化工原理主講：劉克峰

合肥學院化學與材料工程系2012年5月22日第六章蒸發蒸發過程概述蒸發設備生物溶液增濃多效蒸發單效蒸發計算本章學習重點◆學習要求：通過本章學習，能夠掌握蒸發操作的特點，過程計算、設備選型、確定適宜的工藝流程和適宜的操作條件。Ⅰ.和一般的傳熱過程相比，蒸發操作具有哪些特征，對蒸發設備及蒸發工藝過程有何特殊要求。

Ⅱ.蒸發器的基本結構、操作特性及適用場合。Ⅲ.蒸發過程計算（以單效為重點，包括溶液沸點升高、物料衡算、熱量衡算、傳熱面積計算等。）Ⅳ.蒸發操作的強化及節能途徑。了解更多蒸發的流程、與單效蒸發的比較及效數的限制。◆學習方法：在全面掌握傳熱知識的基礎上，從分析蒸發操作的特點入手，理解蒸發器結構特點及其多樣性（適應物料工藝特點）、蒸發過程計算的復雜性（溶液沸點升高）、提高蒸發器的生產強度的措施、蒸發操作的節能途徑。◆應重點掌握的內容本章學習指導6.1概述蒸發：將含有不揮發溶質的溶液加熱至沸騰，使部分揮發性溶劑汽化并移除，從而獲得濃縮溶液或回收溶劑的操作。（其廣泛應用于化工、輕工、制藥、生物、食品等行業）工業上被蒸發的溶液居多，故本章以水溶液為重點。蒸發的目的：1.制取增濃的液體產品（如牛乳制奶粉生產中牛乳的濃縮）2.純凈溶液的制取（如淡化海水）3.同時制備濃縮溶液和回收溶劑（如中藥生產中酒精浸出液的蒸發）蒸發過程分類：1.加壓蒸發、常壓蒸發和減壓蒸發2.單效蒸發與多效蒸發3.間歇蒸發和連續蒸發蒸發操作的特點：1.溶液沸點升高2.熱能的綜合利用3.溶液的工藝特性

垂直長管型蒸發器直接接觸傳熱蒸發器垂直短管型蒸發器循環蒸發器降膜式蒸發器升-降膜式蒸發器升膜式蒸發器單程型蒸發器

6.2蒸發設備蒸發設備及其大致分類見下圖示：特點是使溶液在蒸發器中作循環流動。依靠外力為強制循環式蒸發器，依靠溶液在蒸發器不同部位密度差的為自然循環式蒸發器。特點是溶液沿加熱管壁呈膜裝流動而進行傳熱和蒸發，一次通過加熱室即可達到所要求的組成。其突出優點是傳熱效率高，蒸發速度快，溶液在蒸發器內停留時間短，特別適用于熱敏性物料的蒸發。6.2.1循環型蒸發器中央循環管式蒸發器又稱標準是蒸發器。它是工業生產中使用廣泛且歷史悠久的自然循環蒸發器的一種。這類蒸發器的循環速度≤0.5m/s，λ總=580~2900W/(m2·℃）懸框式蒸發器是中央循環管式蒸發器的改進型，其加熱室外沿與蒸發器殼體間供液體的循環通道。S循環=S總×（100%~150%），故液體的循環速度提高，達1~1.5m/s，λ總=580~3500W/(m2·℃)垂直短管型蒸發器加熱室與分離室分開，易于清洗更換，降低蒸發器總高度。垂直長管式蒸發器列文式蒸發器是在加熱室上部增設一段直管作為沸騰室。由于直管內液柱的靜壓力抑制了液體在加熱管內沸騰，從而減少了加熱管結垢的可能性。在沸騰室上部設有立式隔板，以破壞大氣泡，與液體形成均勻混合物上升。同時，由于循環管不被加熱，加大了液體的密度差和循環的推動力，使循環速度高達2~3m/s，λ總=1280~2350W/(m2·℃）強制循環式蒸發器，v循環=2~5m/s,λ總=1000~6000W/(m2·℃）直接接觸傳熱蒸發器的典型代表是浸沒燃燒式蒸發器。它是將燃料（煤氣或重油）與空氣混合燃燒產生的高溫煙道氣直接通入待蒸發的溶液中，使溶液沸騰汽化，從而得到增濃的溶液，蒸出的溶劑與煙氣一起從蒸發器頂部排出。優點：結構簡單，傳熱速率快、效率高，適用于易結晶或有腐蝕性溶液（如硫酸、銨鹽溶液的蒸發），但不適用于熱敏性或不能被煙道氣污染的物料，且二次蒸汽難以再利用。6.2.2單程式蒸發器常壓下，v≥10m/s,一般為20~30m/s；減壓下，可達80~200m/s，λ總=580~5800W/(m2·℃）適用于蒸發量大、熱敏性及起泡沫的溶液，不適用于黏度大、易結垢或有結晶析出的溶液。可單程操作，也可借助泵將濃縮液從分離器抽出打入蒸發器頂部再循環，成為強制循環式蒸發器。適用于組成較高、黏度較大以及有晶體析出溶液的蒸發等場合，但傳熱系數較小。升膜式蒸發器降膜式蒸發器其為升膜和降膜式二者的結合體，預熱后的料液先在升膜加熱管內上升，再沿降膜加熱管下降，氣液混合物在分離室中分離。適用于在濃縮過程中黏度變化比較大的溶液或廠房高度有限場合。對物料的適用性很強但結構復雜，傳熱面積有限（≤20m2），料液處理量較小。升-降膜式蒸發器刮板薄膜蒸發器6.2.3蒸發設備和蒸發技術的進展隨著醫藥、生物、食品等工業的飛速發展，蒸發設備和蒸發技術也在不斷改進與創新。一、開發新型、高效蒸發器二、蒸發與其他單元操作相結合與其他化工單元操作結合，構成集成式的工藝流程，如蒸發干燥、蒸發分餾、蒸發結晶等。三、蒸發器傳熱的強化及防除垢技術1.在蒸發器中插入多種型式的湍流元件，改變加熱表面形狀或其他增加液湍措施來強化傳熱。2.改變料液性質來提高傳熱效果。3.氣-液-固三相流化床蒸發器在蒸發中的防除垢及強化傳熱效果十分顯著，具有高效、多功能、易操作等一系列優點。四、設計最佳化效數、溫度差、濃度比、總傳熱面積和年輕營費用等參數的優化，余熱的有效利用、全面降低能耗等。6.2.4蒸發器的選型（略）6.2.5蒸發器的輔助設備冷凝器蒸發中產生的二次蒸汽若不再利用，則需將其冷凝。除沫器作用：進一步捕集第二次蒸汽中所夾帶的霧沫或液滴，以減少有