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
02任务二确定蒸发条件掌握选择蒸发方式与流程、确定蒸发工艺条件包括蒸发水（或溶剂等）量、加热蒸汽消耗量、蒸发器的换热面积、蒸发器的传热系数以及蒸发溶液性质变化等等。能根据生产工艺条件的要求选择适合的蒸发方式、蒸发流程以及提高蒸发强度的措施等。02任务二确定蒸发条件掌握蒸发的不同分类方式：自然蒸发与沸腾蒸发、单效蒸发与多效蒸发、间歇蒸发与连续蒸发、常压与减压蒸发等，能根据蒸发目的、溶液与溶剂的性质以及节能等因素选择适合的蒸发流程。子任务1确定蒸发流程02任务二确定蒸发条件一、蒸发分类1.根据蒸发的方式，可以分为自然蒸发和沸腾蒸发。自然蒸发即溶液在低于沸点温度下蒸发，如海水晒盐，这种情况下，因溶剂仅在溶液表面汽化，溶剂汽化速率低。沸腾蒸发是将溶液加热至沸点，使之在沸腾状态下蒸发。工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。02任务二确定蒸发条件2.按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。根据二次蒸汽是否用作另一个蒸发器的加热蒸汽，可将蒸发分为单效蒸发和多效蒸发。若蒸发出来的二次蒸汽直接冷凝而不再利用，称为单效蒸发;将几个蒸发器按一定方式组合起来，利用前一个蒸发器的二次蒸汽作为后一个蒸发器的加热蒸汽进行操作，称为多效蒸发。利用多效蒸发是减小加热蒸汽消耗量，节约热能的主要途径。02任务二确定蒸发条件3.间歇蒸发和连续蒸发根据操作过程是否连续，蒸发可分为间歇蒸发和连续蒸发。间歇蒸发系指分批进料的蒸发操作。间歇蒸发特点是蒸发过程中，溶液的浓度和沸点随时间改变，故间歇蒸发为非稳定操作。适用于小规模、多品种的场合。连续蒸发为稳定操作，适用于大规模的生产过程。02任务二确定蒸发条件4.按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。根据操作压力的不同，可将蒸发分为常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发（又称真空蒸发）。常压蒸发的特点是可采用敞口设备，二次蒸汽可直接排放在大气中，但会造成对环境的污染，适用于临时性或小批量的生产。02任务二确定蒸发条件真空蒸发优点：（1）在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差，减小蒸发器的传热面积；（2）减压下溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源；（3）可以利用低压蒸汽作为加热剂；（4）操作温度低，热损失较小。02任务二确定蒸发条件真空蒸发缺点:（1）系统需要有减压的装置，投资费和操作费较高，真空设备增加动力消耗；（2）溶液沸点降低，其粘性会增加，使得总传热系数下降等。02任务二确定蒸发条件二、蒸发操作过程的特点与性质1.蒸发的目的是为了使溶剂汽化，因此被蒸发的溶液应由具有挥发性的溶剂和不挥发性的溶质组成，这一点与蒸馏操作中的溶液是不同的。整个蒸发过程中溶质数量不变，这是物料衡算的基本依据。2.溶剂的汽化可分别在低于沸点和沸点时进行。在低于沸点时进行，称为自然蒸发。如海水制盐用太阳晒，此时溶剂的汽化只能在溶液的表面进行，蒸发速率缓慢，生产效率较低，故该法在其它工业生产中较少采用。若溶剂的汽化在沸点温度下进行，则称为沸腾蒸发，溶剂不仅在溶液的表面汽化，而且在溶液内部的各个部分同时汽化，蒸发速率大大提高。02任务二确定蒸发条件3.蒸发操作是一个传热和传质同时进行的过程，蒸发的速率决定于过程中较慢的那一步过程的速率，即热量传递速率，因此工程上通常把它归类为传热过程。4.由于溶液中的溶质的存在，在溶剂汽化过程中溶质易在加热表面析出而形成污垢，影响传热效果。5.蒸发操作需在蒸发器中进行。沸腾时，由于液沫的夹带而可能造成物料的损失，因此蒸发器在结构上与一般加热器是不同的。6.蒸发操作中要将大量溶剂汽化，需要消耗大量的热能，因此，蒸发操作的节能问题将比一般传热过程更为突出。02任务二确定蒸发条件工业上常用水蒸汽作为加热热源，而被蒸发的物料大多为水溶液，汽化出来的蒸汽仍然是水蒸汽，为区别起见，将用来加热的蒸汽称为生蒸汽。将从蒸发器中蒸发出的蒸汽称为二次蒸汽。02任务二确定蒸发条件二、蒸发流程1.单效蒸发单效蒸发溶液在蒸发器内蒸发时，其所产生的二次蒸汽不再利用，溶液也不再通入第二个蒸发器进行浓缩，即只用一台蒸发器完成蒸发操作。对于单效蒸发，在给定生产任务和确定了操作条件后，通常需要计算水分蒸发量、加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件2.多效蒸发由于蒸发过程是一个耗能较大的单元操作。因此，能耗是评价蒸发过程优劣的一个非常重要的指标，通常以加热蒸汽的经济性来表示。加热蒸汽的经济性是指1kg加热蒸汽可蒸发的水量，若原料液在沸点下进入蒸发器，忽略热损失，则下式可得：e=D/W=r/Re称为单位蒸汽消耗量，表示每蒸发1kg水所需消耗的加热蒸汽量，可说明加热蒸汽的利用率，e越小，利用率越高。