蒸发单元操作

5.1 概述蒸发是分离液相均一系（溶液）的单元操作之一。

这种操作是将溶液加热，使其中部分（或全部）溶剂气化并不断除去，以提高溶液中的溶质浓度。

被蒸发的溶液由挥发性的溶剂和不挥发的溶质所组成，因此蒸发也是挥发性溶剂和不挥发溶质的分离过程。

用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。

5.1.1 蒸发的分类蒸发按操作温度可分为自然蒸发和沸腾蒸发。

自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点时汽化，溶剂的汽化仅发生在溶液的表面，自然蒸发速率缓慢。

沸腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时汽化，在汽化过程中，溶液呈沸腾状态，溶剂的汽化不仅发生在溶液表面，而且发生在溶液内部，因此，沸腾蒸发的速率远大于自然蒸发的速率。

工业上的蒸发操作大多采用沸腾蒸发。

蒸发按操作压强可分为加压蒸发、常压蒸发和减压（真空）蒸发。

为了保持产品生产过程的系统压强（例如丙烷脱沥青），则蒸发需在加压状态下操作。

对于热敏性物料（例如抗生素溶液、果汁、食用油脂），为了保证其产品质量，必须在较低温度下蒸发浓缩，则需采用真空操作以降低溶液的沸点。

但由于沸点降低，溶液的黏度也相应增大，而且造成真空需要增加设备和动力。

因此，一般无特殊要求的溶液，则采用常压蒸发。

此外，按操作方式，可将蒸发分为间歇蒸发和连续蒸发；按蒸发操作产生的二次蒸汽是否再作为蒸发器的热源利用，可将蒸发分为单效蒸发和多效蒸发等。

5.1.2 蒸发过程的特点蒸发操作总是从溶液中分离出部分（或全部）溶剂。

常见的蒸发过程实际上是通过传热壁面的传热，使一侧的蒸汽冷凝而另一侧的溶液沸腾，溶剂的汽化速率由传热速率控制，所以蒸发属于传热过程。

但蒸发又有别于一般的传热过程，具有下述特点：(1)传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾，所以属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。

(2)溶液性质：在蒸发过程中溶液的黏度逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。

有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢、易产生泡沫，在高温下易分解或聚合。

(3)溶液沸点的改变：含有不挥发溶质的溶液，其蒸气压较同温度下溶剂的蒸气压低。

蒸发过程安全操作——蒸发过程及风险分析在化工、医药和食品加工等工业生产中，通常需要用固体溶质浓缩稀溶液，以得到高浓度溶液或析出固体产品，此时应采用蒸发操作。

蒸发是通过加热蒸发并去除稀释溶液中的部分溶剂，从而使溶液浓度提高的一种单元操作，其目的是为了得到高浓度的溶液。

例如：在化工生产中，用电解法制得的烧碱(NaOH溶液)的质量浓度一般只在10％左右，要得到42％满足工艺要求的左右浓缩碱液需要蒸发。

由于稀碱液中的溶质NaOH不具有挥发性，而溶剂水具有挥发性，因此生产上可将稀碱液加热至沸腾状态，使其中大量的水分发生汽化并除去，这样原碱液中的溶质Na0H的浓度就得到了提高。

