化工单元操作(高教版 朱建民主编)教案：模块四项目2 蒸发器操作

模块四 溶液蒸发操作

项目2 蒸发器操作

【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。

【教学目标】

1．通过本项目的学习，学会蒸发器的基本操作，掌握单效蒸发操作的特点。 2．学会判断蒸发器的故障，并能及时排除。 【教学重点、难点】 重点：蒸发器的基本操作 难点：判断蒸发器的故障 【教学方法】

采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。

【学时安排】8学时 【教学建议】

先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习溶液蒸发的相关知识。

【教学过程】 一、导入

工业上应用的蒸发过程有不同的形式，蒸发操作按效数可分为单效蒸发和多效蒸发，按操作方式又分为间歇蒸发和连续蒸发等。每种操作方式均有其不同特点，视工业生产要求而选用。

二、教师讲授及演示实训步骤

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1．布置实训任务：练习蒸发器开车、进料、正常运行、停车操作 2．演示蒸发器操作，强调操作要点。

图4-11 单效薄膜蒸发器

三、学生实训

指导学生按工艺卡片进行实训。

检查准备——开车——操作运行——停车——卸料——洗效（刷罐） 四、检查评价

学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。

五、相关知识

在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。

一、蒸发流程 1．蒸发操作的分类 分 类 操作特点 应用场合 主要在小批量、间歇生产的情况下使用 2

按二次单效二次蒸气直接冷凝排放不再利用。 蒸气是蒸发

否利用多效汽化出来的二次蒸气引到下一个蒸发大规模的、连续性的生分类 蒸发 器作为加热蒸气使用，多个蒸发器串产一般都采用多效蒸发 联进行操作。降低了加热蒸气消耗量 常压分离室与大气相通，或采用敞口设备，用于产量较小的简单工蒸发 二次蒸气直接排放到大气中 艺 减压蒸发操作在低于大气压的条件下进化工生产中的蒸发操作按操作蒸发 压力分类 行。在加热蒸气压力相同的情况下，大都采用减压蒸发 溶液沸点低，传热温度差大，操作温度低，热量损失小。 加压蒸发操作在高于大气压的情况下进用于沸点高的物料蒸发 蒸发 行，其目的主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高热能的利用率 按操作间歇蒸发过程中，溶液的浓度和沸点随时适于小批量、多品种的过程是蒸发 间不断改变，是一个不稳定操作过程 场合 否连续连续连续加料、连续出料的稳定操作过程 适合于大规模的生产 分类 蒸发

图4-12 单效真空蒸发流程

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图4-13 多效蒸发流程

2．多效蒸发流程 （1）并流加料流程

并流加料又称顺流加料，即溶液与蒸气的流向相同，都是由第一效顺序流至末效。

图4-15并流加料流程

优点：操作简便，容易控制。

在处理黏度随浓度增加而变化很大的物料时，不宜采用并流加料流程。 （2）逆流加料流程

原料液的流向与加热蒸气流向相反。

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图4-16逆流加料流程

优点：随着溶液浓度的逐效增加，其温度也随之升高。因此各效溶液的黏度较为接近，使各效的传热系数基本保持不变。

缺点：效间溶液需用泵来输送。 （3）平流加料流程

各效都加入原料液和放出浓缩液，蒸气则仍然从第一效顺序流至末效。

图4-17 平流加料流程

适合于在蒸发过程中不断有结晶析出的溶液。例如某些盐溶液的浓缩，因为有结晶的析出，不便于效间的输送，宜采用平流加料法。

3．多效蒸发的效数

沸点升高较大的电解质溶液的蒸发，效数不宜太多（如NaOH水溶液的蒸发，一般采用2～3效）；

对于沸点升高较小的非电解质溶液的蒸发，则可采用较多的效数（如糖水溶液的蒸发用4～6效；而海水淡化的蒸发装置可达20～30效）。

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二、蒸发器的计算 1．水分蒸发量

图4-18单效蒸发的物料衡算示意图

以1h为物料衡算基准，单位时间水分蒸发量为

WF(1w0) （4-1） w1式中 W——水分蒸发量（即二次蒸气量），kg/h

F——原料液质量，kg/h

w0——原料液的浓度（溶质的质量分数）；

w1——完成液的浓度（溶质的质量分数）； 2．加热蒸气消耗量 定义

D为单位蒸气消耗量，即每蒸发1kg水（溶剂）所需要的加热蒸气W量。采用单效蒸发时，汽化1kg水消耗约1kg加热蒸气。实际生产中，由于溶液热效应的存在及热损失等原因，实际的单位蒸气消耗量大约为1.1或更大一些。不同效数时的单位蒸气消耗量如下表。

效数 D/W （kg汽/kg水） 理论值 实际值 单效 1.0 1.1 双效 0.50 0.57 三救 0.33 0.40 四效 0.25 0.30 五效 0.20 0.27 3．蒸发器的生产能力和生产强度 （1）蒸发器的生产能力

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蒸发器的生产能力是指单位时间蒸发的溶剂（水）量，单位为kg/h，由生产要求确定。

（2）蒸发器的生产强度

蒸发器的生产强度是指单位时间内单位传热面积上所能蒸发的溶剂（水）量，以U表示，单位为kg/（m2·h）；即

U式中 W——蒸发器的生产能力，kg/h； A——蒸发器加热室的传热面积，m2。

对于一定的蒸发量，蒸发强度越大，则所需传热面积越小，蒸发设备的投资越小。因此蒸发器的生产强度是评价蒸发器性能优劣的重要指标。

4．提高蒸发器生产强度的途径

增大蒸发器的总传热系数K是提高蒸发器生产强度的主要途径。蒸气中若含有少量不凝性气体时，它将会占据传热空间，使对流传热膜系数大幅度下降。当蒸气中含有1%的不凝性气体，总传热系数K下降60%。因此，在蒸发器的实际操作中应该定时排放不凝性气体。在处理易结晶或结垢的料液时，管壁上可形成污垢层，污垢层热阻很大，造成传热速率急剧降低。所以，在蒸发生产中要求定期清洗蒸发器。

三、蒸发器的操作 学生讨论、自学内容

1．蒸发单元操作安全要点有哪些？ 2．蒸发操作常见故障有哪些？应怎样处理？ 【作业】

复习题

6．分析并比较下列各组概念的联系与区别。 加热蒸气

W （4-5） A 生产能力 循环型蒸发器 温度差损失 并流加料

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二次蒸气 生产强度 单程型蒸发器

有效温度差

逆流加料 平流加料

计算题

本模块理论知识结构

溶 认识蒸发器液蒸 发操 作 蒸发器操作

蒸发器的分类

常见蒸发器结构

蒸发流程

蒸发器的计算

蒸发器的操作

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