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项目二将3t/h、293k质量分数（下同）8%的氢氧化钠水溶液浓缩到36%工作任务：制定碱液浓缩方案化工传热过程与控制定义：蒸发器是制冷四大很重要的一个部件，低温的冷凝“液”体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果.蒸发器蒸发器的操作原理加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离；加热室中产生的蒸气带有大量液沫，到了较大空间的蒸发室后，这些液体借自身凝聚或除沫器等的作用得以与蒸气分离。通常除沫器设在蒸发室的顶部。分类蒸发器可采用直接加热的方法，也可以采用间接加热的方法。工业上经常采用间接蒸汽加热的蒸发器，对间接加热蒸发器，根据溶液在加热时的流动情况，大致可分为循环型蒸发器和膜式蒸发器两大类。（一）循环型蒸发器循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内循环流动。根据造成循环的原因不同，又分为自然循环型蒸发器和强制循环型蒸发器。前者是由于溶液受热程度不同，产生密度差而引起循环的；后者则是利用外加动力迫使溶液进行循环。常用的循环型蒸发器有下列几种：1．中央循环管式蒸发器◆中央循环管式蒸发器又称标准式蒸发器，是工业上应用最广的大型蒸发器。在加热室的垂直加热管（或称沸腾管）束中央有一根直径较大的中央循环管，其截面积一般为加热管束总截面积的40％～100％。溶液自中央循环管下降，再由加热管上升，形成自然循环，管子越长，则循环速度越大。具有结构紧凑、制造方便、操作可靠等优点。但循环速度较低（一般在0.5m/s以下），故传热系数较小；另清洗和检修也不太方便。适用于器内结晶不严重、腐蚀性小的溶液。2．悬筐式蒸发器◆悬筐式蒸发器是中央循环管式蒸发器的改进，其加热室像个篮筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，作用原理与中央循环管式蒸发器相同。加热蒸汽从悬筐的上部中央加入到加热管的管隙之间，溶液仍在管内流动，悬筐与壳体壁面之间的环隙通道相当于中央循环管的作用。悬筐式蒸发器的优点是循环速度较高（约为1～1.5m/s），传热系数较大；由于与壳体接触的是温度较低的溶液，其热损失较小；此外，由于悬挂的加热室可以由蒸发器上方取出，故其清洗和检修都比较方便。其缺点是结构复杂，金属消耗量大。适用于易结晶、结垢的溶液。3．外热式蒸发器外热式蒸发器的结构特点是把中央循环管式蒸发器中管束较长的加热室和分离室分开，这样，一方面降低了整个设备的高度，另一方面由于循环管没有受到蒸汽加热，加大了溶液的密度差，且由于管子较长，从而加快了溶液循环的速度（可达1.5m/s以上）。4．列文蒸发器列文蒸发器的结构特点是在加热室的上部增设一个沸腾室。这样，加热室内的溶液由于受到上方沸腾室液柱产生的压强，在加热室内不能沸腾，只有上升到沸腾室时才能汽化。列文蒸发器的优点是循环速度大（可达2～3m/s），传热效果好，传热系数接近于强制循环型蒸发器的传热系数；由于溶液在加热管内不沸腾汽化，减小了溶液在加热管内析出结晶和结垢的机会。其缺点是设备庞大，需要的厂房高；由于管子长，产生的静压大，要求加热蒸汽的压强较高。列文蒸发器适用于易结晶或结垢的溶液。图4-5列文蒸发器1－加热室2－加热管3－循环管4－蒸发室5-除沫器6－挡板7－沸腾室5．