（中职）化工生产单元操作拓展3蒸发教学课件.ppt

《（中职）化工生产单元操作拓展3蒸发教学课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（中职）化工生产单元操作拓展3蒸发教学课件.ppt（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、（中职）化工生产单元操作拓展3蒸发教学课件热量传递蒸发方式蒸发技术应用蒸发设备蒸发原理拓展单元操作拓展单元操作3 3 蒸发蒸发21、了解蒸发技术在化工生产中的应用；2、认识蒸发设备和蒸发方法；3、掌握溶液沸点和蒸发热量损失的相关知识。拓展单元操作拓展单元操作3 3 蒸发蒸发3任务任务1 1 了解蒸发方法在生产中的应用了解蒸发方法在生产中的应用 蒸发通常指液体的表面汽化现象。在化工生产中，专指含有不挥发性溶质的溶液受热沸腾，蒸去溶剂而浓缩的过程，是一种属于传热过程的单元操作。蒸发是一种古老的操作，在天工开物中记载着用大锅熬卤制盐和榨汁制糖，就是蒸发的早期应用。随着生产技术的发展，蒸发在化工、食品

2、、医药和核工业中得到了广泛的应用。4任务任务1 1 了解蒸发方法在生产中的应用了解蒸发方法在生产中的应用5 蒸发操作在各行各业中都得到了广泛应用，所涉及产品的生产过程也不计其数。一般来说，蒸发操作主要用于以下场合：将溶液浓缩后,冷却结晶，获得固体产品；获得纯净的溶剂产品；获得浓缩的溶液产品。但在生产过程中，由于产品不同、要求不同，虽然同是蒸发操作，但其蒸发过程也是不同的；采用的设备也是不尽相同。任务任务1 1 了解蒸发方法在生产中的应用了解蒸发方法在生产中的应用6一、单效蒸发装置及流程 工业生产中常见的单效蒸发流程如图所示。蒸发器是由加热室与分离室组成的，加热室相当于一个换热设备，加热介质是蒸

3、汽，而分离室则相当于一个气液分离设备。料液从加热室是部进入，在通过整个加热室的过程中，料液接受热量，水分汽化，浓缩后的料液从加热室底部排出。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程7 从料液中汽化出来的气体称为二次蒸汽，从蒸发器顶部出来后进入二次分离器，被蒸汽带出的料液在这里被分离出来，料液再送回蒸发器中，蒸汽则进入冷凝器，部分蒸汽被冷凝，经过汽液分离器，冷却水排出，气体进入真空泵后被抽出，使蒸发过程在较底压力下进行。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程8二、多效蒸发装置及流程 蒸发操作中产生的二次蒸汽若不加以利用，能量利用就不合理，造成浪费。若把二次蒸汽引至另一操

4、作压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。因此化工生产中的蒸发大多采用多效蒸发。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程9 在多效蒸发中，各效的操作压力依次降低，相应地，各效的加热蒸汽温度及溶液的沸点亦依次降低。在多效蒸发中按溶液与蒸汽的流动方向不同，多效蒸发有3种常见的加料流程。1并流模式 三效蒸发并流加料流程，这是工业上最常见的并流加料模式，溶液经过第1效的蒸发后继续进入第2效和第3效；二次蒸汽从第1效出来后也继续进入第2效和第3效，它们的流动方向相同。任务任务2 2

5、 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程10任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程11 并流法的优点是：料液从压力和温度较高的第1效蒸发器流向压力和温度较低的第3效蒸发器，故料液在各效间的流动可以利用效间的压力差进行，而不需要泵送。同时，当前一效溶液流入温度和压力较低的后一效时，会产生自蒸发（闪蒸），因而可以多产生一部分二次蒸汽。此外，此法的操作简便，工艺条件稳定。并流法的缺点是：随着溶液从前一效逐效流向后面各效，其浓度增高，而温度反而降低，致使溶液的粘度增加，蒸发器的传热系数下降。因此，对于随浓度的增加其粘度变化很大的料液不宜采用并流。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装

