蒸发浓缩工艺—展示版课件.ppt

1、蒸蒸发发一一 概概 述述浓浓缩缩二二 蒸发设备蒸发设备三三 多效蒸发器多效蒸发器四四 节能措施节能措施一一 概概 述述（一）基本概念（一）基本概念定义：定义：将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发蒸发。利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性使两者实现分离。性使两者实现分离。蒸发操作的目的：蒸发操作的目的：?获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。?脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程脱除溶剂。此过程常伴随有

2、结晶过程?去除杂质。去除杂质。一一 概概 述述（二）蒸发流程（二）蒸发流程稀溶液（料液）经过预热加稀溶液（料液）经过预热加入蒸发器。蒸发器的下部是由许入蒸发器。蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室，在管外多加热管组成的加热室，在管外用加热蒸汽加热管内的溶液，并用加热蒸汽加热管内的溶液，并使之沸腾汽化，经溶缩后的完成使之沸腾汽化，经溶缩后的完成液从蒸发器底部排出。蒸发器的液从蒸发器底部排出。蒸发器的上部为蒸发室，汽化所产生的蒸上部为蒸发室，汽化所产生的蒸汽在蒸发室及其顶部的除沫器中汽在蒸发室及其顶部的除沫器中将其中夹带的液沫易于分离，然将其中夹带的液沫易于分离，然后送往冷凝器被冷凝而除去。后送

3、往冷凝器被冷凝而除去。一一 概概 述述蒸发流程的两个必要的组成部分：蒸发流程的两个必要的组成部分：?加热溶液使溶剂汽化加热溶液使溶剂汽化蒸发器蒸发器?不断除去气化的蒸发溶剂不断除去气化的蒸发溶剂冷凝器冷凝器二次蒸汽二次蒸汽热源热源水蒸气水蒸气加热蒸汽加热蒸汽蒸发时蒸发时蒸汽蒸汽水蒸气水蒸气二次蒸汽二次蒸汽通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。溶剂溶剂S溶剂溶剂S溶质溶质A（不挥发）（不挥发）加热加热一一 概概 述述（三）蒸发操作的特点（三）蒸发操作的特点溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低

4、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传热温度差的降低度差的降低。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。气。因此需要考虑热量的利用的问题。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

5、些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等等。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。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。一一 概概 述述（四）蒸发操作的分类（四）蒸发操作的分类1.按二次蒸气的利用情况分：按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发单效蒸发和多效蒸发单效蒸发：单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。发操作。多效蒸发：多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为

6、加热蒸气，则则 可可 提提 高高 加加 热热 蒸蒸 气气（生生 蒸蒸 气气）的的 利利 用用 率率，这这 种种 串串 联联 蒸蒸 发发操作称为多效蒸发。操作称为多效蒸发。一一 概概 述述2.按操作室压力分：按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发常压、加压、减压（真空）蒸发常压蒸发：常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽可直接排放在大气中，但会造成大气污染，适用于临时性或小可直接排放在大气中，但会造成大气污染，适用于临时性或小批量的生产。批量的生产。加压蒸发：加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用，可提高二次蒸汽的温

7、度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加热蒸汽的压力较高。但要求加热蒸汽的压力较高。减压蒸发：减压蒸发：沸点低沸点低优点：优点：(1)传热温度差传热温度差tm；(2)可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽；(3)可防止热敏性物料变质或分解可防止热敏性物料变质或分解；(4)沸点温度低，减少热损失。沸点温度低，减少热损失。缺点：缺点：真空装置，需消耗动力和增加设备真空装置，需消耗动力和增加设备适用于处理热敏性物料。适用于处理热敏性物料。一一 概概 述述3.按操作过程是否连续分按操作过程是否连续分:间歇蒸发，连续蒸发间歇蒸发，连续蒸发间歇蒸发间歇蒸发:一次加料一次加料最终最终X1

8、出料或连续加料出料或连续加料 维持液面，维持液面，X1一次出一次出料。料。溶液浓度和沸点随时间改变，为不稳定操作，适于小规模，多溶液浓度和沸点随时间改变，为不稳定操作，适于小规模，多品种的场合。品种的场合。连续蒸发连续蒸发:稳定操作，适于大规模的生产过程。稳定操作，适于大规模的生产过程。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备加热室加热室蒸发器蒸发器蒸发设备蒸发设备辅助设备辅助设备分离室分离室除沫器（汽液分离器）除沫器（汽液分离器）冷凝器冷凝器真空装置真空装置用来进行蒸发的设备主要是用来进行蒸发的设备主要是蒸发器蒸发器和和冷凝器冷凝器蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，蒸发器的作用是加热溶液使水沸