强制循环型蒸发器◆在一般的自然循环型蒸发器中，由于循环速度较低，导致传热系数较小，且当溶液有结晶析出时，易粘附在加热管的壁面上。不适宜于处理粘度大、易结垢及有大量结晶析出的溶液。为了提高循环速度，可采用强制循环型蒸发器。它是利用外加动力（循环泵）促使溶液循环，循环速度的大小可通过调节循环泵的流量来控制，其循环速度一般在2.5m/s以上。强制循环型蒸发器的优点是传热系数大。适用于粘度大、易结晶和结垢的溶液。缺点是需要消耗动力和增加循环泵。（二）膜式蒸发器在循环型蒸发器中，溶液在蒸发器内停留的时间较长，即受热时间较长，对热敏性物料，容易造成分解和变质。膜式蒸发器的特点是溶液沿加热管呈膜状流动（上升或下降），一次通过加热室即可浓缩到要求的浓度，在加热管内的停留时间很短（几秒～十几秒）。膜式蒸发器的优点是传热效率高，蒸发速度快，溶液受热时间短。特别适用于热敏性物料的蒸发，对粘度大和容易起泡的溶液也较适用。是目前被广泛使用的高效蒸发设备。按溶液在加热管内流动方向以及成膜原因的不同，膜式蒸发器可以分为以下几种类型：升膜式蒸发器降膜升蒸发器升－降膜式蒸发器刮板薄膜蒸发器膜式蒸发器1、升膜式蒸发器升膜式蒸发器的结构如图4-5所示，其加热室实际上就是一个加热管很长的立式列管换热器，预热后的料液由底部进入加热管，加热蒸汽在管外冷凝，料液受热沸腾后迅速汽化，产生的二次蒸汽在管内以很高的速度（常压操作时加热管出口蒸汽速度可达20～50m/s，减压操作时则更大，可达100～160m/s或更高）上升，带动溶液沿管内壁呈膜状向上流动，上升的液膜因不断受热而继续汽化，溶液自底部上升至顶部就浓缩到要求的浓度。汽、液一起进入分离室，分离后二次蒸汽从分离室上部排出，完成液从分离室下部引出。升膜式蒸发器适用于处理蒸发量大（即稀溶液）、热敏性和易起泡的溶液，也适用于粘度大、易结晶或结垢的物料。2．降膜升蒸发器降膜式蒸发器与升膜式蒸发器的区别在于原料液由加热管的顶部进入。溶液在自身重力作用下沿管内壁呈膜状下降，并被蒸发浓缩，汽液混合物由加热管底部进入分离室，经汽液分离后，完成液从加热管的底部排出。为使溶液能在管壁上均匀成膜，在每根加热管的底部都要设置液膜分布器。液膜分布器的形式有多种，图4-9列举了常用的几种。3．升－降膜式蒸发器将升膜和降膜蒸发器装在一个壳体中，即构成升－降膜式蒸发器。原料预热后先经升膜加热管上升，然后由降膜加热管下降，再在分离室中和二次蒸汽分离后即得完成液。多用于蒸发过程中溶液粘度变化大，水分蒸发量不大和厂房高度受到限制的场合。4．刮板薄膜蒸发器刮板薄膜蒸发器的结构如图4-11所示，它有一个带加热夹套的壳体，壳体内装有旋转刮板，旋转刮板有固定的和活动的两种，前者与壳体内壁的间隙为0.75～1.5mm，后者与器壁的间隙随旋转速度而改变。溶液在蒸发器上部切向进入，利用旋转刮板的刮带和重力的作用，使液体在壳体内壁上形成旋转下降的液膜，并在下降过程中不断被蒸发浓缩，在底部得到完成液。这种蒸发器的突出优点是物料适应性非常强，对粘度高和容易结晶、结垢的物料均能适用。其缺点是结构较为复杂，动力消耗大，传热面积小（一般为3～4m2，最大不超过20m2），故其处理量较小。（三）、蒸发器的辅助设备1、除沫器蒸发操作中产生的二次蒸汽，在分离室与液体分离后，仍夹带有一定的液沫或液滴。为了防止液体产品的损失或冷凝液被污染，在蒸发器顶部蒸汽出口附近需要设置除沫器。除沫器的型式很多。