④根据传热面积选定加热管的直径和长度，计算加热管数；确定管心 距和排列方式，计算外径
⑤确定分离室的尺寸
⑥其它附属设备的计算或确定
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
(3)蒸发操作的目的
① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半产品
② 脱除溶剂，获得固体产物 ③ 脱除杂质、制取纯净的溶剂
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
(4)蒸发操作的特点
第4页/共36页
①浓溶液在沸腾时常在加热表面上析出溶质形成垢层恶化传热过程
②溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.3.2.2 逆流三效蒸发
第9页/共36页
特点：
1. 各效溶液粘度相 差不大，对传热系 数影响不会过大。
逆流三效蒸发
2.效与效之间需用泵输送，各效进料温度（末效除外）都较沸点为低，
产生的二次蒸汽量小。可用于处理随浓缩而粘度上升的物系
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
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第6章 蒸发与结晶
学习目的与要求
掌握蒸发的概念，蒸发的必备条件以及蒸发的分类。 掌握溶液沸点升高，引起溶液沸点升高的原因，溶液沸点升高的计算， 蒸发器的生产能力。 掌握多效蒸发的流程和特点以及降低蒸汽消耗方法。 了解典型的自然对流蒸发器，强制循环蒸发器，液膜式蒸发器。 了解结晶过程的基本概念、方法和典型的结晶设备。
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.1基本概念
(1)蒸发的定义
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借加热作用使溶液中所含溶剂汽化以提高溶液浓度的物理操作。 加热蒸汽：作为热源供给热量的水蒸汽 二次蒸汽：被加热溶液本身产生的蒸汽
(2)蒸发的分类
单效蒸发：将二次蒸汽不再利用的蒸发过程 多效蒸发：将二次蒸汽用于其它蒸发器的加热过程。
③蒸发操作是大量耗热过程，节能应重点考虑
(5)典型的蒸发装置
1.蒸发器由蒸发室和加热室组成。 2.加热室中装有加热管，热蒸汽在 加热管外流动，溶液在管内沸 腾 、蒸发。
蒸发装置示意图
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备 6.2蒸发器的生产能力及热力学数据
1.蒸发器的生产能力
原 料 液
第11页/共36页
加料有时采用 并流法有时采
用逆流法。兼
有并流法和逆 流法优点，但 操作复杂。
错流三效蒸发
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金过程及设备
第12页/共36页
4.多效蒸发器的计算
①依据溶液的性质及工艺条件确定蒸发的操作条件(蒸汽压强、冷凝
器压强等)及蒸发器的形式、流程和效数