9、腾汽化，并移去，由加热室和分离室两部分组成。由加热室和分离室两部分组成。冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备（一）蒸发器的型式与结构（一）蒸发器的型式与结构按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循循环型环型和和单程型单程型(不循环不循环)。（一）循环型蒸发器（一）循环型蒸发器特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶液浓度接近于完成液浓度。液浓度

10、接近于完成液浓度。由于引起循环运动的原因不同，分为由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型自然循环型和和强制循环型强制循环型两类。两类。自然循环型：自然循环型：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。由于溶液受热程度不同产生密度差引起。强制循环型：强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备.中央循环管式中央循环管式(标准式标准式)蒸发器蒸发器?加热蒸汽：加热蒸汽：加热室管束环隙内加热室管束环隙内?溶液：溶液：加热室管束及中央循环管加热室管束及中央循环管内，受热时，由于中央循环管单内，受热时，由于中央循环管单位体积溶液受热面小

11、，使得溶液位体积溶液受热面小，使得溶液形成由中央循环管下降，而由其形成由中央循环管下降，而由其余加热管上升的循环流动。余加热管上升的循环流动。料液料液加热蒸汽加热蒸汽中央循环管中央循环管优点：溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠缺点：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备2.悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器?加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部进入加热室，在管间放热加热管内溶部进入加热室，在管间放热加热管内溶液使其上升，而

12、沿悬筐外壁与蒸发器内液使其上升，而沿悬筐外壁与蒸发器内壁间环隙通道向下循环流动。壁间环隙通道向下循环流动。?优点：优点：?溶液循环速度高，改善了管内结溶液循环速度高，改善了管内结构情况构情况?传热速率较高传热速率较高?缺点：缺点：?设备费高设备费高?占地面积大占地面积大?加热管内溶液滞留量大加热管内溶液滞留量大?适于适于处理易结垢，有晶体析出的溶液处理易结垢，有晶体析出的溶液二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备3.外热式蒸发器外热式蒸发器这种蒸发器将加热室与分离室分开，采用较长的加热管。优点：优点：?降低了整个蒸发器的高度，便于降低了整个蒸发器的高度，便于清洗和更换；清洗和更换；?循环速度较高，使得对

13、流传热系循环速度较高，使得对流传热系数提高；数提高；?结垢程度小。结垢程度小。适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液二二4.列文蒸发器列文蒸发器蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备?特点特点是在加热室上部设置沸腾室，加热是在加热室上部设置沸腾室，加热室中的溶液因受到附加液柱的作用，必室中的溶液因受到附加液柱的作用，必须上升到沸腾室才开始沸腾，这样避免须上升到沸腾室才开始沸腾，这样避免了溶液在加热管中结垢或析出晶体。了溶液在加热管中结垢或析出晶体。?优点：优点：流动阻力小流动阻力小循环速度高循环速度高传热效果好传热效果好加热管内不易堵塞加热管内不易堵塞?缺点：缺点：设备费高设备费高厂房高，耗用金属多厂房

14、高，耗用金属多?适于适于处理有晶体析出或易结垢的溶液处理有晶体析出或易结垢的溶液二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备5.强制循环型蒸发器强制循环型蒸发器?在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方向以较高的速度循环流动。向以较高的速度循环流动。?优点：优点：?循环速度高循环速度高?晶体不易粘结在加热管壁晶体不易粘结在加热管壁?对流传热系数高对流传热系数高?缺点：缺点：?动力消耗大动力消耗大?对泵的密封要求高对泵的密封要求高?加热面积小加热面积小?适于适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的处理粘度大，易结垢、有晶体析出的溶液。溶液。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备（二）单程型（二

15、）单程型(膜式膜式)蒸发器蒸发器溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。发器。优点：优点：?溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发；的蒸发；?整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。因而这种蒸发器的有效温差较大。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩

16、、蒸馏或提纯。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备1.升膜蒸发器原理：原理：溶液预热到接近沸点时由蒸发器溶液预热到接近沸点时由蒸发器底部送入，进入加热管时立即受热沸腾底部送入，进入加热管时立即受热沸腾汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽带动汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽带动下，沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发。下，沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发。到达分离室后，完成液与二次蒸汽分离到达分离室后，完成液与二次蒸汽分离后由分离室底部排出。后由分离室底部排出。?适于处理蒸发量较大的稀溶液，热适于处理蒸发量较大的稀溶液，热敏性和易生泡沫的溶液；敏性和易生泡沫的溶液；?不适于

17、浓度高、粘度大、有晶体析不适于浓度高、粘度大、有晶体析出溶液的蒸发。出溶液的蒸发。二二2.2.降膜蒸发器降膜蒸发器蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备溶液预热后由加热室顶部溶液预热后由加热室顶部加入，经管端的液体分布器均加入，经管端的液体分布器均匀分配在各加热管内，在重力匀分配在各加热管内，在重力作用下沿管内壁呈膜状向下流作用下沿管内壁呈膜状向下流动，并进行蒸发。汽液混合物动，并进行蒸发。汽液混合物从管下端流出，在分离器内进从管下端流出，在分离器内进行汽液分离后完成液由分离室行汽液分离后完成液由分离室底部排出。底部排出。?适于处理：浓度高、粘度较大（0.050.45 Pas）的溶液。?不适于处理：易结晶、

18、结垢的溶液。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备这类蒸发器操作的这类蒸发器操作的 关键关键是设置良好的液体分布器，以保证溶液均是设置良好的液体分布器，以保证溶液均匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备3.升降膜式蒸发器升降膜式蒸发器?蒸发器由升膜管束和降膜管束蒸发器由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器的底部封头组合而成，蒸发器的底部封头内有一隔板，将加热管束分成内有一隔板，将加热管束分成两部分。溶液由升膜管束底部两部分。溶液由升膜管束底部进入，流向顶部，然后从降膜进入，流向顶部，然后从降膜管束流下，进入分离室，得到管束流下，进入分离室，

19、得到完成液。完成液。?适于适于处理浓缩过程中粘度变化处理浓缩过程中粘度变化大的溶液、厂房有限制的场合大的溶液、厂房有限制的场合升膜加升膜加降膜加降膜加热室热室热室热室预热室预热室二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备4.刮板薄膜式蒸发器刮板薄膜式蒸发器?它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板，刮板端部与加热管内壁间隙固定在，刮板端部与加热管内壁间隙固定在0.750.751.5mm1.5mm之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分布在加热管内壁面上。布在加热管内壁面上。?溶液由蒸发器上部沿切线方向加入，在重力溶液由蒸发器上部沿切线方向加入，

20、在重力和旋转刮板带动下，在加热管内壁上形成旋转和旋转刮板带动下，在加热管内壁上形成旋转下降的液膜，在下降过程中通过接收加热管外下降的液膜，在下降过程中通过接收加热管外加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发，加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发，底部得到完成液，二次蒸汽上升至顶部经分离底部得到完成液，二次蒸汽上升至顶部经分离器后进入冷凝器。器后进入冷凝器。?缺点：缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小，结构复杂，动力消耗大，传热面积小，处理能力低。处理能力低。?适于适于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备（三）其它蒸发器1.直接加热蒸发器

21、（浸没燃烧式）直接加热蒸发器（浸没燃烧式）将一定比例的燃烧气与空气直接喷入溶液中，燃烧气的温度可高达12001800，由于气、液间的温度差大，且气体对溶液产生强烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出。?优点：优点：结构简单，不需要固定的传热结构简单，不需要固定的传热面，热利用率高面，热利用率高?适于适于处理易结垢、易结晶或有腐蚀性处理易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液。的溶液。?不适于不适于处理不能被燃烧气污染及热敏处理不能被燃烧气污染及热敏性的溶液。性的溶液。二二蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备2.螺旋管蒸发器在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部在螺旋加热管中，要被蒸发的液体

22、从顶部流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由于加热管当然螺旋形状，在中等高度的设备中于加热管当然螺旋形状，在中等高度的设备中可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并强化高粘情况下的热传递。强化高粘情况下的热传递。适用于达到高浓度和高粘度。为获得高的蒸发于达到高浓度和高粘度。为获