又如：食品工业中利用蒸发操作将一些果汁加热，使一部分水分汽化并除去，以得到浓缩的果汁产品。

除此之外，蒸发通常也用于先蒸发原液中的溶剂，然后加以冷却以得到固体产品，如食糖的生产、医药工业中固体药物的生产等都属此类。

在工业生产中应用蒸发操作时，需认识蒸发如下几方面的特点。

①蒸发的目的是为了使溶剂汽化，因此，蒸发溶液应由挥发性溶剂和非挥发性溶质组成，这一点与蒸馏操作中的溶液是不同的。

整个蒸发过程中溶质数量不变，这是本章物料衡算的基本依据。

②溶剂的汽化可分别在沸点以下和沸点处进行。

在低于沸点时进行，称为自然蒸发。

如海水制盐用太阳晒，此时溶剂的汽化只能在溶液的表面进行，蒸发速率缓慢，生产效率较低，故该法在其他工业生产中较少采用。

若溶剂的汽化在沸点温度下进行，则称为沸腾蒸发，溶剂不仅在溶液的表面汽化，而且在溶液内部的各个部分同时汽化，蒸发速率大大提高。

本章只讨论工业生产中普遍采用的沸点汽化。

③蒸发操作是一个传热和传质同时进行的过程，蒸发速率取决于过程中较慢步骤的速率，即热量传递速率，因此工程上通常把它归类为传热过程。

④由于溶液中溶质的存在，在溶剂蒸发过程中，溶质容易在受热面上沉淀并形成污垢，影响传热效果。

当该溶质为热敏性物质时，还有可能因此而分解变质。

将溶液加热，使其中部分溶剂气化并不断去除，以提高溶液中的溶质浓度的过程即蒸发。

一、蒸发原理与目的蒸发原理:蒸发是溶液浓缩的单元操作。

它采用加热的方法，使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的部分溶剂被气化除去，而溶液得到浓缩。

蒸发目的：1. 制取浓缩产品--如浓缩果汁、蔬菜汁。

2. 获得饱和溶液，冷却后使溶质结晶--味精、白糖、精制盐。

3. 制取纯溶剂--蒸馏水、海水淡化等。

从目的看：是使溶剂和溶质分离，属化工分离，传质过程。

从机理看：溶剂分离出来的速率直接取决于供热量或供热速率，属传热过程。

二、基本流程图热源：水蒸汽，一般称为加热蒸汽。

二次蒸汽：当蒸发的物料为水溶液时，蒸发产生的溶剂蒸汽，亦称为水蒸气。

注意：加热蒸汽温度高于二次蒸汽温度。

料液、加热蒸汽分别在管内、管外流动。

二次蒸汽是否利用可将操作分为单效或多效蒸发。

蒸发过程进行的必要条件:不断提供热源(加热蒸汽);不断排除二次蒸汽。

三、蒸发过程的特点与方法特点：(1) 传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。

(2) 溶液特性有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性等。

(3) 溶液沸点的改变由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。

因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。

溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。

(4) 泡沫夹带二次蒸汽常夹带大量液沫，须除去。

(5) 能源利用利用二次蒸汽产生的潜热是须考虑。

食品工业蒸发的特点1.热敏性要求低温短时,采用真空蒸发器及液膜式蒸发器2.腐蚀性设备防腐,不锈钢3.粘稠性采用外力强制循环或加搅拌4.发泡性食品沸腾时形成泡沫,加入表面活性剂或采用机械装置消泡5.挥发性∵芳香成分和风味成分易挥发6.结垢性食品中Ca、Mg离子浓缩后产生沉淀；蛋白质、糖、果胶等到受热过度后变性、结块、焦化等；均形成垢层蒸发的分类●自然蒸发--溶液中的溶剂在低于沸点下汽化，例如海盐的晒制。

蒸发操作实训装置安全事项使用之前，请仔细阅读本手册，以便正确使用。

危险若不采取适当的预防措施，将造成严重的人身伤害、伤亡或重大的损失。

为了防止触电或者产生错误动作和故障，在确认安装完成之前，请不要接通电源。

接通电源后，请不要触摸端子，否则会有触电危险。

装置在接通电源的状态中，不要把水溅到控制柜的仪表以及端子排上，否则会有漏电、触电或火灾的危险。

切断电源并挂上禁止通电警示牌后，才可以进行设备单元的拆卸或检修，否则会有触电危险。

注意化工类实验应在良好的通风环境下进行。

实验物料请勿直接排入生活地沟。

使用装置前,首先检查本装置的外部供电系统，本装置供电电压为380VAC,频率50Hz。

请勿将运转设备长时间闭阀运行。

外部供电意外停电时请切断装置总电源，以防重新通电时运转设备突然启动而产生危险。

如遇到意外情况，请立即切断电源。

每次停车后请及时切断总电源，并将装置内的物料排放干净。

注意定期对运转设备进行保养，尤其是长时间未使用的情况下，以保证装置的正常使用。

第1章装置说明1.1工业背景使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作称为蒸发。

在化工、轻工、制药、食品等许多工业行业的生产过程中，常常需要使用蒸发操作过程，将溶有固体溶质的稀溶液浓缩，以达到符合工艺要求的浓度，或析出固体产品，或回收汽化出来的溶剂。

