蒸發(fā)濃縮工藝課件

蒸發(fā)濃縮概述蒸發(fā)設(shè)備

多效蒸發(fā)器節(jié)能措施

一概述

將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。

定義：蒸發(fā)操作的目的：獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品。脫除溶劑。此過程常伴隨有結(jié)晶過程去除雜質(zhì)。（一）基本概念

利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實現(xiàn)分離。（二）蒸發(fā)流程稀溶液（料液）經(jīng)過預(yù)熱加入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器的下部是由許多加熱管組成的加熱室，在管外用加熱蒸汽加熱管內(nèi)的溶液，并使之沸騰汽化，經(jīng)溶縮后的完成液從蒸發(fā)器底部排出。蒸發(fā)器的上部為蒸發(fā)室，汽化所產(chǎn)生的蒸汽在蒸發(fā)室及其頂部的除沫器中將其中夾帶的液沫易于分離，然后送往冷凝器被冷凝而除去。一概述加熱溶液使溶劑汽化—蒸發(fā)器不斷除去氣化的蒸發(fā)溶劑—冷凝器通常采用冷凝的方式將二次蒸汽排除。水蒸氣熱源水蒸氣蒸發(fā)時蒸汽加熱蒸汽二次蒸汽蒸發(fā)流程的兩個必要的組成部分：二次蒸汽溶劑S溶質(zhì)A（不揮發(fā)）溶劑S加熱一概述（三）蒸發(fā)操作的特點①溶液的沸點升高：由于不揮發(fā)溶質(zhì)的存在，溶液的蒸氣壓低于同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮?。因此，在相同壓力下，溶液的沸點高于純?nèi)軇┑姆悬c，這種現(xiàn)象稱為溶液的沸點升高。溶液的沸點升高導致蒸發(fā)的傳熱溫度差的降低。②能耗較大：蒸發(fā)操作所汽化的溶劑量較大，需要消耗大量的加熱蒸氣。因此需要考慮熱量的利用的問題。③溶液特性：有些物料濃縮時易于結(jié)晶，結(jié)垢；有些熱敏性物料由于沸點升高更易于變性；有些則具有較大的粘度或較強的腐蝕性，等等。需要根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備。一概述（四）蒸發(fā)操作的分類多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。1.按二次蒸氣的利用情況分：單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。一概述2.按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)常壓蒸發(fā)：設(shè)備簡單，操作方便，可采用敞口設(shè)備，二次蒸汽可直接排放在大氣中，但會造成大氣污染，適用于臨時性或小批量的生產(chǎn)。加壓蒸發(fā)：可提高二次蒸汽的溫度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加熱蒸汽的壓力較高。

優(yōu)點：

(1)傳熱溫度差Δtm↑；

(2)可利用低壓蒸汽或廢汽作為加熱蒸汽；

(3)可防止熱敏性物料變質(zhì)或分解；

(4)沸點溫度低，減少熱損失。缺點：真空裝置，需消耗動力和增加設(shè)備適用于處理熱敏性物料。減壓蒸發(fā)：沸點低一概述3.按操作過程是否連續(xù)分:間歇蒸發(fā)，連續(xù)蒸發(fā)

間歇蒸發(fā)

:一次加料→最終X1出料或連續(xù)加料維持液面，X1一次出料。溶液濃度和沸點隨時間改變，為不穩(wěn)定操作，適于小規(guī)模，多品種的場合。連續(xù)蒸發(fā):穩(wěn)定操作，適于大規(guī)模的生產(chǎn)過程。一概述二蒸發(fā)濃縮設(shè)備輔助設(shè)備蒸發(fā)器加熱室分離室除沫器（汽液分離器）冷凝器真空裝置蒸發(fā)設(shè)備用來進行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器和冷凝器蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，由加熱室和分離室兩部分組成。冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。