—二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg，—加热蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件（1）并流蒸发流程并流三效蒸发流程中，溶液和加热蒸汽的流向相同，都是从第一效开始按顺序流到第三效后结束。其中加热蒸汽分两种，第一效是生蒸汽，即由其他蒸汽发生器产生的蒸汽，第二效和第三效的蒸汽是二次蒸汽，第一效蒸发产生的蒸汽是第二效蒸发的加热蒸汽，第二效蒸发产生的二次蒸汽是第三效蒸发的加热蒸汽。原料液进入第一效浓缩后由底部排出，并依次进入第二效、第三效，在第二效和第三效被连续浓缩。完成液由第三效底部排出。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件并流蒸发流程的优点：（1）料液可借相邻二效的压强差自动流入后一效，而不需用泵输送，同时，由于前一效的沸点比后一效的高，因此当物料进入后一效时，会产生自蒸发，这可多蒸出一部分水汽。（2）不设预热器；辅助设备少，流程紧凑，温度损失小；操作简便，工艺稳定，设备维修量少。并流蒸发流程的缺点：传热系数会下降，这是因为后序各效的浓度会逐渐增高，但沸点反而逐渐降低，导致溶液粘度逐渐增大，降低了传热系数，需要更大的传热面积。02任务二确定蒸发条件（2）逆流加料流程在逆流加料流程中，料液与蒸汽走向相反。料液从末效加入蒸发浓缩后，用泵将浓缩液送入前一效直至末效，得到完成液；生蒸汽从第一效加入后经放热冷凝成液体，产生的二次蒸汽进入第二效，在对料液加热后冷凝成液体，第二效产生的二次蒸汽进入第三效对原料液加热，释放热量后冷凝成液体排出。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件逆流加料流程中，因随浓缩液浓度增大而温度逐效升高，所以各效的黏度相差较小，传热系数大致相同；完成液排出温度较高，可在减压下进一步闪蒸浓缩。缺点：辅助设备多，需用泵输送原料液；因各效在低于沸点下进料，故必须设置预热器，进料没有自蒸。能量消耗大也是其缺点。逆流加料流程主要应用于黏度较大的液体的浓缩。02任务二确定蒸发条件（3）平流加料流程在平流蒸发流程中，原料液分别加入到各效蒸发器中，完成液分别从各效引出，蒸汽流向是从第一效进生蒸汽，产生的二次蒸汽进入第二效并释放热量后冷凝成液体，第二效产生的二次蒸汽进入第三效，在第三效释放热量后冷凝成液体而排出。平流加料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，这种流程适用于处理黏度大、易结晶物料，例如食盐水溶液等的蒸发，也可以用于两种或两种以上不同液体的同时蒸发过程。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件3.多效蒸发的经济性及效数限制①加热蒸汽的经济性蒸发操作中需要消耗大量热能，主要操作费用花在所需热能上，而多效蒸发的目的就是通过利用二次蒸汽，提高蒸汽的经济性、降低能耗。对于单效蒸发，理论上，单位蒸汽用量e=1,即蒸发1kg水消耗1kg加热蒸汽。如果采用多效蒸发，由于除了第一效需要消耗新鲜加热蒸汽外，其余各效都是利用前一效的二次蒸汽，提高了蒸汽的利用程度，并且，效数越多，蒸汽的利用程度越高。效数越多，单位蒸汽消耗量越少，则蒸发同样多的水分量，操作费用越低。02任务二确定蒸发条件②多效蒸发效数的限制对于多效蒸发装置，一方面，随着效数的增加，单位蒸汽的消耗量减小，操作费用降低；但另一方面，效数越多，设备投资费用越大。02任务二确定蒸发条件③多效蒸发对节能的意义由单效蒸发中加热蒸汽消耗量的计算式可看出，蒸发操作中的操作费用主要是用在将溶剂汽化所需要提供的热能上，对于拥有大规模蒸发操作的工厂来说，该项热量的消耗在全厂蒸汽动力费用中占有相当大的比重。显然，如果每蒸发1kg溶剂所消耗的加热蒸汽量D/W越小，则该蒸发操作的经济性就越好。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件掌握单效蒸发水量、流量以及蒸发后的浓度计算等。能根据生产任务和工艺的要求计算蒸发水量、流量以及蒸发后的浓度等。子任务2确定蒸发分离条件02任务二确定蒸发条件单效蒸发在给定生产任务和操作条件，如进料量、进料温度和浓度，完成液的浓度，加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下，可以通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程确定水的蒸发量；加热蒸汽消耗量以及蒸发器所需传热面积。02任务二确定蒸发条件02任务二确定蒸发条件用一单效蒸发器将每小时10t，浓度为10%的NaOH溶液浓缩到20%（组成为质量分数），求每小时需要蒸发的的水量。02任务二确定蒸发条件用一单效蒸发器将每小时10t，浓度为10%的NaOH溶液浓缩到20%（组成为质量分数），求每小时需要蒸发的的水量。

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