例如，由电解法制得的烧碱（NaOH）溶液中，只含有大约10%左右的NaOH，要达到工艺要求的约42%的浓度必须用蒸发操作除去部分水分，或将浓缩液结合其他操作进一步加工处理以获得固碱；食糖、果汁、奶粉、抗生素等的生产也需要利用蒸发操作使溶液得到浓缩；利用蒸发操作可使海水淡化（制取淡水）等。

本装置是以“NaOH-水溶液”为体系，选用升膜式蒸发器、以导热油代替水蒸气作为热源，结合高校实训教学大纲要求设计而成的。

1.2实训功能1.2.1膜蒸发岗位技能：加热温度测控操作；进料浓度及进料量测控操作；1.2.2质量控制岗位技能：蒸发浓缩液取样及成分分析操作；浓缩液浓度控制；1.2.3现场工控岗位技能：进料泵的变频调节及手阀调节；加热器温度测控；蒸汽输送压力测控；各换热器总传热系数测定；1.2.4化工仪表岗位技能：变频器、差压变送器、热电阻、无纸记录仪、声光报警器、调压模块及各类就地弹簧指针表等的使用；单回路、串级控制等控制方案的实施；1.2.5就地及远程控制岗位技能：现场控制台仪表与微机通讯，实时数据采集及过程监控；总控室控制台DCS与现场控制台通讯，各操作工段切换、远程监控、流程组态的上传下载等。

蒸发实训单元装置说明及操作规程
该蒸发实训单元装置是应用于工程师学习蒸发原理及工况模拟的操作训练装置，可模拟多种实际工况情况，供实验人员进行实验训练和指导教学。

该实验装置的结构简图如下：
该蒸发实训单元装置由进料池、溢流器、换热器、加热器、蒸发器、出料池、活塞式贮存器、龙头和电磁阀组成，供电部分包括仪表台、操作控制器和液位开关。

实验人员操作该装置时，可通过操作控制器，调节加热器、换热器和活塞式贮存器的工况，以模拟实际工况。

一、安全操作规程
1、在操作前应检查设备确认有无安全隐患；
2、每次操作前应及时检查各件及控制器等的连接线是否接好，电源插座是否正确插入；
3、禁止进行关于实验装置及电气部分的修改、拆装等操作；
4、应确认实验介质的浓度、温度等物理参数，以保证实验的准确性和可靠性；
5、禁止擅自拆卸本实验装置上的任何零部件，以免造成安全隐患和危险；
6、操作过程中，如遇急停，应立即按下急停按钮，并保持安全距离以免受伤。

二、使用说明
1、接通电源，按下“启动”按钮，等待各件的运行达到稳定状态；
2、根据实验要求。

第五章蒸发蒸发是将溶液加热至沸腾状态，使一部分溶剂汽化并除去的操作。

蒸发也是化工、医药、食品等工业牛产过程中常用的单元操作之一。

在食品工业中如奶粉、糖、盐的生产中，先要将物料溶液蒸发浓缩得到高浓度的溶液，再将其结晶析出，得到固体产品，再加以干燥。

蒸发操作也有的是为得到高浓度的溶液，如果汁的浓缩，也是使其一部分水份汽化并除去，以得到浓缩的产品。

在化工生产中，用电解法制得的烧碱(NaOH水溶液）的浓度一般只有10%左右，它也是通过蒸发其中的部分水份，使其达到浓度为42%左右的质量要求的，等等；除此之外，蒸发操作常常用来先将原料液中的溶剂汽化，然后加以冷却以得到固体产品。