按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況，分為兩大類：循環(huán)型和單程型(不循環(huán))。（一）蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu)特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間長，溶液濃度接近于完成液濃度。（一）循環(huán)型蒸發(fā)器由于引起循環(huán)運動的原因不同，分為自然循環(huán)型和強制循環(huán)型兩類。自然循環(huán)型：強制循環(huán)型：依靠外力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動。由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備１.中央循環(huán)管式式(標準式)蒸發(fā)器加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)環(huán)隙內(nèi)溶液：加熱室管束及及中央循環(huán)管管內(nèi)，受熱時時，由于中央央循環(huán)管單位位體積溶液受受熱面小，使使得溶液形成成由中央循環(huán)環(huán)管下降，而而由其余加熱熱管上升的循循環(huán)流動。中央循環(huán)管料液加熱蒸汽優(yōu)點：溶液循環(huán)好；；傳熱效率高高；結(jié)構(gòu)緊湊湊、制造方便便、操作可靠靠缺點：循環(huán)速度低；；溶液粘度大大、沸點高；；不易清洗適于處理結(jié)垢垢不嚴重、腐腐蝕性小的溶溶液二蒸發(fā)濃縮設(shè)備2.懸筐式蒸發(fā)器器加熱室像個筐筐，懸掛在蒸蒸發(fā)器殼體的的下部，可由由頂部取出。。加熱蒸汽由由殼體上部進進入加熱室，，在管間放熱熱加熱管內(nèi)溶溶液使其上升升，而沿懸筐筐外壁與蒸發(fā)發(fā)器內(nèi)壁間環(huán)環(huán)隙通道向下下循環(huán)流動。。優(yōu)點：溶液循環(huán)速度度高，改善了了管內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)情況傳熱速率較高高缺點：設(shè)備費高占地面積大加熱管內(nèi)溶液液滯留量大適于處理易結(jié)垢，，有晶體析出出的溶液二蒸發(fā)濃縮設(shè)備3.外熱式蒸發(fā)器器優(yōu)點：降低了整個蒸蒸發(fā)器的高度度，便于清洗洗和更換；循環(huán)速度較高高，使得對流流傳熱系數(shù)提提高；結(jié)垢程度小。。這種蒸發(fā)器將將加熱室與分分離室分開，，采用較長的的加熱管。適于處理易結(jié)結(jié)垢、有晶體體析出、處理理量大的溶液液二蒸發(fā)濃縮設(shè)備4.列文蒸發(fā)器特點是在加熱室上上部設(shè)置沸騰騰室，加熱室室中的溶液因因受到附加液液柱的作用，，必須上升到到沸騰室才開開始沸騰，這這樣避免了溶溶液在加熱管管中結(jié)垢或析析出晶體。優(yōu)點：流動阻力小循環(huán)速度高傳熱效果好加熱管內(nèi)不易易堵塞缺點：設(shè)備費高廠房高，耗用用金屬多適于處理有晶體析析出或易結(jié)垢垢的溶液二蒸發(fā)濃縮設(shè)備5.強制循環(huán)型蒸蒸發(fā)器在加熱室設(shè)置置循環(huán)泵，使使溶液沿加熱熱室方向以以較高的速度度循環(huán)流動。。優(yōu)點：循環(huán)速度高晶體不易粘結(jié)結(jié)在加熱管壁壁對流傳熱系數(shù)數(shù)高缺點：動力消耗大對泵的密封要要求高加熱面積小適于處理粘度大，，易結(jié)垢、有有晶體析出的的溶液。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備（二）單程型型(膜式)蒸發(fā)器溶液在蒸發(fā)器器中的停留時時間很短，因因而特別適用用于熱敏性物物料的蒸發(fā)；；整個溶液的濃濃度，不象循循環(huán)型那樣總總是接近于完完成液的濃度度，因而這種種蒸發(fā)器的有有效溫差較大大。溶液在蒸發(fā)器器中只通過加加熱室一次，，不作循環(huán)流流動。溶液通通過加熱室時時，在管壁上上呈膜狀流動動，故習慣上上又稱為液膜膜式蒸發(fā)器。。用于熱敏性、、高粘性、易易結(jié)垢產(chǎn)品的的濃縮、蒸餾餾或提純。優(yōu)點：二蒸發(fā)濃縮設(shè)備適于處理蒸發(fā)發(fā)量較大的稀稀溶液，熱敏敏性和易生泡泡沫的溶液；；不適于濃度高高、粘度大、、有晶體析出出溶液的蒸發(fā)發(fā)。1.升膜蒸發(fā)器原理：溶液預(yù)熱到接接近沸點時由由蒸發(fā)器底部部送入，進入入加熱管時立立即受熱沸騰騰汽化，溶液液在高速上升升的二次蒸汽汽帶動下，沿沿管壁邊呈膜膜狀向上流動動邊蒸發(fā)。到到達分離室后后，完成液與與二次蒸汽分分離后由分離離室底部排出出。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備2.降膜蒸發(fā)器溶液預(yù)熱后由由加熱室頂部部加入，經(jīng)管管端的液體分分布器均勻分分配在各加熱熱管內(nèi)，在重重力作用下沿沿管內(nèi)壁呈膜膜狀向下流動動，并進行蒸蒸發(fā)。汽液混混合物從管下下端流出，在在分離器內(nèi)進進行汽液分離離后完成液由由分離室底部部排出。