蒸发浓缩工艺课件(PPT 33页).ppt

•技术上的限制
效数不能随意增加，一般常见2~3效。
总费用 设备费
操作费 效数
注：必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数。
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四 节能措施
蒸发的过程是一耗能较大的单元操作，而蒸发过程的主要热源为加热蒸 汽，因此，如何提高加热蒸汽的经济效率，是蒸发操作节能的重要途径。
1.二次蒸汽的部分利用 （额外蒸汽的引出） 将蒸发器蒸出的二次蒸汽引
溶 液 循 环 速 度 高 ， 改 善 了 管 内 结 构情况 传热速率较高 •缺点： 设备费高 占地面积大 加热管内溶液滞留量大 •适于处理易结垢，有晶体析出的溶液
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二 蒸发浓缩设备
3 .外热式蒸发器
这种蒸发器将加热室与分离室分 开，采用较长的加热管。
优点： 降低了整个蒸发器的高度，便于
②能耗较大：蒸发操作所汽化的溶剂量较大，需要消耗大量的加热蒸 气。因此需要考虑热量的利用的问题。
③溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于 沸点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等等。 需要根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备。
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一 概述
（四）蒸发操作的分类
敏性和易生泡沫的溶液；
不 适 于 浓 度 高 、 粘 度 大 、 有 晶 体 析
出溶液的蒸发。
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二 蒸发浓缩设备
2 . 降膜蒸发器
溶液预热后由加热室顶部 加入，经管端的液体分布器均 匀分配在各加热管内，在重力 作用下沿管内壁呈膜状向下流 动，并进行蒸发。汽液混合物 从管下端流出，在分离器内进 行汽液分离后完成液由分离室 底部排出。
1 0.5 0.33 0.25 0.2 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
说明蒸发同样数量的水分，采用多效蒸发时为小，可节省生 蒸汽用量，提高生蒸汽的利用率 。
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三 多效蒸发器
2.多效蒸发效数的限制
•随着效数的增多，（D/W）min下降的幅度
不断减小 ；
费用
•设备的费用是随着效数的增加而增加的；
缺点：真空装置，需消耗动力和增加设备
适用于处理热敏性物料。
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一 概述
3.按操作过程是否连续分:间歇蒸发，连续蒸发
间歇蒸发 :一次加料→最终X1出料或连续加料 维持液面，X1一次出 料。
溶液浓度和沸点随时间改变，为不稳定操作，适于小规模，多 品种的场合。 连续蒸发:稳定操作，适于大规模的生产过程。
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1.按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发 单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸 发操作。 多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气， 则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发 操作称为多效蒸发。
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一 概述
2.按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发
出作其他加热设备的热源，则此 二次蒸汽称为额外蒸汽
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四 节能措施
2.冷凝水显热的利用 在多效蒸发操作中，将冷凝水减压至后一效加热蒸汽的压力，冷凝水必因自 蒸发而产生一部分蒸汽，这部分蒸汽和前一效的二次蒸汽一起作为后一效的加热 蒸汽，从而提了生蒸汽的经济程度。
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四 节能措施
3.二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）
•溶液由蒸发器上部沿切线方向加入，在重力 和旋转刮板带动下，在加热管内壁上形成旋转 下降的液膜，在下降过程中通过接收加热管外 加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发， 底部得到完成液，二次蒸汽上升至顶部经分离 器后进入冷凝器。 缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小， 处理能力低。
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适于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液
热泵蒸发器是对二 次蒸汽作功，提高 其压力，从而提高 其饱和温度，再送 回远蒸发器中作为 加热蒸汽。
热泵蒸发流程用于 蒸发沸点升高小的 溶液时较为有利， 对沸点升高较大的 不适用
并流多效蒸发
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三 多效蒸发器
2.逆流流程：
蒸汽流动方向： 3→2→1 溶液流动方向： 1→2→3
优、缺点：
① 料液需用泵送入下一效； ②传热推动力较为均匀；
逆流多效蒸发
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三 多效蒸发器
3.平流流程：
平流流程优、缺点：
① 各效独立进料，传 热状况均较好； ②物料停留时间较短
适于： 较大的溶液蒸发
料液
T1
T2
2 1
加热 蒸汽
冷凝水
T3 冷却水
P
3
水
完成液
平流多效蒸发器
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三 多效蒸发器
4.错流流程：
本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。
溶液流向： 3→1→2 或2→3→1
蒸汽流向： 1→2→3
优、缺点： ① 兼有并、逆流的优点； ②操作复杂；
适于： 料液粘度随浓度显著增
加的场合。
二次蒸汽 T 1 料 液 T 2
常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽 可直接排放在大气中，但会造成大气污染，适用于临时性或小 批量的生产。
加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用， 但要求加热蒸汽的压力较高。
减压蒸发： 沸点低
优点： (1) 传热温度差Δtm ↑； (2) 可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽 ； (3)可防止热敏性物料变质或分解 ； (4)沸点温度低，减少热损失。
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一 概述
蒸发流程的两个必要的组成部分：
加热溶液使溶剂汽化—蒸发器 不断除去气化的蒸发溶剂—冷凝器
二次蒸汽
热源
水蒸气
蒸发时蒸汽
水蒸气
加热蒸汽 二次蒸汽
溶剂S
溶剂S 溶质A（不挥发）
通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。
加热
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一 概述
（三）蒸发操作的特点
①溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度 下纯溶剂的蒸气压。因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸 点，这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温 度差的降低。
二 蒸发浓缩设备
（三）其它蒸发器
1 . 直接加热蒸发器（浸没燃烧式）
将一定比例的燃烧气与空气直接喷入 溶液中，燃烧气的温度可高达1200～ 1800℃，由于气、液间的温度差大，且气 体对溶液产生强烈的鼓泡作用，使水分迅 速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由 顶部排出。
• 优点：结构简单，不需要固定的传热
清洗和更换； 循环速度较高，使得对流传热系
数提高； 结垢程度小。
适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液
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二 蒸发浓缩设备
4. 列文蒸发器
•特点是在加热室上部设置沸腾室，加热 室中的溶液因受到附加液柱的作用，必 须上升到沸腾室才开始沸腾，这样避免 了溶液在加热管中结垢或析出晶体。 •优点：
蒸发浓缩
• 概述
•
• 蒸发设备
•
• 多效蒸发器
•
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一 概述
（一）基本概念
定义：
