电子教案与课件：化工原理ppt上册 第5章1

➢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。
（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。
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。
蒸发器的型式与结构
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。
5.1 概 述
蒸发的基本概念
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） ➢去除杂质。
5.2.1蒸发流程
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。
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。
（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。
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 。
（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。
5.2蒸发过程与设备
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。
易结垢的溶液：蒸发器使用一段时间后，就会有污垢产生，垢层的 导热系数小，从而使传热速率下降。应选用便于清洗和溶液循环速度 大的增大器，如悬筐式、强制循环式、浸没燃烧式等。
溶液的处理量：溶液的处理量也是选型时应考虑的因素。处理量小的 ，选用尺寸较大的单效蒸发，处理量大的，选用尺寸适宜的多效蒸发 。
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。
（4）刮板式薄膜蒸发器
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。
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。
优点：溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠 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。
（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：
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。
用于热敏性、高黏性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。
（1）升膜式蒸发器
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。
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
通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。
溶剂S
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
5.2.2蒸发设备
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
✓ 适于处理蒸发量较大的稀溶液，热 敏性和易生泡沫的溶液。 不适于浓度高、黏度大、Fra Baidu bibliotek晶体析 出溶液的蒸发。
（2）降膜式蒸发器
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。
有晶体析出的溶液：选用溶液流动速度大的蒸发器，以使晶体在 加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、强制循环蒸发 器。
易发泡的溶液：泡沫的产生，不仅损失物料，而且污染蒸发器，应 选用溶液湍动程度剧烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强 制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。
有腐蚀性的溶液：蒸发此种物料，加热管采用特殊材质制成，或内壁 衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用浸没燃烧蒸发器。
缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小， 处理能力低。 适于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液。
（三） 蒸发器的选型
选型时，一般考虑以下原则：
溶液的黏度：蒸发过程中，溶液黏度变化的情况，是选型时很重 要的因素。
高黏度的溶液应选用对其适应性好的蒸发器，如强制循环型、降 膜式、刮板搅拌薄膜式等。 溶液的热稳定性：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时 间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器。