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化学工业出版社项目四蒸发任务1：了解蒸发在化工生产中的应用1.工业应用：广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领域。2.蒸发操作的分类：①按操作压力分类：常压、加压和减压（真空）②按二次蒸汽是否利用分类：单效蒸发、多效蒸发。③按蒸发模式分类：间歇蒸发、连续蒸发。3．蒸发操作的流程•（1）单效蒸发流程•蒸发器由加热器和蒸发室构成。加热蒸汽在加热室的管外冷凝，加热蒸汽的冷凝水由加热室下部的疏水器排出。原料液由蒸发室的下部加入，经蒸发浓缩后的浓缩液由蒸发器的底部排出。二次蒸汽在蒸发室分离出夹带的部分液滴后，经蒸发室顶部的除沫器进一步分离，进入冷凝器内与冷却水直接混合而被冷凝排出。不凝性气体经水分离器和缓冲罐后，再由真空泵抽至大气。（2）多效蒸发流程多效蒸发操作的流程可分为三种，即并流、逆流和平流。①并流加料流程并流加料也称顺流加料，是工业中常用的方法。原料液与加热蒸汽分别加入第一效的蒸发室和加热室，原料液被加热浓缩，二次蒸汽进入第二效加热室作为加热蒸汽。第二效的二次蒸汽进入第三效的加热室作为加热蒸汽。在第一效被浓缩的原料液，依次进入第二和第三效的蒸发室被浓缩，完成液由第三效底部排出。同时，后一个蒸发器作为前一个蒸发器的冷凝器。②逆流加料流程•逆流加料操作的流程如图4-3所示，原料液从末效加入，然后用泵送入前一效，最后从第一效取出完成液。加热蒸汽流向与并流相同，顺序流过一、二、三效。③平流加料流程平流加料操作流程如图4-4所示，在每一效中都加入原料液，放出完成液。其特点是蒸汽的走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效加入和排出。开眼界：认识单效蒸发和多效蒸发设备：工厂中常根据工艺条件，以及操作费用和设备投资费用来确定使用多效蒸发或单效蒸发。图４－５和图４－６是工厂使用的不同效数的蒸发器。图4-５五效浓缩降膜蒸发器图4-６单效蒸发器任务2：认识蒸发设备的结构及工作原理1．循环型蒸发（1）中央循环管式它的特点是在加热室的中央装有一根直径较大的管子，称为中央循环管，它的截面积大约等于加热管束总截面积的40%～100%。加热蒸汽通入管间。（2）悬筐式蒸发器•它的加热室是悬挂在蒸发器壳体的下部。加热蒸汽由壳体上部通入管间，管内为溶液。加热室外壁与蒸发器壳体之间的环隙为溶液循环的通道。（3）外加热式蒸发器•将加热室和蒸发室分开装置的蒸发器，称为外加热式蒸发器。（4）强制循环式蒸发器•蒸发器内的溶液，依靠泵的作用，沿一定的方向循环，循环速度一般可达1.5～3.5m/s。循环管是一根垂直的空管子，它的截面积约为加热管总面积的150%左右。管子上端通蒸发室，下端与泵的入口相连。泵的出口连在加热室底部。溶液由泵送入加热室，在室内受热沸腾，沸腾的汽液混合物以高速进入蒸发室进行汽液分离。单程型蒸发器又称薄膜式蒸发器。常用的有升膜式、降膜式、和回转式薄膜蒸发器等。2．单程型蒸发器（1）升膜式蒸发器•加热室由很长的管束组成。原料液预热至沸点，由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。溶液受热沸腾后迅速汽化，生成的二次蒸汽在管内高速上升。（2）降膜式蒸发器降膜式蒸发器的加热室可以是单根套管，或由管束和外壳组成。原料液由加热室的顶部加入，在重力作用下沿管内壁呈膜状下降，并在下降过程中被蒸发增浓，汽、液混合物流至底部进入分离器，完成液由分离器的底部排出，二次蒸汽由顶部排出。