将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸 汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为 蒸发。
利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特 性使两者实现分离。
蒸发操作的目的： 获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。
脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程
适用于达到高浓度和高粘度。为获得高的蒸发 比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。
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三 多效蒸发器
（一）多效蒸发流程
1.并流流程
又称为顺流加料加料流程，是工 业上最常见的加料模式。
蒸汽流动方向： 1→2→3 溶液流动方向： 1→2→3
① 料液可自动流入下一效，无需泵 输送； ②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸 汽； ③传热推动力依次减小； ④ K依次减小；
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二 蒸发浓缩设备
（二）单程型(膜式)蒸发器
溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通 过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸 发器。 优点： •溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料 的蒸发； •整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度， 因而这种蒸发器的有效温差较大。
去除杂质。
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（二）蒸发流程
一 概述
稀溶液（料液）经过预热加 入蒸发器。蒸发器的下部是由许 多加热管组成的加热室，在管外 用加热蒸汽加热管内的溶液，并 使之沸腾汽化，经溶缩后的完成 液从蒸发器底部排出。蒸发器的 上部为蒸发室，汽化所产生的蒸 汽在蒸发室及其顶部的除沫器中 将其中夹带的液沫易于分离，然 后送往冷凝器被冷凝而除去。
面，热利用率高
• 适于处理易结垢、易结晶或有腐蚀性
的溶液。
• 不适于处理不能被燃烧气污染及热敏
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性的溶液。
二 蒸发浓缩设备
2.螺旋管蒸发器
在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部 流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由 于加热管当然螺旋形状，在中等高度的设备中 可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中 产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为 此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施 加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并 强化高粘情况下的热传递。
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二 蒸发浓缩设备
１.中央循环管式(标准式)蒸发器
•加热蒸汽：加热室管束环隙内 •溶液：加热室管束及中央循环管 内，受热时，由于中央循环管单 位体积溶液受热面小，使得溶液 形成由中央循环管下降，而由其 余加热管上升的循环流动。
料液 加热蒸汽
中央循环管
优点：溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠
• 适于处理浓缩过程中粘度变化 大的溶液、厂房有限制的场合
升膜加 热室
预热室
降膜加 热室
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二 蒸发浓缩设备
4. 刮板薄膜式蒸发器
它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板 ， 刮 板 端 部 与 加 热 管 内 壁 间 隙 固 定 在 0.75 ～ 1.5mm之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分 布在加热管内壁面上。
T3
P 冷却水
1
2
3
加热 蒸汽
冷凝水
水
完成液
错 流 多 效 蒸 发 器 （ 2 → 3 → 1 ）27
三 多效蒸发器
（二）多效蒸发的经济性及效数限制
1.加热蒸汽的经济性 多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，操作费比单效蒸发小；
效数
单效 双效 三效 四效 五效
（D/W）min 的 理论值
（D/W）min的 实测值
适于处理：浓度高、粘度较大（0.05～0.45 Pa·s）的溶液。
不适于处理：易结晶、结垢的溶液。
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二 蒸发浓缩设备
这类蒸发器操作的关键是设置良好的液体分布器，以保证溶液均 匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。
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二 蒸发浓缩设备
3 . 升－降膜式蒸发器
• 蒸发器由升膜管束和降膜管束 组合而成，蒸发器的底部封头 内有一隔板，将加热管束分成 两部分。溶液由升膜管束底部 进入，流向顶部，然后从降膜 管束流下，进入分离室，得到 完成液。
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循 环型和单程型(不循环)。 （一）循环型蒸发器 特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶 液浓度接近于完成液浓度。
由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型和强制循环型两类。
自然循环型：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 。
用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。
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二 蒸发浓缩设备
1. 升膜蒸发器
原理：溶液预热到接近沸点时由蒸发器 底部送入，进入加热管时立即受热沸腾 汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽带动 下，沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发。 到达分离室后，完成液与二次蒸汽分离 后由分离室底部排出。
适于处理蒸发量较大的稀溶液，热
缺点：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗
适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液
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二 蒸发浓缩设备
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2. 悬筐式蒸发器
•加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下 部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上 部进入加热室，在管间放热加热管内溶 液使其上升，而沿悬筐外壁与蒸发器内 壁间环隙通道向下循环流动。 •优点：
–流动阻力小 –循环速度高 –传热效果好 –加热管内不易堵塞 •缺点： –设备费高 –厂房高，耗用金属多
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•适于处理有晶体析出或易结垢的溶液
二 蒸发浓缩设备
5. 强制循环型蒸发器
•在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方 向以较高的速度循环流动。 •优点：
循环速度高 晶体不易粘结在加热管壁 对流传热系数高 •缺点： 动力消耗大 对泵的密封要求高 加热面积小 •适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的 溶液。
二 蒸发浓缩设备
蒸发设备
蒸发器 辅助设备
加热室
分离室
除沫器（汽液分离器）
冷凝器
真空装置
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器
蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去， 由加热室和分离室两部分组成。
•冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。
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二 蒸发浓缩设备
（一）蒸发器的型式与结构