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蒸發原理蒸發的介質及二次蒸汽的利用

2011年04月22日 作者:圣亞

一、蒸發原理

蒸發使含有不揮發溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽,從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發,所采用的設備稱為蒸發器。蒸發操作廣泛應用于化工、石油化工、制藥、制糖、造紙、深冷、海水淡化及原子能等工業中。

 

二、蒸發介質

被蒸發的溶液可以是水溶液,也可以是其它溶劑的溶液,而化學工業中以蒸發水溶液為主,故本章只限于討論水溶液的蒸發。蒸發操作中的熱源常采用新鮮的飽和水蒸氣,又稱生蒸汽。從溶液中蒸出的蒸汽稱為二次蒸汽,以區別于生蒸汽。在操作中一般用冷凝方法將二次蒸汽不斷地移出,否則蒸汽與沸騰溶液趨于平衡,使蒸發過程無法進行。若將二次蒸汽直接冷凝,而不利用其冷凝熱的操作稱為單效蒸發。若將二次蒸汽引到下一蒸發器作為加熱蒸汽,以利用其冷凝熱,這種串聯蒸發操作稱為多效蒸發器。

 

三、蒸發器操作環境

蒸發操作可以在加壓、常壓或減壓下進行,工業上的蒸發操作經常在減壓下進行,這種操作稱為真空蒸發器。真空操作的特點在于:①減壓下溶液的沸點下降,有利于處理熱敏性物料,且可利用低壓強的蒸汽或廢蒸汽作為熱源。②溶液的沸點隨所處的壓強減小而降低,故對相同壓強的加熱蒸汽而言,當溶液處于減壓時可以提高傳熱總溫度差;但與此同時,溶液的粘度加大,使總傳熱系數下降。③真空蒸發器系統要求有造成減壓的裝置,使系統的投資費和操作費提高。

 

四、海水淡化蒸發器

一般情況下,經濃縮后的液體為產品,二次蒸汽冷凝液則被排除;但在海水淡化操作中,二次蒸汽的冷凝液為所要求的產品,即淡水,濃縮后的殘液則被廢棄。蒸發過程的實質是傳熱壁面一側的蒸汽冷凝與另一側的溶液沸騰間的傳熱過程,溶劑的汽化速率由傳熱速率控制,故蒸發屬于熱量傳遞過程,但又有別于一般傳熱過程,因為蒸發過程具有下述特點:
1)傳熱性質 傳熱壁面一側為加熱蒸汽進行冷凝,另一側為溶液進行沸騰,故屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫傳熱過程。
2)溶液性質 有些溶液在蒸發過程中有晶體析出、易結垢和生泡沫、高溫下易分解或聚合;溶液的粘度在蒸發過程中逐漸增大,腐蝕性逐漸加強。
3)溶液沸點的改變 含有不揮發溶質的溶液,其蒸氣壓較同溫度下溶劑(即純水)的為. 低,換言之,在相同壓強下,溶液的沸點高于純水的沸點,故當加熱蒸汽一定時,蒸發溶液的傳熱溫度差要小于蒸發水的溫度差。溶液濃度越高這種現象越顯著。
4)泡沫夾帶 二次蒸汽中常夾帶大量液沫,冷凝前必須設法除去,否則不但損失物料,而且要污染冷凝設備。
5)能源利用 蒸發時產生大量二次蒸汽,如何利用它的潛熱,是蒸發操作中要考慮的關鍵問題之一。

鑒于以上原因,蒸發器的結構必須有別于一般的換熱器。 


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