例如食糖的生产就属于此类。

如图是一套典型的蒸发操作装置图。

左面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备—蒸发器，它的下部分是由若干加热管组成的加热室(1)，加热蒸汽在管间（壳方）被冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传给被加热的料液，使溶液受热沸腾汽化。

在沸腾汽化过程中，将不可避免地会夹带一部分液体，为此，在蒸发器的上部设置了一个称为分离室的分离空间（2），并在其出口处装有除沫装置，以便将夹带的液体分离开，蒸汽则进入冷凝器（4）内，被冷却水冷凝后从底部排出。

溶液浓缩后，从底部排出。

第一节概述一.蒸发原理将不挥发性的物质的稀溶液加热至沸腾，使部分溶剂气化排走，以提高溶液浓度的单元操作。

二．蒸发的用途1．使溶液增浓制取浓溶液，如电解法制取NaOH，很多化工废料最后的处理。

2．回收固体溶质，制取固体产品，通过将溶液浓缩到饱和状态，再使其冷却结晶分离，如蔗糖、食盐的精制。

3．除去不挥发性的杂质，制取纯净溶剂，如海水淡化。

三．蒸发操作条件1．持续不断的供给热量使溶液保持沸腾2．不停地将气化出来的蒸气排除。

四．蒸汽1．加热蒸气作为热源的蒸气2．二次蒸气溶液中蒸发出来的气化的溶剂五、蒸发操作的分类1．按二次蒸气是否被利用分1）单效蒸发不利用，直接排掉。

2） 多效蒸发 利用，前一效产生的二次蒸气被用作下一效的加热蒸气。

蒸发单元的操作方法
蒸发单元是一种用于将液体转化为蒸汽的设备，操作方法如下：
1. 准备工作：确定所需蒸发量和操作条件，检查设备是否正常运转，如电源、冷却水等是否正常供应。

2. 加热液体：将待蒸发的液体加入蒸发单元内部的容器中，可以通过加热外壁或使用加热器来加热液体。

3. 控制温度：使用控制装置来监测和调节蒸发单元的工作温度，以确保液体保持在蒸发温度范围内。

4. 收集蒸汽：蒸发过程中，蒸汽会逐渐产生。

通过蒸发单元的出口处或连接的管道将蒸汽收集起来，并将其用于需要蒸汽的其他工艺或处理中。

5. 清洗和维护：操作结束后，及时清洗蒸发单元内部的残留物，并定期进行维护保养工作，以确保设备的正常运行和延长使用寿命。

需要注意的是，不同类型和规格的蒸发单元操作方法可能稍有不同，具体操作时应参照设备的使用说明书或请专业人员指导。

蒸发与蒸馏单元安全操作要点1.蒸发过程安全运转操作(1)蒸发器的选择应考虑蒸发溶液的性质,如溶液的黏度、发泡性、腐蚀性、热敏性,以及是否容易结垢、结晶等情况。

(2)为了进一步提高蒸发器的生产能力,应提高加热蒸汽压力和降低冷凝器中二次蒸汽压力,有助于提高传热温度差。

(3)提高传热效果:①应当定期停车清洗、除垢;②应该积极改善蒸发器的结构,如把蒸发器的加热管加工光滑一些,使污垢不易产生,及时生成也易清洗,这就可以提高溶液循环的速度从而降低污垢生成的速度;③应提高溶液的循环速度和湍动程度,从而提高蒸发器的蒸发能力(4)在操作中,必须密切注意蒸发器内液面的高低,以提高蒸发器的传热量。

2.蒸馏过程安全运转操作(1)常压蒸馏①在常压蒸馏中,对于易燃液体的蒸馏禁止采用明火作为热源,一般采用蒸汽或过热水蒸气加热比较安全②对于腐蚀液体的蒸馏,选择防腐耐温高强度材料,以防止塔壁、塔盘腐蚀泄漏,导致燃烧、爆炸、灼伤等危险。

