模塊4 溶液蒸發(fā)操作

模塊四溶液蒸發(fā)操作項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)蒸發(fā)器【教材版本】李祥新、朱建民主編《化工單元操作》，高等教育出版社2009年3月出版?！窘虒W(xué)目標(biāo)】通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，掌握蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。熟悉蒸發(fā)器的形式及應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】重點(diǎn)：蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)難點(diǎn)：不同類型蒸發(fā)器的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合【教學(xué)方法】采用項(xiàng)目教學(xué)法，以行動(dòng)導(dǎo)向來進(jìn)行學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、觀察分析、團(tuán)結(jié)合作的能力。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，采用“導(dǎo)入一一演示一一實(shí)訓(xùn)一一評(píng)價(jià)一一講授一一討論”的教學(xué)過程，先讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中熟悉相應(yīng)單元操作，然后通過相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)?！緦W(xué)時(shí)安排】8學(xué)時(shí)【教學(xué)建議】先通過例子導(dǎo)入本項(xiàng)目的工作任務(wù)，根據(jù)要求布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)，演示實(shí)訓(xùn)操作方法，指導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。然后，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)溶液蒸發(fā)的相關(guān)知識(shí)。【教學(xué)過程】一、導(dǎo)入蒸發(fā)就是濃縮溶液的單元操作。在化工生產(chǎn)中，常常需要將溶有固體溶質(zhì)的稀溶液濃縮，以達(dá)到符合要求的濃度，或析出固體產(chǎn)品，或回收汽化出來的溶劑。如氯堿工業(yè)中將電解制得的10%燒堿溶液濃縮到30%，必須蒸發(fā)除去部分水分。二、教師講授及演示實(shí)訓(xùn)步驟布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)：觀察蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、尺寸、儀表及控制部分，分析蒸發(fā)器在工藝流程中的位置。引導(dǎo)學(xué)生先大致了解蒸發(fā)器，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。圖4-1四效降膜蒸發(fā)器三、學(xué)生實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生按工藝卡片進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。初步認(rèn)識(shí)一一察看詳細(xì)結(jié)構(gòu)一一分析加熱室結(jié)構(gòu)一一觀察儀表及控制系統(tǒng)——察看材質(zhì)一一察看安裝方式四、檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。五、相關(guān)知識(shí)在學(xué)生預(yù)習(xí)及實(shí)訓(xùn)操作的基礎(chǔ)上，由教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合，完成以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)。一、蒸發(fā)器的分類蒸發(fā)操作通過加熱一一提供大量的熱能；一般都是在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行大量溶劑汽化一一及時(shí)排除汽化出的蒸氣蒸發(fā)設(shè)備與一般的傳熱設(shè)備無本質(zhì)區(qū)別。加熱室、氣液分離室（蒸發(fā)室）、除沫器、冷凝器、真空裝置蒸發(fā)器分類料液在蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)情況類型料液流動(dòng)特點(diǎn)循環(huán)自然循環(huán)型中央循環(huán)管式懸筐式外加熱式列文式蒸發(fā)器中各部分溶液受熱程度不同，產(chǎn)生密度差而引起循環(huán)強(qiáng)制循環(huán)型利用外加動(dòng)力迫使溶液進(jìn)行循環(huán)單程升膜式溶液沿管內(nèi)壁呈膜狀向上流動(dòng)降膜式溶液沿管內(nèi)壁呈膜狀向下流動(dòng)升-降膜式料液先經(jīng)升膜加熱管上升，再由降膜加熱管下降刮板式薄膜式料液利用旋轉(zhuǎn)刮板的刮帶和重力的作用，在器壁上成膜二、常見蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)學(xué)生討論、自學(xué)內(nèi)容1.根據(jù)蒸發(fā)器模型或圖片，分析蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、蒸發(fā)室的位置，加熱蒸氣進(jìn)口，冷凝水出口，二次蒸氣出口，料液進(jìn)口，物料出口。說明各種類型蒸發(fā)器物料流向及循環(huán)過程。比較各種類型蒸發(fā)器的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。