（3）回转刮板式薄膜蒸发器回转刮板式薄膜蒸发器，其加热管为一根粗圆管，壳体的下部装有加热蒸汽夹套，内部装有可旋转的的搅拌刮片，原料液由蒸发器上部沿切线的方向进入器内，被旋转的刮片带动旋转，液膜不停的被搅动，进行再分配。受离心力、重力及刮片的刮带作用，液体在壳体内壁形成旋转下降的薄膜。液膜被蒸发浓缩，完成液由底部排出，二次蒸汽上升至顶部经分离器后进入冷凝器。3．蒸发器的辅助装置•（1）除沫器•蒸发器的二次蒸汽出口附近装设除沫器。（2）冷凝器•在蒸发操作中，当末效蒸发出的二次蒸汽需要回收时，就需用间壁式换热器冷凝。如所产生的二次蒸汽为水蒸汽，可直接将冷水与蒸汽混合将其冷凝，称为混合式冷凝。一般蒸发的溶液多为水溶液，所以混合式冷凝器运用较为普遍。常用的混合式冷凝器有淋水孔板式、填料式等。（3）真空装置当蒸发器在负压下操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真空装置。需要指出的是，蒸发器中的负压主要是由于二次蒸汽冷凝所致，而真空装置仅是抽吸蒸发系统泄漏的空气、物料及冷却水中溶解的不凝性气体和冷却水饱和温度下的水蒸汽等，冷凝器后必须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。开眼界：在我们的身边的蒸发器图4-15冰箱蒸发器图4-16汽车空调蒸发器任务3：认识蒸发过程的影响因素1．影响生产强度的因素提高蒸发强度的主要途径是：（1）提高总传热系数：①实现良好的溶液循环流动②及时排除加热室中不凝性气体③定期清洗蒸发器防止生垢和除垢，（2）提高传热温度差：①真空蒸发可以降低溶液沸点②提高加热蒸汽的压力2．影响溶液沸点升高的因素•影响溶液沸点升高的因素有三个方面：•（１）溶液浓度的影响•溶液中由于有溶质存在，溶液的蒸汽压总是比同温度下纯水的蒸汽压低。因此在相同压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点。•（２）液柱静压头的影响•蒸发器操作需维持一定液位，这样液面下的压力比液面上的压力（分离室中的压力）高，即液面下的沸点比液面上的高，二者之差称为液柱静压头引起的温度差损失。•（３）管道阻力的影响•在多效蒸发中，二次蒸汽进入下一效蒸发器，因为流体阻力，蒸汽压力下降，蒸汽的饱和温度也相应降低。这项温差损失与蒸汽流速、管径和除沫器的阻力等因素有关。•上述几点所造成的温差损失越大，则溶液沸点越高，所需加热蒸汽的压力也就越大，能耗也越大。所以降低温差损失，可增大有效温差。3．降低热能消耗的措施之一利用二次蒸汽的潜热：利用二次蒸汽的潜热的最普通的方法是多效蒸发，将前一效的二次蒸汽引入后一个蒸发器作为加热蒸汽，这样后一效的加热室就成为前一效二次蒸汽的冷凝器。除最后一效外，各效的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，这就提高了生蒸汽的利用率。3．降低热能消耗的措施之二二次蒸汽的再压缩：在单效蒸发中，二次蒸汽在冷凝器中冷凝除去，蒸汽的潜热即完全除去，很不经济。可以将二次蒸汽通过压缩机绝热压缩，使其压强和温度升高，然后再送回原来的蒸发器中作为加热蒸汽，则其潜热可得到反复利用。这样，除了开工外不需要另行供给生蒸汽，而只须补充少量压缩功，即可维持正常运行。二次蒸汽的再压缩不适用沸点上升比较大的情况。此外，压缩机的投资费用较大，需要维修保养，这些缺点也在一定程度上限制了它的使用。同样也可将多效蒸发的二次蒸汽引出加以利用，效数越往后的二次蒸汽利用率越高。3．降低热能消耗的措施之三冷凝水热量的利用：蒸发装置消耗大量蒸汽必然产生大量的冷凝水。此冷凝液排出加热室外可用以预热料液。或将冷凝水减压，减压至下一效加热室的压力，使之用过热产生自蒸发现象。汽化的蒸汽可与二次蒸汽一并进出入后一效的加热室，冷凝水的显热得以部分地回收利用。