资源简介

(共34张PPT)
模块四 蒸发技术
01
任务一 认识蒸发装置
02
任务二 确定蒸发操作条件
03
任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数
04
任务四 操作蒸发装置
05
06
综合案例
总结与归纳
03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数根据生产工艺要求的生产能力以及物料特性选择蒸发设备。通过计算蒸确定发器的生产强度、加热蒸汽的消耗量、传热面积、热损、溶液沸点以及传热温差损失等。并能提出提高蒸发强度的措施。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数掌握根据生产工艺条件的要求和蒸发物料的工艺特性，能选择适合生产工艺条件、操作与维修简便、设备投资费用合理的蒸发设备。子任务1选择蒸发分离设备03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数蒸发器的结构形式较多，选用和设计时，要在满足生产任务要求，保证产品质量的前提下，尽可能兼顾生产能力大，结构简单，维修方便及经济性好等因素。选用时主要应考虑如下原则：（1）要有较高的传热系数，能满足生产工艺的要求。（2）生产能力较大。（3）构造简单，操作维修方便。（4）能适应所蒸发物料的工艺特性。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数蒸发物料的物理、化学性质常常使一些传热系数高的蒸发器在使用上受到限制。因此，在选型时，能否适应所蒸发物料的工艺特性，是首要考虑的因素。蒸发物料的工艺特性包括粘度、热敏性、结垢、有无结晶析出、发泡性及腐蚀性等。（1）对于粘度大的物料不适宜选择自然循环型，选用强制循环型或降膜式蒸发器为宜。通常，自然循环型适用的粘度范围为0.01-0.1Pa.s。（2）对于热敏性物料应选用停留时间短的各种膜式蒸发器设备，且常用真空操作以降低料液的沸点和受热程度。（3）对易结垢的料液，无论蒸发何种料液，蒸发器长久使用后，传热面上总会有污垢生成。垢层的导热系数小，因此对易结垢的溶液，宜选取管内流速大的强制循环蒸发器。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数（4）有结晶析出的物料，一般应采用管外沸腾型蒸发器，如强制循环式、外加热式等。（5）易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫，充满了整个分离室后即随二次蒸汽排出，不但损失物料，而且污染冷凝器。蒸发这种溶液宜采用外热式蒸发器、强制循环蒸发器或升膜蒸发器。若将中央循环管蒸发器和悬筐蒸发器的分离室设计大一些，也可用于这种溶液的蒸发。（6）对处理腐蚀性物料的蒸发器，应选用耐腐蚀的材料，如不透性石墨及合金材料等。（7）溶液的处理量也是选型应考虑的因素。要求传热面大于10m2时，不宜选用刮板搅拌薄膜蒸发器，要求传热面在20m2以上时，宜采用多效蒸发操作。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数掌握根据生产工艺条件计算蒸发器的生产强度、蒸汽消耗量、传热平均温差、总传热系数以及传热面积等。能根据计算结果和生产工艺的要求提出提高蒸发强度的措施。子任务2确定蒸发设备装置的工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数一、蒸发器的生产强度由上式可以看出蒸发器的生产能力仅反映蒸发器生产量的大小，而引入蒸发强度的概念却可反映蒸发器的优劣。蒸发器的生产强度简称蒸发强度，是指单位时间单位传热面积上所蒸发的水量，即U——蒸发强度，kg/(m2·h)蒸发强度通常可用于评价蒸发器的优劣，对于一定的蒸发任务而言，若蒸发强度越大，则所需的传热面积越小，即设备的投资就越低。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数若不计热损失和浓缩热，料液又为沸点进料，可得提高蒸发强度的主要途径是提高总传热系数K和传热温度差Δtm。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数二、加热蒸汽消耗、蒸发器传热面积1.加热蒸汽的消耗量蒸发计算中，加热蒸汽消耗量可以通过热量衡算来确定。单效蒸发作热量衡算，在稳定连续的蒸发操作中，当加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出时，单位时间内加热蒸汽提供的热量为：03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数蒸汽所提供的热量主要用于以下三方面：（1）将原料从进料温度t1加热到沸点温度tf，此项所需要的显热为Q1:（2）在沸点温度tf下使溶剂汽化，其所需要的潜热为Q2:（3）补偿蒸发过程中的热量损失QL：03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数（1）求25%食盐水溶液的比热容。NaCl的比热容为0.838kJ/(kg·K),水的比热容为4.187kJ/(kg·K),则25%食盐水溶液的比热容：kJ/(kg·K)03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数（2）欲将操作条件下比热容为3.7kJ/(kg·K)的11.6%（质量分数）的NaOH溶液浓缩到18.3%，已知溶液的初始温度为293K，溶液的沸点为337.2K，加热蒸汽的压强约为0.2MPa，每小时处理的原料量为1t，设备的热损失按热负荷的5%计算。试求加热蒸汽消耗量。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数2.传热面积的计算蒸发器的传热面积可通过传热速率方程求得，即：A—蒸发器的传热面积，m2; K—蒸发器的总传热系数，W/(m2 K)；Δtm—传热平均温度差，℃；Q —蒸发器的热负荷，W或kJ/kg。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数3.溶液的沸点和传热温差损失溶液中含有溶质，故其沸点必然高于纯溶剂在同一压力下的沸点。溶液的沸点与溶液的种类，浓度和压力有关。蒸发操作的压力通常取冷凝器的压力，由已知条件给定。