第九章蒸发和结晶

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1、一、蒸发及应用一、蒸发及应用1、蒸发的概念、蒸发的概念 利用加热的方法，使溶液中的溶剂部分汽化挥发从而将溶液浓缩的过程称为蒸发。蒸发操作广泛应用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。2、蒸发操作的目的、蒸发操作的目的（1）稀溶液的增浓直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进一步处理（如冷却结晶）制取固体产品，如青霉素、庆大霉素等提取液浓缩、以及各种果汁、牛奶的浓缩等等；（2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海水蒸发脱盐制取淡水。（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生产中酒精浸出液的蒸发。单效蒸发流程：单效蒸发流程：3-中央循环管；不凝性气体冷却水二次蒸汽料液加热蒸汽冷凝水完成液水

2、 硝酸铵水溶液蒸发流程 蒸发流程123451-加热管；2-加热室；4-蒸发室；5-除沫器；6-冷凝器二、蒸发操作的特点二、蒸发操作的特点 蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂，而溶液中所含溶质的数量不变，蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂，而溶液中所含溶质的数量不变，因此蒸发是一个热量传递过程，其传热速率是蒸发过程的控制因素。蒸发所因此蒸发是一个热量传递过程，其传热速率是蒸发过程的控制因素。蒸发所用的设备属于热交换设备。用的设备属于热交换设备。 但与一般的传热过程比较，蒸发过程又具有其自身的特点，主要表现但与一般的传热过程比较，蒸发过程又具有其自身的特点，主要表现在：在：（1）溶液沸点升高）溶液沸点

3、升高 被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，由拉乌尔被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，由拉乌尔定律可知，在相同的温度下，溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸气压。换言之，定律可知，在相同的温度下，溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸气压。换言之，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。因此，当加热蒸汽温度一定，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。因此，当加热蒸汽温度一定，蒸发溶液时的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高，这蒸发溶液时的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高，这种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时，必须考虑溶液沸点上升的这种种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算

4、时，必须考虑溶液沸点上升的这种影响。影响。（2）物料的工艺特性）物料的工艺特性 蒸发过程中，溶液的某些性质随着溶液的浓缩蒸发过程中，溶液的某些性质随着溶液的浓缩而改变。有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫；有而改变。有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫；有些物料是热敏性的，在高温下易变性或分解；有些些物料是热敏性的，在高温下易变性或分解；有些 物料具有较大的腐物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。因此，在选择蒸发的方法和设备时，必须考蚀性或较高的粘度等等。因此，在选择蒸发的方法和设备时，必须考虑物料的这些工艺特性。虑物料的这些工艺特性。（3）能量利用与回收）能量利用与回

5、收 蒸发时需消耗大量的加热蒸汽，而溶液汽化又蒸发时需消耗大量的加热蒸汽，而溶液汽化又产生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潜热，提高加热蒸汽产生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潜热，提高加热蒸汽的经济程度，也是蒸发器设计中的重要问题。的经济程度，也是蒸发器设计中的重要问题。几个概念几个概念 * 加热蒸汽加热蒸汽(生蒸汽生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。 三、蒸发操作的分类三、蒸发操作的分类按操作方式：按操作方式：间

6、歇式、连续式；按二次蒸汽的利用情况：按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发；按操作压力：按操作压力：常压、加压、减压（真空）；真空蒸发的优点：真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、对热敏性物料的蒸发有利。第二节第二节 单效蒸发与真空蒸发单效蒸发与真空蒸发一、单效蒸发设计计算一、单效蒸发设计计算确定水的蒸发量；加热蒸汽消耗量；蒸发器所需传热面积1、蒸发水量的计算、蒸发水量的计算加热蒸汽加热蒸汽D,Ts,H原料原料F,w0,t0 ,c0 ,h0二次蒸汽二次蒸汽W,T,H冷凝液冷凝液D,Ts,hc完成液（完成液（F-W),w1,t1,c1,h1加热室单效蒸发的物料衡算，热量衡算示意图

7、对蒸发器进行溶质物料衡算对蒸发器进行溶质物料衡算110)(LwwWFFw得水的蒸发量：得水的蒸发量：)1 (10 xxFW完成液浓度：完成液浓度：WFFxx012、但在确定 却有不同于一般换热器的计算方法mtKQAmtmt3、真空蒸发的优点：、真空蒸发的优点： 降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器生产强度；真空操作，溶液沸点降低，可减少或防止热敏性物料分解；降低对热源的要求。缺点：溶液沸点降低，其粘性会增加，使得总传热系数下降；真空设备增加动力消耗。第三节第三节 多效蒸发多效蒸发 采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。 如前所述，若把蒸

8、发产生的二次蒸气引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。根据溶液与二次蒸气的流向，可有不同的加料方法与相应的流程。以三效为例，可以四种流程：一、多效蒸发一、多效蒸发不凝性气体第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽料液加热蒸气完成液水冷却水并流加料蒸发流程即加热蒸气和原料液均顺次流经各效。这种加料的特点是前一效到后一效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度会随效数的增加而增大，使传热系数逐效下降，所以并流加料不适宜处理随浓度增加而增加较高的物料。逆流加料流程逆流加料流程逆流加料蒸发流程完成