制藥化工原理下

第六章蒸發(fā)1.概述溶劑S溶質A（不揮發(fā)）溶劑S加熱

蒸發(fā)操作的目的：（1）獲得濃縮的溶液（2）獲得固體溶質（3）除去雜質

將含有不揮發(fā)性溶質的稀溶液中部分溶劑汽化、除去的單元操作什么是蒸發(fā)?1.概述溶劑S溶質A（不揮發(fā)）溶劑S加熱蒸發(fā)過程的實質熱量傳遞，不是質量傳遞溶劑的氣化量和氣化速率收到傳熱速率和傳熱量的控制1.概述蒸發(fā)的分類溶劑S溶質A（不揮發(fā)）溶劑水水蒸氣加熱二次蒸汽加熱蒸汽1.概述蒸發(fā)的分類單效蒸發(fā)：二次蒸汽不作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽多效蒸發(fā)：二次蒸汽作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽1.按操作壓力減壓（真空蒸發(fā)）（沸點低）常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)1.概述除沫器二次蒸汽蒸發(fā)室加熱室中央循環(huán)管不凝性氣體（生蒸汽）冷凝器單效蒸發(fā)單效蒸發(fā)的計算1、物料衡算物料衡算基礎：進料液與完成液中的溶質質量不變單效蒸發(fā)的計算2、加熱蒸汽消耗量若加熱蒸汽冷凝為同溫度下的飽和蒸汽依據熱量衡算則有：單效蒸發(fā)的計算2、傳熱面積Q：蒸發(fā)器傳熱速率；K：總傳熱系數；S：傳熱面積；?tm：傳熱平均溫度差；T：加熱蒸汽的飽和溫度；t：溶液平均沸點；單效蒸發(fā)

蒸發(fā)過程的溫度差損失兩者溫度有一差值兩者溫度有一差值溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點升高。稀溶液或有機溶液沸點升高值較小，無機鹽溶液較大。對于同一種溶液，沸點升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點升高值越大。單效蒸發(fā)

1、溶液的沸點升高導致的溫度差損失單效蒸發(fā)

1、溶液的沸點升高導致的溫度差損失溫度差損失：溶液的沸點與同壓強下純水的沸點之差稱為因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失；式中Δt——傳熱的有效溫度差，℃

ΔtT

——理論上的傳熱溫度差，℃

t——溶液的沸點，℃

T——純水在操作沸點，℃

Ts——加熱蒸氣的溫度，℃計算公式為：Δ‘=

ΔtT-

Δt如圖6-4為不同濃度NaOH水溶液的沸點與對應壓強下純水的沸點的關系，由圖可以看出，當NaOH水溶液濃度為零時，它的沸點線為一條對角線，即水的沸點線，其它濃度下溶液的沸點線大致為一組平行直線。6-4單效蒸發(fā)

1、溶液的沸點升高導致的溫度差損失單效蒸發(fā)

2、液柱靜壓強導致的溫度差損失液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與表面沸點之差即為因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。液位層液位差導致的沸點差異單效蒸發(fā)

3、管路阻力導致的溫度差損失二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往后一效加熱室的過程中要克服管道的流動阻力，從而導致蒸汽溫度下降。此項溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關，一般取0.5~1.5℃。垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱系數可按膜式冷凝傳熱系數公式計算，管內側溶液沸騰傳熱系數則按管內沸騰傳熱系數關聯式計算。式中a——對流傳熱系數，W/(m2?℃)

d——管徑，m

Ri——垢層熱阻，m2?℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的導熱系數，W/(m?℃)

下標i表示管內側、o表示外側、m表示平均。基于傳熱外面積的總傳熱系數K0問：提高單效蒸發(fā)工作效率的方法有哪些？多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。

一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經濟性。P二次蒸汽123多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)-并流蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)多效蒸發(fā)-并流蒸發(fā)

蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數下降，在后二效中尤為嚴重。優(yōu)點：在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。多效蒸發(fā)-逆流蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系數較大。缺點：（1）各效間需用泵輸送；

（2）無自蒸發(fā)；

（3）高溫加熱面上易引起結焦和營養(yǎng)物的破壞。多效蒸發(fā)-逆流蒸發(fā)多效蒸發(fā)-平流蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水完成液完成液平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖

原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過程中伴有結晶析出的溶液。多效蒸發(fā)-平流蒸發(fā)思考：1、當料液溫度較高或最后濃縮液在高溫下易被破壞時，宜采用哪一種流程？2、當進料幾乎是飽和液時，宜采用哪一種流程？蒸發(fā)器的生產能力、生產強度和效數的限值生產能力：單位時間的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，用Q或W表示。生產強度：單位時間、單位面積的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，用q或W/A表示。多效蒸發(fā)單位生蒸汽消耗量D/W比單效蒸發(fā)小，操作費比單效蒸發(fā)小；多效蒸發(fā)生產能力比單效蒸發(fā)小，生產強度比單效蒸發(fā)小，故設備費比單效蒸發(fā)大。 多效蒸發(fā)的設備費大，效數越多，設備費增大的幅度越大。蒸發(fā)器的生產能力、生產強度和效數的限值——溶液在蒸發(fā)器中作循環(huán)流動。間壁式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、懸筐式蒸發(fā)器、列文式蒸發(fā)器（外循環(huán)蒸發(fā)器）蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備蒸發(fā)器加熱室蒸發(fā)室除沫器冷凝器真空裝置適用于處理量大、結垢不嚴重的物系。缺點：（1）循環(huán)速度較低，管內流速<0.5m/s；（2）溶液在加熱室中不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液粘度大、沸點高，有效溫度差小。（3）設備的清洗和維修也不夠方便。蒸發(fā)設備外循環(huán)式蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器特點：熱阻在管內垢層及管內沸騰傳熱一方蒸發(fā)設備--------