③对于自燃点很低的液体蒸馏,应当注意蒸馏系统的密闭,以防止因高温泄漏遇空气自燃。

④蒸馏高沸点物料时,应防止产生自燃点很低的树脂油状物遇空气自燃。

同时应防止蒸干,使残渣转化为结垢,从而引起局部热而燃烧、爆炸。

油焦和残渣应经常清除。

⑤高温的蒸馏系统应防止因设备损坏使冷却水进塔,水快速汽化,导致塔内压力突然增高,将物料冲出或发生爆炸。

在开车前应对换热器试压,并将塔内和管道内的水放尽。

⑥冷凝器中的冷却水或冷冻盐水不能中断。

⑦应当注意防止凝固点较高的物质凝结,堵塞管道。

(2)减压蒸馏(真空蒸馏)①真空蒸馏系统的密闭性是非常重要的,否则吸人空气,与塔内易燃气混合,形成爆炸性混合物,就有引起爆炸或者燃烧的危险。

②当易燃易爆物质蒸发完毕,应充入氮气后再停止真空泵,以防止空气进人系统,引起燃烧或爆炸危险。

③真空泵应安装单向阀,以防止突然停泵而使空气倒灌进入设备。

④真空蒸馏操作时应该先开冷却器进水阀,然后开真空进气阀,最后打开蒸汽阀门。

蒸发装置操作手册1．前言该操作手册能帮助用户熟悉整套装置及其用途。

通过该手册能够安全、有效、正确的对工厂进行运转，应严格遵守指示内容，从而避免危险事故的发生，并能降低维修成本，节约时间，增强机器/工厂的可靠性，延长其寿命。

此外，必需遵守各国有关安全防范，环境保护的法律、法规以及当地有关机器/工厂使用地的管理条例。

长区内应备有操作指南，在认真阅读、学习后方可进行以下相关作业：·作业时的装配、检修，生产废料排放，燃料及耗材的废弃处理。

·保养（维修、检验、修理）和/或·运输、搬运、仓储除上述规定要求外，还需遵守作业中的行业技术规范。

2．蒸发单元2．1 主要装置及系统描述2．1．1 EV-1101、EV-1201、EV-1301降膜蒸发器所有蒸发器按照列管式降膜换热器设计在蒸发器头部，碱液分配如下：在管板上部，各列管顶端均配有垂直槽口，通过槽口碱液均匀进入列管并沿着列管内壁下流，形成整膜。

碱液流出管束后将进入安装于管板下方的蒸汽分离器，液位通过液位控制系统控制蒸发器产生出的蒸汽通过镍网除沫器净化后离开分离器，其中夹带的细小液滴将被镍网截留。

2．1．2蒸汽冷凝系统从EV-1101/EV1201壳程及表面冷凝器C-7101出来的蒸汽将被T-7101罐收集，然后经P-7101A/B泵送至界区，经收集的冷凝液可作地面冲洗之用，C-7101表面冷凝器建于T-7101之上，通过C-7101气压处理后，T-7101将在正常大气压下运行。

因EV-1101/EV-1201及C-7101在真空下运行，其出口管线的端部应伸入T-7101之内。

2．1．3水恢复系统冷却水系统WCS/WCR冷却水将给至：·C-7101表面冷凝器·HE-1531换热器/冷却器·P-7102A/B真空泵给至C-7101和HE-1531的冷却水将被导回界区。

软水系统WD：软水进至碱泵的机封饮用水系统：饮用水供各楼层的紧急淋浴装置及维修站使用废水系统WW：以下废水将由废水沟收集：·P-7102A/B水环真空泵·楼层、设备清洗及排放·紧急淋浴及洗眼系统·冷凝水及水管线排水·含水设备排水·罐内溢流（如有必要）·冷凝水管线上的排水阀2．1．4真空系统包括两台水环真空泵，即P-7102A/B，其中一台备用。