1第一节蒸发设备 (2)

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1、第一节 蒸发设备Equipment of Evaporation1-1 蒸发器的结构蒸发器组成：主要由加热室、分离器及相关附件构成。蒸发器型式单程型(膜式)循环型(非膜式)和升降膜蒸发器外热式蒸发器直接加热蒸发器刮板搅拌薄膜蒸发器标准式蒸发器降膜蒸发器列文蒸发器升膜蒸发器强制循环蒸发器中央循环管式蒸发器悬筐式蒸发器按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。完成液加热蒸汽冷凝水二次蒸汽料液加热室除沫器蒸发室中央循环管中央循环管式蒸发器一、循环形(非膜式)蒸发器这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓

2、和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。(一)中央循环管式(或标准式)蒸发器悬筐蒸发器加热蒸汽料液冷凝水蒸发室完成液二次蒸汽冷凝水中央循环管式蒸发器如图所示，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。细管内单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化的多，因此，细管内汽液混合物的密度比粗管内的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管，或加热管

3、。为了促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40100。管束高度为12m加热管直径在2575mm之间，长径之比为2040。中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但实际上由于结构的限制，循环速度一般在0.40.5m/s以下，且由于溶液的不断循环，使加热管内的溶液始终接近完成液的浓度多，故有溶液粘度大、沸点高等缺点，此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重，腐蚀性较小的溶

4、液。(二)悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器的结构如图所示，是中央循环管蒸发器的改进。加热蒸汽由中央蒸汽管进入加热室，加热室悬挂在器内，可由顶部取出，便于清洗与更换。包围管束的外壳壁面与蒸发器外壳壁面之间留有环隙通道，其作用与中央循环管类似，操作时溶液形成沿环隙通道下降而沿加热管上升的不断循环运动。一般环形截面与加热管总截面积之比大于中央循环管式的，环隙截面积约为沸腾管的100150%，因此溶液循环速度较高，约在11.5m/s之间，改善了加热管内结垢情况，并提高了传热速率。悬筐蒸发器优点：适用于蒸发有晶体析出的溶液。缺点：是设备耗材量大、占地面大，加热管内的溶液滞留量大。(三)外热式蒸发器图63所示的为

5、外热式蒸发器，这种蒸发器的加热管较长，其长径之比为50100。由于循环管内的溶液未受蒸汽加热，其密度较加热管内的大，因此形成溶掖沿循环管下降而沿加热管上升的循环运动，循环速度可达1.5m/s。(四)列文蒸发器 二次蒸汽列文式蒸发器完成液冷凝水加热蒸汽原料液强制循环蒸发器外热式蒸发器冷凝水加热蒸汽原料液完成液二次蒸汽外热式蒸发器列文蒸发器如图54所示，其结构特点是加热室1上端设置一段高度为2.75m的圆形筒2作为沸腾室，因此加热管内溶液较一般蒸发器内的多承受一段液柱静压力，溶液只有上升到压强较低的沸腾室2内才能沸腾汽化，这样可以避免溶液在加热管中结垢或析出晶体。沸腾室上方装有纵向平行隔板5，其作

6、用是限制汽泡长大。循环管4内的溶液未被加热，因此循环管与加热管内的液体间存在密度差，促使溶液不断地在循环管与加热管间连续地循环运动。此外，循环管截面积约为加热管总截面积的200350。循环液在管内的流动阻力较小，循环速度可高达23m/s。外热式蒸发器列文蒸发器的循环速度较大，传热效果好，加热管内不会有晶体堵塞，故适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。因循环管必须保持一定的高度(一般约为78m)，故这种蒸发器要求厂房高，同时耗材料较多。此外，这种蒸发器的液柱静压强大，故要求较高压强的加热蒸汽才能维持一定的温度差。(五)强制循环蒸发器 前述各种蒸发器都是由于加热室与循环管内溶液间的密度差而产生溶液的

