化工原理-蒸发

化工原理、食品工程原理。将含有不挥发溶质的溶液沸腾气化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。

蒸发

• 蒸发概述
  • 基本概念
    • 定义
      • 将含有不挥发溶质的溶液沸腾气化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发
  • 蒸发操作的目的
    • 直接获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品
    • 提取纯净溶液，此过程常伴随有结晶过程，海水蒸发脱盐制取淡水
    • 制备产品和回收溶剂
    • 提高制品浓度，增加制品贮藏性
  • 蒸发操作的应用
    • 制取液体产品
    • 生产固体产品
    • 制取纯溶剂
  • 蒸发的流程 主要设备
    • 蒸发器
      • 加热溶液使水沸腾气化，并移去由加热室和分离室两部分组成
    • 和冷凝器
      • 与蒸发器的分离式相通，其作用是将产生的水蒸气冷凝而除去
  • 蒸发的分类
    • 按操作压强分:加压蒸发，常压蒸发。真空（减压）蒸发
      • 真空蒸发的优点
        • 减压下溶液沸点降低，使蒸发器的传热推动力增大。因而对一定的传热量可节省蒸发器的传热面积
        • 蒸发操作的热源可采用低压蒸汽或废热蒸汽，节省能耗
        • 适用于处理热敏性物料及在高温下易分解、聚合或变质的物料
        • 操作温度低，减少蒸发的热损失
      • 真空操作的缺点
        • 溶液的沸点降低，使粘度增大，导致总传热系数下降
        • 动力消耗大，应需要有造成减压的装置
    • 按蒸发方式分类
      • 自然蒸发：溶液在低于溶液沸点的温度条件下汽化
      • 沸腾蒸发：溶液在沸腾条件下汽化
    • 按二次蒸汽是否被利用
      • 单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作
      • 多效蒸发：将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸气，以利用其冷凝热的串联操作
    • 按蒸发的过程模式分类
      • 间歇蒸发：只分批进料或出料的蒸发操作
      • 连续蒸发：适合于大规模的生产过程
  • 蒸发的特点
    • 传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有向变化的恒温传热过程
    • 溶液性质：有些溶液在蒸发过程中有晶体析出，异结构和产生泡沫。溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐增强，这些性质将影响设备的结构
    • 溶液沸点的改变：溶液浓度越高温差损失越大
    • 泡沫夹带：二次蒸汽中常夹带大量泡沫，冷凝前必须设法除去
    • 能源利用：蒸发时产生大量二次蒸汽，含有许多浅热，应合理利用这部分潜热
• 蒸发设备
  • 循环式蒸发器
    • 中央循环管式（标准式）蒸发器
    • 外循环式蒸发器
    • 外加热式蒸发器
    • 强制循环蒸发器
  • 膜式蒸发器
    • 特点
      • 料液在加热面上成膜状流动
    • 升膜式蒸发器
      • 没有回流循环，对入料均衡性较高，入料前的料液应先加热到沸点甚至超过沸点
    • 降膜式蒸发器
      • 处理浓度、黏度较高的溶液，但不适用于蒸发易结晶或易结垢的溶液
    • 蒸发器的附属设备
      • 除沫器
      • 冷凝器和真空装置
• 单效蒸发
  • 换热器的种类
    • 间壁式换热器
    • 直接接触式换热器
    • 蓄热式换热器
  • 间壁式换热器
    • 夹套式换热器
    • 蛇管式换热器
    • 列管式换热器
    • 螺旋式换热器
    • 板式换热武器
  • 传热过程的强化
    • 增大传热面积或采用高效传热管
    • 增大平均传热温差
    • 提高总传热系数
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