6、置及流程122逆流模式 逆流加料法的流程中溶液的流向与二次蒸汽的流动方向相反，即加热蒸汽由第一效进入，从第3效离开，而原料液由第3效进入，由第一效排出。逆流法的优点是：随溶液的浓度沿流动方向的增高，其温度也随之升高。因此浓度增高使粘度增大的影响基本上与温度升高使粘度降低的影响相互抵消，故各效溶液的粘度比较接近，各效的传热系数也大致相同。逆流法的缺点是：溶液在效间的流动是由低压流向高压，由低温流向高温，必须用泵输送，故能量消耗大。此外，各效（末效除外）均在低于沸点下进料，没有自蒸发，与并流法相比，所产生的二次蒸汽量较少。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程13任务任务2 2 认识

7、蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程143平流模式 平流法是指原料液同时从各效加入，浓缩液也分别从各效排出。蒸汽仍然是从第一效流向最后一效。此种流程适合于处理蒸发过程中有结晶析出的溶液。例如某些无机盐溶液的蒸发，由于在蒸发过程中析出结晶而不便于在效间输送，常采用此法。除以上三种基本操作流程而外，工业生产中有时还有一些其它的流程。在一个多效蒸发流程中，加料的方式可既有并流又有逆流，称为错流法。以三效蒸发为例，溶液的流向可以是312，亦可以是231。此法的目的是利用两者的优点而避免或减轻其缺点。但错流法操作较为复杂。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程15任务任务2 2 认识蒸发装置及

8、流程认识蒸发装置及流程16三、蒸发操作的压力条件 蒸发可在常压、加压或减压下进行。减压蒸发也称为真空蒸发。真空蒸发有许多优点：在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温差；可以利用低压蒸汽作为热源；对热敏性物质的蒸发也较为有利。在加压蒸发中，所得到的二次蒸汽温度较高，可作为下一效的加热蒸汽加以利用。因此，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。任务任务2 2 认识蒸发装置及流程认识蒸发装置及流程171强化途径适量增大传热温度差。增大总传热系数 尽量采用溶液沸腾时的传热系数、减少污垢热阻等。在设计和操作时，需考虑不凝性气体的排除，否则冷凝侧热阻将大大增

9、加，使传热系数下降。沸腾侧污垢热阻常常是影响传热系数K的重要因素。易结晶或结垢的物料，往往很快形成垢层，从而使热流量降低。为减小污垢热阻，除定期清洗外，还可从设备结构上改进，另外也可考虑新的除垢方法。拓展知识拓展知识 蒸发器生产能力的强化蒸发器生产能力的强化182单效和多效蒸发时，蒸发器的生产能力和生产强度比较：由于多效蒸发时的温度差损失较单效蒸发时大，故多效蒸发时的生产能力较小。由于多效蒸发面积、温度差损失大，故多效蒸发时的生产强度较小。由于多效蒸发的总温度差损失受总有效温度差的限制，所以多效蒸发的效数也有一定的限制。在多效蒸发中，效数增加，单位蒸汽消耗量减小，操作费用降低；但装置的投资费增

10、加；且生产能力降低。拓展知识拓展知识 蒸发器生产能力的强化蒸发器生产能力的强化193提高加热蒸汽经济性的其他措施 抽出额外蒸汽 冷凝水显热的利用 热泵利用拓展知识拓展知识 蒸发器生产能力的强化蒸发器生产能力的强化20一、温度差损失 溶液的沸点是根据四个因素来确定的。1水的沸点。2由于溶质的存在，使溶液蒸汽压降低，所以溶液的沸点高于纯水的沸点，二者之差称为溶液的沸点。3在有些蒸发器中，沸腾液层保持一定高度，由于液体静压头的影响，下部溶液的沸点高于液面处溶液的沸点。4由于二次蒸汽由蒸发器流入冷凝器时存在流动阻力，蒸发器内的实际压力略大于冷凝器的压力，若计算中采用冷凝器内二次蒸汽的温度，就需要做相应