中央循環(huán)管式蒸發(fā)器圖4-2中央循環(huán)管式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器外加熱式蒸發(fā)器圖4-3外加熱式蒸發(fā)器列文蒸發(fā)器強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器圖4-4強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器(6)升膜式蒸發(fā)器圖4-5升膜式蒸發(fā)器(7)降膜式蒸發(fā)器圖4-6降膜式蒸發(fā)器升-降膜式蒸發(fā)器刮板薄膜式蒸發(fā)器圖4-7刮板薄膜式蒸發(fā)器分析蒸發(fā)器輔助裝置的結(jié)構(gòu)及作用。(1)除沫器(2)(3)圻at立除沫器成形除法器絲網(wǎng)除法器高心忒除涂器旋區(qū)分高式除it笛%r折煎式除深布圖4-8常見除沫器冷凝器和真空裝置圖4-9混合冷凝器冷凝水排除器*’理陽室圖4-10偏心熱動(dòng)力疏水閥*’理陽室【作業(yè)】復(fù)習(xí)題項(xiàng)目2蒸發(fā)器操作【教材版本】李祥新、朱建民主編《化工單元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。【教學(xué)目標(biāo)】通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)蒸發(fā)器的基本操作，掌握單效蒸發(fā)操作的特點(diǎn)。學(xué)會(huì)判斷蒸發(fā)器的故障，并能及時(shí)排除?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】重點(diǎn)：蒸發(fā)器的基本操作難點(diǎn)：判斷蒸發(fā)器的故障【教學(xué)方法】采用項(xiàng)目教學(xué)法，以行動(dòng)導(dǎo)向來進(jìn)行學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、觀察分析、團(tuán)結(jié)合作的能力。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，采用“導(dǎo)入一一演示一一實(shí)訓(xùn)一一評(píng)價(jià)一一講授一一討論”的教學(xué)過程，先讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中熟悉相應(yīng)單元操作，然后通過相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)?！緦W(xué)時(shí)安排】8學(xué)時(shí)【教學(xué)建議】先通過例子導(dǎo)入本項(xiàng)目的工作任務(wù)，根據(jù)要求布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)，演示實(shí)訓(xùn)操作方法，指導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。然后，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)溶液蒸發(fā)的相關(guān)知識(shí)?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入工業(yè)上應(yīng)用的蒸發(fā)過程有不同的形式，蒸發(fā)操作按效數(shù)可分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，按操作方式又分為間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)等。每種操作方式均有其不同特點(diǎn)，視工業(yè)生產(chǎn)要求而選用。二、教師講授及演示實(shí)訓(xùn)步驟布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)：練習(xí)蒸發(fā)器開車、進(jìn)料、正常運(yùn)行、停車操作演示蒸發(fā)器操作，強(qiáng)調(diào)操作要點(diǎn)。圖4-11單效薄膜蒸發(fā)器三、學(xué)生實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生按工藝卡片進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。檢查準(zhǔn)備一一開車一一操作運(yùn)行一一停車一一卸料一一洗效（刷罐）四、檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。

五、相關(guān)知識(shí)在學(xué)生預(yù)習(xí)及實(shí)訓(xùn)操作的基礎(chǔ)上，由教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合，完成以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)。一、蒸發(fā)流程1.蒸發(fā)操作的分類分類操作特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合按二次蒸氣是否利用分類單效蒸發(fā)二次蒸氣直接冷凝排放不再利用。主要在小批量、間歇生產(chǎn)的情況下使用多效蒸發(fā)汽化出來的二次蒸氣引到下一個(gè)蒸發(fā)器作為加熱蒸氣使用，多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)進(jìn)行操作。降低了加熱蒸氣消耗量大規(guī)模的、連續(xù)性的生產(chǎn)一般都采用多效蒸發(fā)按操作壓力分類常壓蒸發(fā)分離室與大氣相通，或米用敞口設(shè)備，二次蒸氣直接排放到大氣中用于產(chǎn)量較小的簡(jiǎn)單工藝減壓蒸發(fā)蒸發(fā)操作在低于大氣壓的條件下進(jìn)行。在加熱蒸氣壓力相同的情況下，溶液沸點(diǎn)低，傳熱溫度差大，操作溫度低，熱量損失小?；どa(chǎn)中的蒸發(fā)操作大都采用減壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)蒸發(fā)操作在高于大氣壓的情況下進(jìn)行，其目的主要是為了提高二次蒸氣的溫度，以提高熱能的利用率用于沸點(diǎn)高的物料蒸發(fā)按操作過程是否連續(xù)分類間歇蒸發(fā)蒸發(fā)過程中，溶液的濃度和沸點(diǎn)隨時(shí)間不斷改變，是一個(gè)不穩(wěn)定操作過程適于小批量、多品種的場(chǎng)合連續(xù)蒸發(fā)連續(xù)加料、連續(xù)出料的穩(wěn)定操作過程適合于大規(guī)模的生產(chǎn)

圖4-12單效真空蒸發(fā)流程圖4-13多效蒸發(fā)流程2.多效蒸發(fā)流程并流加料流程并流加料又稱順流加料，即溶液與蒸氣的流向相同，都是由第一效順序流至末效。

圖4-15并流加料流程優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，容易控制。在處理黏度隨濃度增加而變化很大的物料時(shí)，不宜采用并流加料流程。逆流加料流程原料液的流向與加熱蒸氣流向相反。圖4-16逆流加料流程優(yōu)點(diǎn)：隨著溶液濃度的逐效增加，其溫度也隨之升高。因此各效溶液的黏度較為接近，使各效的傳熱系數(shù)基本保持不變。缺點(diǎn)：效間溶液需用泵來輸送。平流加料流程各效都加入原料液和放出濃縮液，蒸氣則仍然從第一效順序流至末效。

