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传热应用与控制第七小组•组长：梁先仙•组员：刘云慧、项力、李懋、刘杰目录•一、蒸发•二、蒸发器的类型•三、蒸发器性能的比较与选型•四、蒸发器的改进与研究•五、蒸发器的辅助设备蒸发：是浓缩溶液的单元操作。蒸发在工业生产中的应用：1、制取浓溶液，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如中药生产中酒精浸出液的蒸发等；3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。一、蒸发蒸发的特点（1）实质：传热壁面两侧流体均有相变的传热过程（2）溶剂挥发而溶质不挥发（3）溶液沸点升高（4）溶剂的气化会消耗大量的热量（5）二次蒸汽中常挟带大量泡沫ᴥ1.循环型蒸发器（1）自然循环型蒸发器中央循环管式蒸发器悬筐式蒸发器外加热式蒸发器列文蒸发器（2）强制循环型蒸发器2.单程型（膜式）蒸发器升膜式蒸发器降膜式蒸发器升-降膜式蒸发器刮板薄膜式蒸发器二、蒸发器的类型中央循环管式蒸发器中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40～100%，循环速度：0.4～0.5m/s以下。优点：结构紧凑，操作可靠缺点：传热系数小，溶液循环速率低，检修麻烦。适用范围：适用于大量稀溶液的蒸发及不宜结晶、腐蚀性小的溶液的蒸发。1.循环型蒸发器悬筐式蒸发器环形截面积一般为加热管总截面积的100～150%，循环速度：1.0～1.5m/s之间。优点：循环速度较高，传热系数较大，热损失较小，清洗和检修方便。缺点：结构复杂，金属材料消耗量大。适用范围：适用于处理蒸发中易结垢或有结晶析出的溶液。外加热式蒸发器加热管长径比为50～100，循环速度：可达1.5m/s。优点：自然循环速度快，检修和更换方便。列文蒸发器循环管截面积一般为加热管总截面积的200～350%，阻力小，循环速度高达2.0～3.0m/s。优点：循环速度快，传热效果好，不宜结垢和析出结晶。缺点：设备庞大，耗材多，需压力较高的蒸汽。适用范围：适用于易结晶或结垢的溶液。强制循环型蒸发器循环速度高达2.0～5.0m/s。优点：循环速度快，传热效率高，生产能力高。缺点：动力消耗大适用范围：适于处理粘度大、易析出结晶和结垢的溶液升膜式蒸发器•加热管长径比为100～150，管径为25～50mm。二次蒸汽在加热管内的速度为20～50m/s，减压下为：100～160m/s。•处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。2.单程型（膜式）蒸发器降膜式蒸发器•处理粘度较大的溶液、热敏性物料。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。升-降膜式蒸发器处理粘度变化大的溶液。刮板薄膜式蒸发器•叶片边缘与管内壁的间隙为0.25～1.5mm。•处理高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液。结构复杂、动力消耗大。ᴥ三、蒸发器性能的比较与选型在选择蒸发器的型式时，除了要求结构简单、易于制造、清洗和维修方便外，更主要的是看它能否满足物料的工艺特性，包括物料的粘性、热敏性、腐蚀性、结晶和结垢性等，然后全面综合考虑才能作出决定。表4-1列举了常见蒸发器的主要性能，供选型时参考。单效蒸发器蒸发器型式造价传热系数溶液在管内流速m/s停留时间完成液浓度能否恒定浓缩比处理量能否适应物料工艺特性稀溶液高粘度稀溶液高粘度易起泡易结垢热敏性析出结晶标准式最廉良好低0.1~0.5长能良好一般适适适尚适尚适稍适悬筐式较高较好低1~1.5长能良好一般适适适适尚适适外热式廉高高0.4～1.5较长能良好较大适尚适较好尚适尚适稍适列文式高高良好1.5～2.5较长能良好较大适尚适较好尚适尚适稍适强制循环高高高2.0～3.5较长能较高大适好好适尚适适升膜式廉高良好0.4～1.0短较难高大适尚适好尚适良好不适降膜式廉良好高0.4～1.0短尚能高大较适好适不适良好不适刮板式最高高高－短尚能高小较适好较适适适良好表4-1常见蒸发器的主要性能ᴥ四、蒸发器的改进与研究1．开发新型蒸发器主要通过改进传热面的结构来提高传热效果。例如新近出现的板式蒸发器，不但具有体积小、传热效率高、溶液停留时间短等优点，而且其加热面积可根据需要而增减，装卸和清洗方便。又如，在石油化工中采用的表面多孔加热管，可使溶液侧的传热系数提高10～20倍。海水淡化中使用的双面纵槽加热管，也可显著提高传热效果。2．改善溶液的流动状况在蒸发器内装入各种形式的湍流构件，以提高溶液侧的对流传热系数。例如在自然循环型蒸发器的加热管内装入铜质填料后，溶液侧的对流传热系数可提高50％左右。原因有二，一方面，由于填料的存在加剧了液体的湍动程度；另一方面，填料本身的导热性能很好，可将热量直接传到溶液内部。3．改进溶液的工艺特性通过改进溶液的工艺特性，可以提高传热效果。研究表面，加入适当的表面活性剂，可使总传热系数提高1倍以上；加入适当的阻垢剂，可减小污垢形成的速度，从而降低污垢热阻。ᴥ除沫器冷凝器真空系统装置五、蒸发器的辅助设备蒸发器的辅助设备（一）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（二）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。