11、校正。拓展知识拓展知识 溶液的沸点和传热温差损失溶液的沸点和传热温差损失21二、蒸发的传热温度差理论传热温度差：理论传热温度差：是指加热蒸汽的温度和二次蒸汽温度的差值。有效传热温度差：有效传热温度差：是指加热蒸汽温度和溶液沸点的差值。拓展知识拓展知识 溶液的沸点和传热温差损失溶液的沸点和传热温差损失22 蒸发装置的核心设备是蒸发器，一般都是由加热室和分离室（蒸发室）组成。一、中央循环管式蒸发器1结构和原理 在加热室部分装有许多加热管，中间有一根直径较大的中央循环管。原料液进入加热室，被加热并且沸腾汽化，由于中央循环管内气液混合物的平均密度较大，而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的

12、作用下，料液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动，浓缩后的溶液（常称为完成液）从蒸发器底部排出。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备23 蒸发室的结构与流程：蒸发室内没有任何设置，料液汽化过程中产生的溶剂蒸汽称为二次蒸汽，二次蒸汽中有部分溶质以液滴的方式存在，当二次蒸汽进入蒸发室后，在重力的作用下，液滴状的溶质自然落下回到料液中，二次蒸汽再进入蒸发器顶部的除沫器，将夹带的液沫进一步分离，最后经冷凝器冷凝后排出。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备242特点 这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有标准蒸发器之称。为使料液有良好

13、的循环，中央循环管的截面积一般是其余加热管总截面积的40%100%；加热管的高度一般为12m；加热管径多为2575mm之间。溶液的循环流动提高了沸腾的传热系数，强化了蒸发过程。蒸发过程所用的加热介质通常为水蒸汽，当溶液的沸点很高时，可采用联苯、融盐等其他的高温载热体作为热源。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备25二、悬筐式蒸发器1结构与流程：循环型的蒸发器的加热室像个篮筐，悬挂在蒸发器的下部，加热蒸气由顶部引入，在管间加热管内的溶液。其原理和中央循环管式相同，循环速度比较大。2特点：加热室可由顶部取出，便于检修和更换，适用于易结晶、结垢溶液的蒸发；热损失较小。但结构复杂，单位传热

14、面的金属消耗量较多。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备26三、外热式蒸发器1结构与流程：这种蒸发器是将加热室与分离室独立设置，料液从加热室的底部进入加热管，加热后再进入分离室将气液进行分离，二次蒸汽从分离室顶部排出。2特点：加热室装于蒸发器之外；采用了长加热管（管长与管径之比为50100）；液体下降管（也称循环管）不再受热；循环速度较大（可达1.5m/s）；加热室便于清洗和更换。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备27四、列文式蒸发器1结构与流程：在加热室之上增设2.75米高的沸腾室，由于沸腾室内液柱静压力的作用，加热管内的溶液只升温不沸腾，升温后的溶液上升至沸腾室时

15、，压力降低，沸腾气化。这样可以使溶液的沸腾气化由加热室转移到沸腾室，另外，其循环管的截面积约为加热管总截面积的23倍，溶液流动阻力小，因而循环速度可达1.52.5m/s。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备28 2特点：可显著减轻和避免加热管表面的结晶和结垢，较长时间不需要清洗，传热效果较好。由液柱静压力引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽有较高的压力；设备庞大，消耗材料多，需要高大的厂房。五、升膜式蒸发器 溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。料液循环需用输送设备来完成。1结构与流程：其加热室由许多垂直长管组成，常用管径为25-50mm,管长与管径之比为100-150。被加热后的料液自蒸发器底部进入加热管内迅速气化，在蒸汽的带动下，溶液沿管壁呈膜状迅速上升，并继续蒸发，当到达分离室将二次蒸汽分离后即可得到浓缩液。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备292特点 溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的 蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。循环速度大（23.5m/s），而且可以调节；可用于蒸发粘度大，易结晶结垢的物料；传热系数较大。输送设备能耗大，每平方米加热面积约需0.4-0.8kW。任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备30降膜式蒸发器 刮板式蒸发器 直接加热蒸发器任务任务3 3 认识各种蒸发设备认识各种蒸发设备31