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蒸发原理及多效蒸发的应用优化经济效益

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:这种操作一般用在小批量生产的场合,采用常压下的间歇操作。多效蒸发的目的是利用蒸发过程中的二次蒸汽,提高蒸发操作的经济效益。

蒸发原理及多效蒸发的应用优化经济效益

传热是蒸发单元操作中的重要过程,饱和水蒸气常用作加热热源,称为加热蒸汽或生蒸汽;被蒸发的溶液多为水溶液,其中水为溶剂,所以汽化产生的也是水蒸气,为与加热蒸汽相区别,将溶剂汽化所产生的饱和水蒸气称为二次蒸汽。

蒸发操作能够进行的必备条件包括:①蒸发操作所处理的溶液中溶剂具有挥发性,而溶质不具挥发性;②要不断地供给热能使溶液沸腾汽化。由于溶质的存在,使蒸发过程中溶液的沸点温度要升高;同时,大量的溶剂汽化,也需要大量的热能;③溶剂汽化后要及时地排除,否则,溶液上方蒸汽压力增大后,影响溶剂的汽化;若蒸汽与溶液达到平衡状态,蒸发操作无法进行。

一、蒸发的特点

1.蒸发过程的特殊性

蒸发过程中溶剂的汽化速率主要取决于传热速率,热量的传递制约着溶液的沸腾汽化。因此,蒸发属于传热过程,但与一般的传热比较,又有其特殊性。

(1)蒸发过程中由于溶质不挥发,浓缩时易在加热表面上析出溶质而形成垢层,使传热速率降低。因此,在蒸发设备的结构上,要考虑如何防止或减少垢层的生成,并且要易于清洗和除垢。

(2)溶液性质(如热敏性、黏性、发泡性及腐蚀性等)对蒸发设备在结构上提出了特殊要求。如溶质是热敏性物料,在高温下停留时间过长可能会使物料分解或变质,这就要求溶液在设备内的蒸发温度要低,或者停留时间要短。

(3)溶剂汽化后,体积增大,同时夹带着细小的液滴,会造成物料的损失或堵塞后续管路与设备。在设备结构上应设置气液分离空间和除沫装置,减少不必要的损失。

2.节能是蒸发操作的重要问题

蒸发操作要消耗大量的加热蒸汽(即生蒸汽),如何使单位加热蒸汽能汽化更多的溶剂,如何充分利用溶剂汽化所产生的二次蒸汽(这是蒸发操作中节能的主要途径),是蒸发操作中要考虑的重要问题。

蒸发操作的这些特点,只有从蒸发的方法及流程,设备的结构和操作条件上来加以满足,使之适应蒸发过程的需要。

二、蒸发操作的分类

1.按操作方式分类(www.xing528.com)

蒸发操作可分为连续操作和间歇操作,工业生产上大多采用连续操作。

2.按操作压力分类

按操作压力,蒸发操作分为常压蒸发、加压蒸发和真空蒸发(或减压蒸发)等。

(1)常压蒸发 常压操作时设备与大气相通,或采用敞口设备,二次蒸汽直接排入大气中。常压蒸发的设备费用低,但热能利用率差。

(2)加压蒸发 采用密闭设备,使操作压力高于大气压,加压下二次蒸汽的压力与温度较高,便于利用二次蒸汽的热量。压力提高后,溶液的沸点升高,流动性好,有利于提高传热效果。

(3)真空蒸发 密闭设备内的压强低于大气压,又称减压蒸发。优点包括:①真空下能降低溶液的沸点,传热的温度差也比常压下的大,当传热量一定时,蒸发器的传热面积可以相应地减小;②可以蒸发不耐高温的溶液及热敏性物料的蒸发;③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂;④操作温度低,损失于外界的热量也相应地减小。

但是,沸点温度降低后,溶液的黏度会增大;同时形成真空需要增加设备和消耗动力,无特殊要求时,一般可采用常压蒸发。

3.按二次蒸汽是否利用分类

按二次蒸汽是否利用分为单效蒸发和多效蒸发。

(1)单效蒸发 溶剂汽化产生的二次蒸汽不利用,冷凝后直接排放掉。这种操作一般用在小批量生产的场合,采用常压下的间歇操作。

(2)多效蒸发 将多个蒸发设备按一定的方式组合起来,每一个蒸发设备称为一效,两个蒸发设备称为双效,依此类推。多效蒸发的目的是利用蒸发过程中的二次蒸汽,提高蒸发操作的经济效益。一般第一效使用加热蒸汽(生蒸汽),第二效利用第一效溶剂汽化产生的二次蒸汽作为热源。这样将前一效产生的二次蒸汽引到后一效去作热源使用,使生蒸汽的经济性大为提高。多效蒸发宜于大批量生产的场合,采用加压或真空下连续操作。

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