7、自然循环运动，故均属于自然循环型蒸发器，它们的共同不足之处是溶液的循环速度较低，传热效果欠佳。在处理粘度大飞易结垢或易结晶的溶液时，可采用图55所示的强制循环蒸发器，这种蒸发器内的溶液是利用外加动力进行循环的，图55中表示用泵5迫使溶液沿一个方向以25m/s的速度通过加热管。这种蒸发器的缺点是动力消耗大，通常为0.40.8kW/(m2传热面)，因此使用这种蒸发器时加热面积受到一定限制。二、膜式(单程型)蒸发器上述各种蒸发器的主要缺点是加热室内滞料量大，致使物料在高温下停留时间长，故特别不适于处理热敏性物料。在膜式蒸发器内，溶液只通过加热室一次即可达到需要的浓度，而停留时间仅为数秒或十余秒钟。操

8、作过程中溶液沿加热管壁呈传热效果最佳的膜状流动。(一)升膜蒸发器升膜蒸发器的结构如图5-6所示，加热室由单根或多根垂直管组成，加热管长径之比为100150，管径在2550mm之间。原料液经预热达到沸点或接近沸点后，由加热室底部引入管内，为高速上升的二次蒸汽带动，沿壁面边呈膜状流动、飞边进行蒸发，在加热室顶部可达到所需的浓度，完成液由分离室底部排出。二次蒸汽在加热管内的速度不应小于10m/s，一般为2050m/s，减压下可高达100160m/s或更高。若将常温下的液体直接引入加热室，则在加热室底部必有一部分受热面用来加热溶液使其达到沸点后才能汽化，溶液在这部分壁面上不能呈膜状流动，而在各种流动状

9、态中，又以膜状流动效果最好，故溶液应预热到沸点或接近沸点后再引入蒸发器。完成液二次蒸汽降膜式蒸发器加热蒸汽原料液冷凝水升膜式蒸发器加热蒸汽冷凝水二次蒸汽原料液完成液冷凝抽真空这种蒸发器适用于处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或易生泡的溶液；不适用于处理高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液。 (二)降膜蒸发器若蒸发浓度或粘度较大的溶液，可采用如图57所示的降膜蒸发器，它的加热室与升膜蒸发器类似。原料液由加热室顶部加入，经管端的液体分布器均匀地流入加热管内，在溶液本身的重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流、并进行蒸发。为了使溶液能在壁上均匀布膜，且防止二次蒸汽由加热管顶端直接窜出，加热管顶部必须设置加工良

10、好的液体分布器。图58示三种最常用的液体分布器。图口的分布器为有螺旋形沟槽的圆柱体，图6的分布器下端为圆锥体，且底面为凹面，以防止沿锥体斜面下流的液体向中央聚集，图c的分离器是将管端周边加工成齿缝形。降膜蒸发器也适用于处理热敏性物料，但不适用于处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。 (三)升降膜蒸发器升一降膜蒸发器的结构如图59所示，由升膜管束和降膜管束组合而成。蒸发器的底部封头内有二隔板，将加热管束均分为二。原料液在预热器1中加热达到或接近沸点后，引入升膜加热管束2的底部，汽、液混合物经管束由顶部流入降膜加热管束3，然后转入分离器4，完成液由分离器底部取出。溶液在升膜和降膜管束内的布膜及操作情

11、况分别与前述的升膜及降膜蒸发器内的情况完全相同。升一降膜蒸发器一般用于浓缩过程中粘度变化大的溶液；或厂房高度有一定限制的场合。若蒸发过程溶液的粘度变化大，推荐采用常压操作。(四)刮板搅拌薄膜蒸发器刮板搅拌薄膜蒸发器的结构如图5-10所示，加热管是一根垂直的空心圆管，圆管外有夹套，内通加热蒸汽。圆管内装有可以旋转的搅拌叶片，叶片边缘与管内壁的间隙为0.251.5mm。原料液沿切线方向进入管内，由于受离心力飞重力以及叶片的刮带作用，在管壁上形成旋转下降的薄膜，并不断地被蒸发，完成由底部排出。刮板薄膜蒸发器是利用外加动力成膜的单程蒸发器，故适用于高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液的蒸发。缺点是结构复

12、杂、动力耗费大(约为3kW/m2传热面)、传热面积较小(一般为34m2/台)、处理能力不大。三、直接加热蒸发器前述的各种蒸发器都是间接加热的，工业上有时还采用直接加热蒸发器，图5-11所示的浸没燃烧蒸发器就是直接加热的蒸发器。将一定比例的燃料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。浸没燃烧蒸发器的结构简单，不需要固定的传热面，热利用率高。适用于易结垢、易结晶或有腐蚀性溶液的蒸发，但不适于处理不能被燃烧气污染及热敏性物料的蒸发。目前广泛应用于废酸处理工业。2-2 蒸发

