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蒸發(fā)器的結構、性能特點(diǎn)及選型技巧
時(shí)間:2020-04-13 15:49:56
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蒸發(fā)的概念

將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰,使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過(guò)程稱(chēng)為蒸發(fā)。蒸發(fā)操作廣泛應用于化工、輕工、制藥、食品等許多工業(yè)中。

1.蒸發(fā)操作的目的

工業(yè)蒸發(fā)操作的主要目的是:

(1)稀溶液的增濃直接制取液體產(chǎn)品,或者將濃縮的溶液再經(jīng)進(jìn)一步處理(如冷卻結晶)制取固體產(chǎn)品,例如稀燒堿溶液(電解液)的濃縮、蔗糖水溶液的濃縮以及各種果汁、牛奶的濃縮等等;

(2)純凈溶劑的制取,此時(shí)蒸出的溶劑是產(chǎn)品,例如海水蒸發(fā)脫鹽制取淡水。

(3)同時(shí)制備濃溶液和回收溶劑,例如中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)。

工業(yè)上被蒸發(fā)的溶液多為水溶液,故本章只討論水溶液的蒸發(fā)。原則上,水溶液蒸發(fā)的基本原理和設備對其它液體的蒸發(fā)也是適用的。

2.蒸發(fā)流程
按照分子運動(dòng)學(xué)說(shuō),當液體受熱時(shí),靠近加熱面的分子不斷地獲得動(dòng)能。當一些分子的動(dòng)能大于液體分子之間的引力時(shí),這些分子便會(huì )從液體表面逸出而成為自由分子,此即分子的汽化。因此溶液的蒸發(fā)需要不斷地向溶液提供熱能,以維持分子的連續汽化;另一方面,液面上方的蒸汽必須及時(shí)移除,否則蒸汽與溶液將逐漸趨于平衡,汽化將不能連續進(jìn)行。

1.蒸發(fā)過(guò)程的分類(lèi)

(1)常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)

按蒸發(fā)操作壓力的不同,可將蒸發(fā)過(guò)程分為常壓、加壓和減壓(真空)蒸發(fā)。對于大多數無(wú)特殊要求的溶液,采用常壓、加壓或減壓操作均可。但對于熱敏性料液,例如抗生溶液、果汁等的蒸發(fā),為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,需要在減壓條件下進(jìn)行。減壓蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是:

①溶液沸點(diǎn)降低,在加熱蒸汽溫度一定的條件下,蒸發(fā)器傳熱的平均溫度差增大,于是傳熱面積減;

②由于溶液沸點(diǎn)降低,可以利用低壓蒸汽或廢熱蒸汽作為加熱蒸汽;

③溶液沸點(diǎn)低,可防止熱敏性物料的變性或分解;

④由于溫度低,系統的熱損失小。但另一方面,由于沸點(diǎn)降低,溶液的粘度大,使蒸發(fā)的傳熱系數減小,同時(shí),減壓蒸發(fā)時(shí),造成真空需要增加設備和動(dòng)力。

(2)單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)

根據二次蒸汽是否用作另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽,可將蒸發(fā)過(guò)程分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。若前一效的二次蒸汽直接冷凝而不再利用,稱(chēng)為單效蒸發(fā),圖片5-1所示為單效蒸發(fā)的流程示意。若將二次蒸汽引至下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽,將多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián),使加熱蒸汽多次利用的蒸發(fā)過(guò)程稱(chēng)為多效蒸發(fā)。

(3)間歇蒸發(fā)與連續蒸發(fā)

根據蒸發(fā)的過(guò)程模式,可將其分為間歇蒸發(fā)和連續蒸發(fā)。間歇蒸發(fā)系指分批進(jìn)料或出料的蒸發(fā)操作。間歇操作的特點(diǎn)是:在整個(gè)過(guò)程中,蒸發(fā)器內溶液的濃度和沸點(diǎn)隨時(shí)間改變,故間歇蒸發(fā)為非穩態(tài)操作。通常間歇蒸發(fā)適合于小規模多品種的場(chǎng)合,而連續蒸發(fā)適合于大規模的生產(chǎn)過(guò)程。

4.蒸發(fā)操作的特點(diǎn)

前已述及,蒸發(fā)操作是從溶液中分離出部分溶劑,而溶液中所含溶質(zhì)的數量不變,因此蒸發(fā)是一個(gè)熱量傳遞過(guò)程,其傳熱速率是蒸發(fā)過(guò)程的控制因素。蒸發(fā)所用的設備屬于熱交換設備.

但與一般的傳熱過(guò)程比較,蒸發(fā)過(guò)程又具有其自身的特點(diǎn),主要表現在:

(1)溶液沸點(diǎn)升高

被蒸發(fā)的料液是含有非揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液,由拉烏爾定律可知,在相同的溫度下,溶液的蒸汽壓低于純溶劑的蒸氣壓。換言之,在相同壓力下,溶液的沸點(diǎn)高于純溶劑的沸點(diǎn)。因此,當加熱蒸汽溫度一定,蒸發(fā)溶液時(shí)的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)溶劑時(shí)的溫度差。溶液的濃度越高,這種影響也越顯著(zhù)。在進(jìn)行蒸發(fā)設備的計算時(shí),必須考慮溶液沸點(diǎn)上升的這種影響。

(2)物料的工藝特性蒸發(fā)過(guò)程中,溶液的某些性質(zhì)隨著(zhù)溶液的濃縮而改變。

有些物料在濃縮過(guò)程中可能結垢、析出結晶或產(chǎn)生泡沫;有些物料是熱敏性的,在高溫下易變性或分解;有些物料具有較大的腐蝕性或較高的粘度等等。因此,在選擇蒸發(fā)的方法和設備時(shí),必須考慮物料的這些工藝特性。

(3)能量利用與回收

蒸發(fā)時(shí)需消耗大量的加熱蒸汽,而溶液汽化又產(chǎn)生大量的二次蒸汽,如何充分利用二次蒸汽的潛熱,提高加熱蒸汽的經(jīng)濟程度,也是蒸發(fā)器設計中的重要問(wèn)題。


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