適于處理：濃度高高、粘度較大大（0.05～0.45Pa·s）的溶液。不適于處理：易結(jié)結(jié)晶、結(jié)垢垢的溶液。。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備這類蒸發(fā)器器操作的關(guān)鍵是設(shè)置良好好的液體分分布器，以以保證溶液液均勻成膜膜和防止二二次蒸汽從從加熱管頂頂部穿出。。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備3.升－降膜式式蒸發(fā)器蒸發(fā)器由升升膜管束和和降膜管束束組合而成成，蒸發(fā)器器的底部封封頭內(nèi)有一一隔板，將將加熱管束束分成兩部部分。溶液液由升膜管管束底部進進入，流向向頂部，然然后從降膜膜管束流下下，進入分分離室，得得到完成液液。適于處理濃縮過過程中粘度度變化大的的溶液、廠廠房有限制制的場合預(yù)熱室升膜加熱室降膜加熱室二蒸發(fā)濃縮設(shè)備4.刮板薄膜式式蒸發(fā)器溶液由蒸發(fā)發(fā)器上部沿沿切線方向向加入，在在重力和旋旋轉(zhuǎn)刮板帶帶動下，在在加熱管內(nèi)內(nèi)壁上形成成旋轉(zhuǎn)下降降的液膜，，在下降過過程中通過過接收加熱熱管外加熱熱蒸汽夾套套中蒸汽冷冷凝熱量而而被不斷蒸蒸發(fā)，底部部得到完成成液，二次次蒸汽上升升至頂部經(jīng)經(jīng)分離器后后進入冷凝凝器。缺點：結(jié)構(gòu)復雜，，動力消耗耗大，傳熱熱面積小，，處理能力力低。適于處理易結(jié)晶晶、易結(jié)垢垢、高粘度度的溶液它是在加熱熱管內(nèi)部安安裝一可旋旋轉(zhuǎn)的攪拌拌刮板，刮刮板端部與與加熱管內(nèi)內(nèi)壁間隙固固定在0.75～1.5mm之間，依靠靠刮板的作作用使溶液液成膜狀分分布在加熱熱管內(nèi)壁面面上。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備1.直接加熱蒸蒸發(fā)器（浸浸沒燃燒式式）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，，不需要固固定的傳熱熱面，熱利利用率高適于處理易結(jié)垢垢、易結(jié)晶晶或有腐蝕蝕性的溶液液。不適于處理不能被被燃燒氣污污染及熱敏敏性的溶液液。（三）其它它蒸發(fā)器將一定比例例的燃燒氣氣與空氣直直接噴入溶溶液中，燃燃燒氣的溫溫度可高達達1200～1800℃℃，由于氣、、液間的溫溫度差大，，且氣體對對溶液產(chǎn)生生強烈的鼓鼓泡作用，，使水分迅迅速蒸發(fā)，，蒸出的二二次蒸汽與與煙道氣一一同由頂部部排出。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備2.螺旋管蒸發(fā)發(fā)器在螺旋加熱熱管中，要要被蒸發(fā)的的液體從頂頂部流向底底部，同時時，沸騰膜膜與蒸汽并并流流動，，由于加熱熱管當然螺螺旋形狀，，在中等高高度的設(shè)備備中可以容容納很長的的管子，經(jīng)經(jīng)過很長的的管道流動動中產(chǎn)生的的蒸汽對液液膜施加一一個很高的的剪切力。。為此，彎彎曲的螺旋旋管將引起起二次流，，二次流被被施加在沿沿管軸的流流動上，這這此作用可可促進湍流流并強化高高粘情況下下的熱傳遞遞。適用于達到高濃濃度和高粘粘度。為獲獲得高的蒸蒸發(fā)比，這這類蒸發(fā)器器在高溫度度差下和單單程操作。。二蒸發(fā)濃縮設(shè)備1.并流流程又稱為順流流加料加料料流程，是是工業(yè)上最最常見的加加料模式。。（一）多效效蒸發(fā)流程程蒸汽流動方方向：1→2→3溶液流動方方向：1→2→3①料液可自動動流入下一一效，無需需泵輸送；；②溶液會發(fā)發(fā)生閃蒸而而產(chǎn)生更多多的蒸汽；；③傳熱推動力力依次減小??；④K依次減??；；并流多效蒸發(fā)三多效蒸發(fā)器器優(yōu)、缺點：：①料液需需用泵送入入下一效；；②傳熱推動力力較為均勻勻；2.逆流流程：：蒸汽流動方方向：3→2→1溶液流動方方向：1→2→3逆流多效蒸蒸發(fā)三多效蒸發(fā)器器P123①各效獨立進進料，傳熱熱狀況均較較好；②物料停留留時間較短短3.平流流程：：平流流程優(yōu)優(yōu)、缺點：：適于：粘度隨溫溫度和濃度度變化較大大的溶液蒸蒸發(fā)三多效蒸發(fā)器器4.錯流流程：：P二次蒸汽123本流程的特特點是在各各效間兼用用并流和逆逆流加料法法。優(yōu)、缺點：①兼有并、逆流的優(yōu)點；②操作復雜；適于：料液粘度隨濃度顯著增加的場合。溶液流向：

3→1→2

或2→3→1蒸汽流向：1→2→3三多效蒸發(fā)器器（二）多效效蒸發(fā)的經(jīng)經(jīng)濟性及效效數(shù)限制1.加熱蒸汽的的經(jīng)濟性效數(shù)單效雙效三效四效五效（D/W）min的理論值10.50.330.250.2（D/W）min的實測值1.10.570.40.30.27多效蒸發(fā)單單位生蒸汽汽消耗量D/W比單效蒸發(fā)發(fā)小，操作費比單單效蒸發(fā)小??；說明蒸發(fā)同同樣數(shù)量的的水分，采采用多效蒸蒸發(fā)時為小小，可節(jié)省省生蒸汽用用量，提高高生蒸汽的的利用率。三多效蒸發(fā)器器2.多效蒸發(fā)效效數(shù)的限制制設(shè)備的費用用是隨著效數(shù)數(shù)的增加而而增加的；；隨著效數(shù)的的增多，（（D/W）min下降的幅度度不斷減小小