13、辅助设备 除沫器 蒸发器内产生的二次蒸汽夹带着许多液沫，尤其是处理易生泡沫的液体，夹带 现象更为严重。蒸发器上部有足够大的汽液分离空间，可使液摘藉重力沉降下来。此外，常在蒸发器中设置各种形式的除沫器，以尽可能完全地分离液沫。图7-13为常用的几种除沫器结构，它们都是藉液滴运动的惯性撞击金属物或壁面而被捕集。在几种除沫器中，丝网式除沫器的分离效果最好。丝网除沫器通常是将金属或合成纤维丝网叠合或卷制成整体后装入简体而成，必要时可以更换。冷凝器 产生的二次蒸汽若不再利用，则必须加以冷凝。传热章中所述的各种间壁式冷凝器固然可用，但因二次蒸汽多为水蒸汽，故在般情况下以使用混合式冷凝器居多。 图7-14为

14、I逆流高位混合式冷凝器，顶部用冷却水喷淋，使之与二次蒸汽直接接触将其冷凝。这种冷凝器一般均处于负压下操作，为将混合冷凝后的水排向大气，冷凝器的安装必须足够高。冷凝器底部所连接的长管称为大气腿。 如冷凝器的安装高度受到限制，则可采用图7-15所示的低位混合式冷凝器，此时必须用泵将冷凝水排向大气。疏水器 蒸发器的加热室与其它蒸汽加热设备一样，均应附设疏水器。疏水器的作用是将冷凝水及时排除，且能防止加热蒸汽由排出管逃逸而造成浪费。同时，疏水器的结构应便于排除不凝性气体。 工业上使用着多种不同结构的疏水器，按其启闭的作用原理大致有机械式、热膨胀式和热动力式等类型。热动力式疏水器的体积小、造价低，其应用

15、日趋广泛。图716为目前常用的热动力式疏水器的一种。温度较低的冷凝水在加热蒸汽压强的推动下流入图中的通道1，将阀片顶开，由排水孔。2流出。当冷凝水趋于排尽，排出液夹带的蒸汽较多，温度升高，促使阀片上方的背压升高。同时，蒸汽加速流过阀片与底座之间的环隙造成减压，阀片因自重及上，下压差的作用而自动落下，切断进出口之间的通道。经某短时间后，由于疏水器向周围环境散热，阀片上方背压室内的蒸汽部份冷凝，背压下降，阀片重新开启，实现周期性地排水。1-3 蒸发器的选型设计蒸发器之前夕必须根据任务对蒸发器的型式有恰当的选择。一般选型时应考虑以下因素。(1)溶液的粘度 蒸发过程中溶液粘度变化的范围，是选型首要考虑

16、的因素，各类蒸发器适用于溶液粘度的范围见表5-10(2)溶液的热稳定性 长时间受热易分解售易聚合以及易结垢的溶液蒸发时，应采用滞料量少、停留时间短的蒸发器。(3)有晶体析出的溶液 对蒸发时有晶体析出的溶液应采用外热式蒸发器或强制循环蒸发器。(4)易发泡的溶液 易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫，充随了整个分离室后即随二次蒸汽排出，不但损失物料，而且污染冷凝器。蒸发这种溶液主采唱外热式蒸发器，强制循环蒸发器或升膜蒸发器。若将中央循环管蒸发器和悬筐蒸发器设计大一些，也可用于这种溶液的蒸发。(5)有腐蚀性的溶液 蒸发腐蚀性溶液时，加热管应采用特殊材质制成，或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用浸没燃烧蒸发器。(6)易结垢的溶液 无论蒸发何种溶液，蒸发器长久使用后，传热面上总会有污垢生成。垢层的导热系数小，因此对易结垢的溶液，应考虑选择便于清洗和溶液循环速度大的蒸发器。(7)溶液的处理量 溶液的处理量也是选型应考虑的因素。要求传热面大于10rn2时，不宜选用刮板搅拌薄膜蒸发器，要求传热面在20m2以上时，宜采用多效蒸发操作。总之，应视具体情况，选用适宜的蒸发器，表5-1列出常见蒸发器的一些性能，以供参考。