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蒸发量为1000kg/h的板式蒸发

蒸发是采用加热的方法,使含有不易挥发性杂质的溶液沸腾,把溶剂自混合液中汽化蒸出,从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发,所用的设备称为蒸发器。蒸发是化工、轻工、食品、医药等工业生产中常用的一种单元操作。就工艺目的来说,蒸发的应用主要有以下三种情况 :(1) 制取浓溶液,例如果汁浓缩和氢氧化钠溶液的浓缩;(2) 将溶液蒸发增浓后,冷却结晶,用以获得固体产品,如蔗糖的生产、食盐的精制等;(3) 脱除非挥发性杂质,获得纯净的溶剂或半成品,如利用蒸发的方法用海水制取淡。
工具/原料

蒸发器

方法/步骤
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1.  常压蒸发和减压蒸发根据操作压强不同,蒸发过程可分为常压蒸发和减压蒸发(真空蒸发)。常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压强为大气压或略高于大气压,此时系统中的不凝气依靠本身的压强从冷凝器排出来。真空蒸发时冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压强低于大气压,此时系统中的不凝气必须用真空泵抽出。采用真空蒸发的基本目的是降低溶液的沸点。与常压蒸发比较,它有以下优点:(1) 溶液沸点低,可以用温度较低的低压蒸汽或废热蒸汽作为加热蒸汽;(2) 溶液沸点低,采用同样的加热蒸汽,蒸发器传热的平均温度差大,所需的传热面积小;(3) 沸点低,有利于处理热敏性物料,即高温下易分解和变质的物料;(4) 蒸发器的操作温度低,系统的热损失小。真空蒸发的缺点是:(1) 溶液温度低,黏度大,沸腾的传热系数小,蒸发起的传热系数小;(2) 蒸发器和冷凝器内的压强低于大气压,完成液和冷凝水需用泵或大气腿排出;(3) 需要用真空泵抽出不凝气以保持一定的真空度,因而需多消耗一定的能量。真空蒸发的操作压强(真空度)取决于冷凝器中水的冷凝温度和真空泵的能力。冷凝器操作压强的最低极限是冷凝水的饱和蒸汽压,所以它取决于冷凝器的温度。真空泵的作用是抽走系统中的不凝气,真空泵的能力愈大,冷凝器内的操作压强愈可接近冷凝水的饱和蒸汽压。一般真空蒸发时,冷凝器的压强为10—20KPa。除了常压与减压蒸发外,在多效蒸发中,前面几效蒸发器常常在高于大气压下操作,以充分利用加热蒸汽的能量。

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2.单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸发是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽,蒸发过程可分为单效蒸发和多效蒸发。单效蒸发时,二次蒸汽在冷凝器中用水冷却,冷凝成水而排出,二次蒸汽所含的热能未予利用。因为蒸发器中依靠加热蒸汽冷凝供给汽化热使溶液中的水汽化,所以,粗略估算,在单效蒸发中,1Kg加热蒸汽冷凝可以蒸发1Kg水,或者说从溶液中蒸发出1Kg水需要消耗约1Kg加热蒸汽。多效蒸发中,第一蒸发器(称为第一效)中蒸出的二次蒸汽用作第二蒸发器(称为第二效)的加热蒸汽,第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三蒸发器(称为第三效)的加热蒸汽,如此类推。二次蒸汽利用次数可根据具体情况而定,系统中串联的蒸发器的数目称为效数。图1.1所示为三效蒸发流程图,多效蒸发的优点是可以节省加热蒸汽的消耗量。如果按1Kg蒸汽冷凝可以从溶液中蒸发出1Kg水估算,二效蒸发中1Kg加热蒸汽可以从溶液中蒸出2Kg水,即蒸出1Kg水需消耗0.5Kg加热蒸汽,n效蒸发中,1Kg加热蒸汽可以蒸出n Kg水,即蒸出1Kg水,需要1/n Kg加热蒸汽。可见效数愈多,每蒸出1Kg水所需的加热蒸汽量愈少。但是,实际上由于低温下水的汽化潜热较高,所以要蒸发1Kg水需要1Kg以上的蒸汽。再者,由于沸点升高的存在,使得多效蒸发的总有效传热温差低于单效蒸发。效数越多,有效传热温差就越小。最后,多效蒸发增加了设备投资,却不能增加整个蒸发系统的生产能力,不能无限增加。工业上常见的多效蒸发以5—6效为限。

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3.间歇蒸发与连续蒸发蒸发操作可以间歇进行,也可以连续进行。间歇蒸发有以下两种操作方法。(1)一次进料,一次出料  在操作开始时,将料液加入蒸发器,当液面达到一定高度,停止加料。开始加热蒸发,随着溶液中的水分蒸发,溶液的浓度逐渐增大,相应地溶液的沸点不断升高。当溶液浓度达到规定的要求时,停止蒸发,将完成液放出,然后开始领一次操作。(2)连续进料,一次出料  当蒸发器液面加到一定高度时,开始加热蒸发,随着溶液中水分蒸发,不断加入料液,使蒸发器中液面保持不变,但溶液浓度随着溶液中水分的蒸发而不断增大。当溶液浓度达到规定值时,将完成液放出。有上可知,间歇操作的特点是在整个操作过程中,蒸发器内溶液的浓度和沸点随时间而变,因此传热的温度差,传热系数也随时间而变,所以间歇蒸发为非稳定操作。连续蒸发时,料液连续加入蒸发器,完成液连续地从蒸发器放出,蒸发器内始终保持一定的液面与压强,器内各处的浓度与温度不随时间而变,所以连续蒸发为稳定操作。一般连续蒸发器(采用循环型蒸发器)内溶液的浓度为完成液的浓度。通常大规模生产中大多采用连续操作。

注意事项
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在相同压力下,溶液的沸点要比纯溶剂的高,所以溶液浓度越高,则这种影响也就越显著。

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物料在浓缩过程中,溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶,从而形成垢层,影响传热;有些溶质是热敏性的,在高温下停留时间过长易变质;有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。

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