图7-12列举的是几种常见除沫器，其中a～d直接装在蒸发器内分离室的顶部，e～g则要装在蒸发器的外部。图7-12除沫器的主要型式(a)折流式除沫器；(b)球形除沫器；(c)金属网丝除沫器；(d)离心式除沫器；(e)冲击式除沫器；(f)旋风式除沫器；(g)离心式除沫器2、冷凝器和真空装置冷凝器的作用是将二次蒸汽冷凝成水后排出。冷凝器有间壁式和直接接触式两类。当二次蒸汽为有价值的产品需要回收，或会严重污染冷却水时，应采用间壁式冷凝器；否则可采用直接接触式冷凝器。当蒸发器采用减压操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真空装置，以维持蒸发操作所需的真空度。常用的真空装置有喷射泵、往复式真空泵以及水环式真空泵等。确定蒸发器的形式结论：电解液中主要含氯化钠和氢氧化钠，溶剂为水。均为不挥发性，氯化钠在氢氧化钠的水溶液中的溶解度随氢氧化钠浓度的升高而降低，随温度的降低而降低即易结垢、有晶体析出悬框式蒸发器理由：传热系数大热损失小检修方便蒸发是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使溶剂部分汽化从而达到将溶液浓缩等生产目的的单元操作。蒸发操作广泛用于化工、轻工、制药、食品等多种工业生产中。蒸发操作在工业生产中主要作用有：（1）将稀溶液浓缩直接得到液体产品，或将浓缩液进一步加工处理获取固体产品；例如电解法制得的稀烧碱溶液、蔗糖水溶液、果汁、牛奶、抗生素溶液等的蒸发。（2）获取溶液中的溶剂作为产品；例如海水蒸发制取淡水。（3）同时制取浓缩液和回收溶剂；例如制药中浸取液的蒸发。一、蒸发二、蒸发操作的特点蒸发既是传热过程，又是传质过程。但是，溶剂的汽化速率主要取决于热量的传递速率，所以，工程上通常把它归类为传热过程。蒸发所用设备——蒸发器也属于传热设备。但是，与一般的传热过程相比，蒸发又有其自身的特点，主要表现在如下几个方面：（1）传热壁面两侧均有相变化；一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾汽化。（2）由于溶液含有不挥发溶质，溶剂蒸汽压小于同温下纯溶剂（水）的饱和蒸气压。也即，相同压强下溶液的沸点高于纯水的沸点，传热温差要小于纯水蒸发过程。溶液的浓度越高，影响越显著。（3）溶液的某些性质在蒸发过程中会发生变化。例如，溶液在浓缩过程中可能析出结晶、结垢或产生泡沫；有些热敏性物料在达到一定温度时发生分解或变质；随着浓度的增大，溶液的粘度增大；等等。因此，在选择蒸发方式和蒸发设备时，必须考虑物料的这些工艺特性。（4）由于要蒸发大量的水分，所以要消耗大量的加热蒸汽。因此，蒸发操作需要消耗大量的热能。如何有效地利用二次蒸汽，降低热能的消耗，是蒸发操作中一个非常重要的问题。二、蒸发操作的特点蒸发效数的确定选用双效顺流流程理由：双效顺流流程工艺设备简单，对生蒸汽压力要求不高，二次蒸汽被冷凝排放，它仅占总蒸发量的1/3左右，热量浪费少，整齐消耗低。一、蒸发流程蒸发既是一个传热过程，同时又是一个溶剂汽化，产生大量蒸汽的传质过程。因此，若要保障蒸发的连续进行，必须做到两个方面：（1）不断地向溶液提供热能，以维持溶剂的汽化；（2）及时移走产生的蒸汽，否则，蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡，使汽化不能继续进行。图4-1单效真空蒸发流程1－加热室；2－加热管；3－中央循环管；4－蒸发室；5-除沫器；6－冷凝器看观谢谢