23、得高的蒸发比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。三三多效蒸发器多效蒸发器（一）多效蒸发流程1.并流流程业上最常见的加料模式。又称为顺流加料加料流程，是工蒸汽流动方向：蒸汽流动方向：123溶液流动方向：溶液流动方向：123 料液可自动流入下一效，无需泵料液可自动流入下一效，无需泵输送；输送；溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；汽；传热推动力依次减小；传热推动力依次减小；K依次减小；依次减小；并流多效蒸发并流多效蒸发三三2.逆流流程：逆流流程：蒸汽流动方向：蒸汽流动方向：321溶液流动方向：溶液流动方向：123优、缺点：优、缺点：料液需

24、用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效；传热推动力较为均匀；传热推动力较为均匀；多效蒸发器多效蒸发器逆流多效蒸发逆流多效蒸发三三3.平流流程：平流流程优、缺点：平流流程优、缺点：各效独立进料，传热状况均较好；物料停留时间较短适于：适于：较大的溶液蒸发较大的溶液蒸发多效蒸发器多效蒸发器 料液 T T T 冷却水123P 2 3 加热1 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸发器三三4.错流流程：多效蒸发器多效蒸发器本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。溶液流向：溶液流向：3 31 12 2或或2 23 31 1蒸汽流向：蒸汽流向：123123优、缺点：

25、优、缺点：兼有并、逆流的优点；兼有并、逆流的优点；操作复杂；操作复杂；适于：适于：料液粘度随浓度显著增料液粘度随浓度显著增加的场合。加的场合。T 1 料液 T2 二次蒸汽二次蒸汽T3 冷却水 P 1 2 3 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 错流多效蒸发器（231）三三多效蒸发器多效蒸发器（二）多效蒸发的经济性及效数限制1.加热蒸汽的经济性多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W 比单效蒸发小，操作费比单效蒸发小；效数效数（D/W）min 的的理论值理论值单效单效1 11.11.1双效双效0.50.50.570.57三效三效0.330.330.40.4四效四效0.250.250.30.3五效五效0.20.

26、20.270.27（D/W）min 的的实测值实测值说明蒸发同样数量的水分，采用多效蒸发时为小，可节省生说明蒸发同样数量的水分，采用多效蒸发时为小，可节省生蒸汽用量，提高生蒸汽的利用率蒸汽用量，提高生蒸汽的利用率。三三2.多效蒸发效数的限制多效蒸发器多效蒸发器随着效数的增多，（随着效数的增多，（D/W）min下降的幅下降的幅度不断减小度不断减小；设备的费用设备的费用是随着效数的增加而增加的；是随着效数的增加而增加的；技术上的限制效数不能随意增加，一般常见效数不能随意增加，一般常见23效。效。总费用费用 设备费 操作费 效数注：注：必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数。必须对设备费和操作

27、费进行权衡以决定合理的效数。四四?节能措施节能措施蒸发的过程是一耗能较大的单元操作，而蒸发过程的主要热源为加热蒸蒸发的过程是一耗能较大的单元操作，而蒸发过程的主要热源为加热蒸汽，因此，如何提高加热蒸汽的经济效率，是蒸发操作节能的重要途径。汽，因此，如何提高加热蒸汽的经济效率，是蒸发操作节能的重要途径。1.1.二次蒸汽的部分利用（额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出）将蒸发器蒸出的二次蒸汽引将蒸发器蒸出的二次蒸汽引出作其他加热设备的热源，则此出作其他加热设备的热源，则此二次蒸汽称为额外蒸汽二次蒸汽称为额外蒸汽四四2.冷凝水显热的利用节能措施节能措施在多效蒸发操作中，在多效蒸发操作中，将冷凝水减压至后一效

28、加热蒸汽的压力将冷凝水减压至后一效加热蒸汽的压力，冷凝水必因自，冷凝水必因自蒸发而产生一部分蒸汽，这部分蒸汽和前一效的二次蒸汽一起作为后一效的加热蒸发而产生一部分蒸汽，这部分蒸汽和前一效的二次蒸汽一起作为后一效的加热蒸汽，从而提了生蒸汽的经济程度。蒸汽，从而提了生蒸汽的经济程度。四四节能措施节能措施3.二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）?热泵蒸发器是对二热泵蒸发器是对二次蒸汽作功，提高次蒸汽作功，提高其压力，从而提高其压力，从而提高其饱和温度，再送其饱和温度，再送回远蒸发器中作为回远蒸发器中作为加热蒸汽。加热蒸汽。?热泵蒸发流程用于热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的蒸发沸点升高小的溶液时较为有利，溶液时较为有利，对沸点升高较大的对沸点升高较大的不适用不适用谢谢！谢谢！