圖4-17平流加料流程適合于在蒸發(fā)過程中不斷有結(jié)晶析出的溶液。例如某些鹽溶液的濃縮，因?yàn)橛薪Y(jié)晶的析出，不便于效間的輸送，宜采用平流加料法。多效蒸發(fā)的效數(shù)限制沸點(diǎn)升高較大的電解質(zhì)溶液的蒸發(fā)，效數(shù)不宜太多（如NaOH水溶液的蒸發(fā)，一般采用2?3效）；對(duì)于沸點(diǎn)升高較小的非電解質(zhì)溶液的蒸發(fā)，則可采用較多的效數(shù)（如糖水溶液的蒸發(fā)用4?6效；而海水淡化的蒸發(fā)裝置可達(dá)20?30效）。二、蒸發(fā)器的計(jì)算1.水分蒸發(fā)量n，州圖4-18單效蒸發(fā)的物料衡算示意圖以1h為物料衡算基準(zhǔn)，單位時(shí)間水分蒸發(fā)量為

w=F（1-%（4-1）w1式中w——水分蒸發(fā)量（即二次蒸氣量），kg/hF——原料液質(zhì)量，kg/hw0——原料液的濃度（溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；W1——完成液的濃度（溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；2.加熱蒸氣消耗量定義D為單位蒸氣消耗量，即每蒸發(fā)1kg水（溶劑）所需要的加熱蒸氣量。采用單效蒸發(fā)時(shí)，汽化1kg水消耗約1kg加熱蒸氣。實(shí)際生產(chǎn)中，由于溶液熱效應(yīng)的存在及熱損失等原因，實(shí)際的單位蒸氣消耗量大約為1.1或更大一些。不同效數(shù)時(shí)的單位蒸氣消耗量如下表。效數(shù)單效雙效三救四效五效D/W(kg汽/kg水)理論值1.00.500.330.250.20實(shí)際值1.10.570.400.300.273.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度（1）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間蒸發(fā)的溶劑（水）量，單位為kg/h，由生產(chǎn)要求確定。（2）蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)單位傳熱面積上所能蒸發(fā)的溶劑（水）量，以U表示，單位為kg/（m2?h）；即W(4-5)U=—(4-5)A式中W——蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力，kg/h；A——A——蒸發(fā)器加熱室的傳熱面積，m2。對(duì)于一定的蒸發(fā)量，蒸發(fā)強(qiáng)度越大，則所需傳熱面積越小，蒸發(fā)設(shè)備的投資越小。因此蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是評(píng)價(jià)蒸發(fā)器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑

增大蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K是提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度的主要途徑。蒸氣中若含有少量不凝性氣體時(shí)，它將會(huì)占據(jù)傳熱空間，使對(duì)流傳熱膜系數(shù)大幅度下降。當(dāng)蒸氣中含有1%的不凝性氣體，總傳熱系數(shù)K下降60%。因此，在蒸發(fā)器的實(shí)際操作中應(yīng)該定時(shí)排放不凝性氣體。在處理易結(jié)晶或結(jié)垢的料液時(shí)，管壁上可形成污垢層，污垢層熱阻很大，造成傳熱速率急劇降低。所以，在蒸發(fā)生產(chǎn)中要求定期清洗蒸發(fā)器。三、蒸發(fā)器的操作學(xué)生討論、自學(xué)內(nèi)容1.蒸發(fā)單元操作安全要點(diǎn)有哪些？2.蒸發(fā)操作常見故障有哪些？應(yīng)怎樣處理？【作業(yè)】復(fù)習(xí)題加熱蒸氣J生產(chǎn)能力f循環(huán)型蒸發(fā)器二次蒸氣加熱蒸氣J生產(chǎn)能力f循環(huán)型蒸發(fā)器二次蒸氣1生產(chǎn)強(qiáng)度1單程型蒸發(fā)器6.分析并比較下列各組概念的聯(lián)系與區(qū)別。溫度差損失有效溫度差《廣并流加料逆流加料「平流加料計(jì)算題本模塊理論知識(shí)結(jié)構(gòu)溶液蒸發(fā)操作認(rèn)識(shí)蒸發(fā)器蒸發(fā)器的分類常見蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)蒸發(fā)流程—蒸發(fā)器操作蒸發(fā)器的計(jì)算溶液蒸發(fā)操作認(rèn)識(shí)蒸發(fā)器——蒸發(fā)器的操作蘭亭序永和九年，歲在癸丑，暮春之初，會(huì)于會(huì)稽山陰之蘭亭，修禊事也。群賢畢至，少長(zhǎng)咸集。此地有崇山峻嶺，茂林修竹;又有清流激湍，映帶左右，引以為流觴曲水，列坐其次。雖無絲竹管弦之盛，一觴一詠，亦足以暢敘幽情。是日也，天朗氣清，惠風(fēng)和暢，仰觀宇宙之大，俯察品類之盛，所以游目騁懷，足以極視聽之娛，信可樂也。夫人之相與，俯仰一世，或取諸懷抱，晤言一室之內(nèi)；或因寄所托，放浪