第六章蒸发

化工原理第三版天津大学化工学院上册第六章。发和沸腾都是汽化现象，是汽化的两种不同方式。蒸发是在液体表面发生的汽化过程，沸腾是在液体内部和表面上同时发生的剧烈的汽化现象。溶液的蒸发（evaporation）通常是指通过加热使溶液中一部分溶剂汽化，以提高溶液中非挥发性组分的浓度（浓缩）

第六章 蒸发

• 概述
  • 蒸发分离的依据
  • 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
    • 设备
      • 蒸发器和冷凝器
  • 蒸发的分类
    • 加压蒸发，常压蒸发，真空蒸发
    • 自然蒸发，沸腾蒸发
    • 单效蒸发，多效蒸发
  • 蒸发的特点
    • 蒸发属于热量传递过程，蒸发器也是一种换热器。
    • 特点
      • 传热性质
      • 溶液性质
      • 溶液沸点的改变(升高)
      • 泡沫挟带
      • 能源利用
• 蒸发设备
  • 常用蒸发器的结构与特点
    • 蒸发器
      • 加热室，分离室
    • 间接加热蒸发器按加热室的结 构和操作时溶液的流动情况，分为两大类
      • 循环型(非膜式)
      • 单程型(膜式)
    • 循环型(非膜式)蒸发器
      • 自然循环
      • 强制循环
      • 中央循环管式(标准式)蒸发器
      • 悬筐式蒸发器
      • 外热式蒸发器
      • 列文蒸发器
      • 强制循环型蒸发器
    • 单程型(膜式)蒸发器
      • 升膜蒸发器
      • 降膜蒸发器
      • 升－降膜式蒸发器
      • 刮板薄膜蒸发器
      • 直接加热蒸发器
  • 蒸发器的选型
    • 考虑原则
      • 溶液的粘度
        • 高粘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
      • 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
      • 易结垢的溶液
        • 污垢的产生，会使传热速率下降。 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。
  • 蒸发器的辅助设备
    • 冷凝器和真空装置
• 单效蒸发
  • 物料与热量衡算方程
    • 热量衡算
  • 传热速率方程Q=KAΔtm
    • 平均温度差Δtm
      • 造成温度差损失的主要原因
        • (1)因溶质存在，使溶液沸点升高导致与纯水沸点之 差Δ’ ； (2)蒸发器操作时需维持一定液位，因加热管内液柱 静压强而使沸点升高Δ’’ ； (3)二次蒸汽由蒸发器分离室流动到冷凝器(或下一 效蒸发器加热室)时产生压强降，导致的温度差损失 Δ’’’(若T′指分离室温度时，Δ’’’=0)。 总的温度差损失为三项之和，即Δ=Δ’ +Δ’’ +Δ’’’
    • 总传热系数K
    • 蒸发器的热负荷Q
    • 传热面积
  • 蒸发器的生产能力Capacity和蒸发强度
    • 蒸发器的生产能力
    • 蒸发器的蒸发强度 U
      • 提高蒸发器的生产强度的途径
        • 提高传热温度差Δt
        • 增大总传热系数K
• 多效蒸发
  • 优点
    • 降低能耗
    • 便于分离晶体
    • 可强化传热过程提高蒸发效率。
  • 多效蒸发流程
    • 并流forward feed加料流程
    • 逆流backward feed加料流程
    • 平流加料mixed feed流程
  • 多效蒸发和单效蒸发的比较
    • 溶液的温度差损失
    • 加热蒸汽的经济性
    • 蒸发器的生产能力和蒸发强度
  • 多效蒸发效数的限制和选择
    • 技术上的限制
    • 经济上的限制
    • 多效蒸发效数的选择
• 蒸发的工艺设计
  • 确定适当的操作条件与操作方法
    • 要根据溶液的性质、 生产任务、产品质量要求和经济效益等方面综合考 虑后进行确定
  • 选择合适的蒸发器型式和附属设备的型式
    • 从溶液的特性和蒸发器主 要性能(见表7-1)两方面考虑。
  • 对蒸发系统进行物料、热量衡算，确定加热蒸 汽用量以及传热面积
  • 蒸发器主要结构工艺尺寸的设计
    • (1)加热管的选择和管束的初步估计
    • (2)循环管的选择
    • (3)加热管的直径及加热管数目的确定
    • (4)分离室的直径与高度