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化工原理5

原理:蒸发是溶液浓缩的单元操作。它采用加热的方法,使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾,其中的部分溶剂被气化除去,而溶液得到浓缩。
应用:按蒸发目的主要用于以下场合:①将溶液浓缩后,冷却结晶,获得;②获得纯净的溶剂产品;③获得浓缩的溶液产品。
蒸发流程和术语:
:
蒸发操作的特点:常见的蒸发是间壁两侧分别为蒸气冷凝和液体沸腾的传热过程。但又有以下特点:
①溶液的沸点升高:由于不挥发溶质的存在,溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。因此,在相同压力下,溶液的沸点高于纯溶剂的沸点,这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。
②能耗较大:蒸发操作所汽化的溶剂量较大,需要消耗大量的加热蒸气。因此需要考虑热量的利用的问题。
③溶液特性:有些物料浓缩时易于结晶,结垢;有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性;有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性,等等。需要根据物料的特性和工艺要求,选择适宜的蒸发流程和设备。
蒸发设备
蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热,部分气化,得到浓缩的完成液,同时需要排出二次蒸气,并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。
蒸发的主体设备是蒸发器,它主要由加热室和蒸发室组成。蒸发的辅助设备包括:使液沫进一步分离的除沫器,和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。减压操作时还需真空装置。兹分述如下:
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由于生产要求的不同,蒸发设备有多种不同的结构型式。对常用的间壁传热式蒸发器,按溶液在蒸发器中的运动情况,大致可分为以下两大类:
(1)循环型蒸发器
特点:溶液在蒸发器中做循环流动,蒸发器内溶液浓度基本相同,。操作稳定。此类蒸发器主要有
,
(1)循环型蒸发器
a. 中央循环管式蒸发器
●结构和原理:,其下部的加热室
由垂直管束组成,中间由一根直径较大的中央
循环管。当管内液体被加热沸腾时,中央循环
管内气液混合物的平均密度较大;而其余加热
管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的
作用下,溶液由中央循环管下降,而由加热管
上升,做自然循环流动。溶液的循环流动提高
了沸腾表面传热系数,强化了蒸发过程。
●这种蒸发器结构紧凑,制造方便,传热较好,
操作可靠等优点,应用十分广泛,有"标准蒸
发器"之称。为使溶液有良好的循环,中央循
环管的截面积,一般为其余加热管总截面积的
40%~100%;加热管的高度一般为1~2m;加
热管径多为25~75mm之间。但实际上,由于
结构上的限制,~
;蒸发器内溶液浓度始终接近完
成液浓度;清洗和维修也不够方便。
b.
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结构:,其加热室像篮筐,悬挂在蒸发器壳体的下部,加热蒸气由顶部引入,在管间加热管内的溶液。其原理和中央循环管式相同,但溶液沿悬筐外壁和外壳体内壁所形成的环隙向下做循环流动。循环速度略大。
优点:加热室可由顶部取出,便于检修和更换,适用于易结晶、结垢溶液的蒸发;热损失较小。缺点:结构复杂,单位传热面的金属消耗量较多。
c.,

结构:。
特点:加热室装于蒸发室之外; 采用了长加热管(管长与管径之比为50~100);液体下降管(也称循环管)不再受热;
优点:循环速度较大();加热室便于清洗和更换。
d.
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◆结构特点:~5米高的沸腾室。
◆原理:由于沸腾室内液柱静压力的作用,加热管内的溶液只升温不沸腾,升温后的溶液上升至沸腾室时,压力降低,沸腾气化。这样,就将溶液的沸腾气化由加热室转移到没有传热面的沸腾室,另外,其循环管的截面积约为加热管总截面积的2~3倍,溶液流动阻力小,~。
◆优点:可显著减轻和避免加热管表面的结晶和结垢,较长时间不需要清洗,传热效果较好。
◆缺点:由液柱静压力引起的温度差损失较大,要求加热蒸气有较高的压力;设备庞大,消耗材料多,需要高大的厂房。
。

◆结构:。溶液
循环需用输送设备完成。
◆优点:循环速度大(2~
),且可调节;可用于蒸
发粘度大,易结晶结垢的物料; 传热系数较大。
◆缺点:输送设备能耗大,每平
-。
其中,前四种为自然循环蒸发器。
(2)单程型蒸发器
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特点:溶液以液膜的形式一次通过加热室,