因此，在该压力下纯水的沸点（即二次蒸汽的饱和温度）T’为已知。由于下述原因，溶液的沸点高于T’:（1）溶液的沸点升高，记为’常为溶液在常压下因溶质存在而较纯溶剂（水）的沸点升高值，即其中tA为常压下溶液的沸点，可由手册查取。式中T’和r’均指操作压力下二次蒸汽的饱和温度和汽化潜热。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数（2）液体静压头的影响，其引起的沸点上升值记为液柱静压头引起的溶液沸点升高,蒸发器加热室中有一定液位，表示，其值用料液高度一半处的压力，进行近似计算。式中tav、tb分别为pav、p＇压力水蒸汽的饱和温度。因液面下的压力比液面表面压力高，则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溶液沸点升高，以03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数（3）二次蒸汽流动阻力，其引起的沸点上升值记为该损失是二次蒸汽由分离室出口到冷凝器之间的压降所造成的温度差损失，通常取=1℃。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数在单效蒸发器中每小时将5400kg、20%NaOH水溶液浓缩至50%。原料液温度为60℃，比热容为3.4kJ/（kg·℃），加热蒸汽与二次蒸汽的绝对压强分别为400kPa及50kPa。操作条件下溶液的沸点为126℃，总传热系数Ko为1560W/（m2·℃）。加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除。热损失可以忽略不计。试求：考虑浓缩热时：①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量；②传热面积。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数查出加热蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有关参数为400kPa：蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg汽化热r=2138.5kJ/kg冷凝水的焓hw=603.61kJ/kg温度T=143.4℃50kPa： 蒸汽的焓H′=2644.3kJ/kg汽化热r′=2304.5kJ/kg温度T′=81.2℃考虑浓缩热时03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数三、提高蒸发强度的途径：1.提高传热温度差提高传热温度差可从提高热源的温度或降低溶液的沸点等角度考虑，工程上通常采用下列措施来实现：（1）真空蒸发真空蒸发可以降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器的生产强度，同时由于沸点较低，可减少或防止热敏性物料的分解。（2）高温热源提高Δtm的另一个措施是提高加热蒸汽的压力，但这时要对蒸发器的设计和操作提出严格要求。一般加热蒸汽压力不超过0.6～0.8MPa。对于某些物料如果加压蒸汽仍不能满足要求时，则可选用高温导热油、熔盐或改用电加热，以增大传热推动力。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数2.提高总传热系数蒸发器的总传热系数主要取决于溶液的性质、沸腾状况、操作条件以及蒸发器的结构等。这些已在前面论述，因此，合理设计蒸发器以实现良好的溶液循环流动，及时排除加热室中不凝性气体，定期清洗蒸发器（加热室内管），均是提高和保持蒸发器在高强度下操作的重要措施。蒸汽中含1%不凝性气体，传热总系数下降60%，所以在操作中，必须密切注意和及时排除不凝性气体。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数3.合理选择蒸发器蒸发器的选择应考虑蒸发溶液的性质，如溶液的粘度、发泡性、腐蚀性、热敏性，以及是否容易结垢、结晶等情况。如热敏性的食品物料蒸发，由于物料所承受的最高温度有一定极限，因此应尽量降低溶液在蒸发器中的沸点，缩短物料在蒸发器中的滞留时间，可选用膜式蒸发器。对于腐蚀性溶液的蒸发，蒸发器的材料应耐腐蚀。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数4.提高传热量提高蒸发器的传热量，必须增加它的传热面积。在操作中，应密切注意蒸发器内液面高低。如在膜式蒸发器中，液面应维持在管长的0.2-0.25处，才能保证正常的操作。在自然循环式蒸发器中，液面在管长0.3-0.5处时，溶液循环良好，这时汽液混合物从加热管顶端涌出，达到循环的目的。液面过高，加热管下部所受的静压强过大，溶液达不到沸腾；液面过低则不能造成溶液循环。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数四、提高多效蒸发加热蒸汽经济性的其他措施1.额外蒸汽的引出多效蒸发中，可在前几效引出部分二次蒸汽，作为其它加热设备的热源。引出额外蒸汽时，生蒸汽的消耗量增加，但所增加的生蒸汽量小于引出的额外蒸汽总量，从总体来看，生蒸汽的经济性提高了。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数2.冷凝水的闪蒸上一效的冷凝水温度较高，可将其通过闪蒸器减压至下一效加热室的压力，则冷凝水由于过热将闪蒸，产生部分蒸汽。将它和上一效的二次蒸汽一起作为下一效的加热蒸汽，就相当于提高了生蒸汽的经济性。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数3.多效多级闪蒸解决了物料易于在加热管管壁结垢的问题，经济性较高，可利用低压蒸汽作为热源，设备简单紧凑，不需要高大的厂房，因而近年来应用渐广。动力消耗较大，所需的传热面积稍多。另外也不适用于沸 点上升较大物料的蒸发。03任务三 选择蒸发设备与确定工艺参数4.热泵蒸发单效蒸发时，可将二次蒸汽绝热压缩以提高其温度，然后送回加热室作为加热蒸汽重新利用。热泵蒸发的节能效果一般可相当于3～5效的多效蒸发。该方法不适用于沸点升高较大物料的蒸发。另外，压缩机的投资费用较高等，限制了它的应用。

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