中央循环管式蒸发器工作原理动画演示
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中央循环管式蒸发器项目设计方案
中央循环管式蒸发器项目设计方案第一章设计方案的确定蒸发是用加热的方法，在沸腾的状态下使溶液中具有挥发性的溶剂部分汽化的单元操作。
蒸发操作广泛用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。
蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。
1.1 蒸发器的类型与选择随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现。
在工业中常用的间接加热蒸发器分别为循环型和单程型两大类。
循环型的蒸发器中有中央循环管式、悬框式、外加热式、列文式及强制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。
本设计选择中央循环管式蒸发器。
因为循环型蒸发器中的中央循环管式又称标准式蒸发器，在化学工业中应用广泛。
结构和原理：其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。
当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。
在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。
溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。
这种蒸发器结构紧凑，操作可靠，传热效果好。
但溶液的循环速度低，传热温差小，影响了传热。
在中央循环管内安装一旋浆式搅拌器即构成强制循环蒸发器，可是液体的循环速度提高2～3倍。
1.2 蒸发操作条件的确定1.2.1 加热蒸汽压强的确定蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。
从节能观点出发，应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源，即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。
这样既可以减少锅炉产生蒸汽的消耗量，又可以减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。
因此，能够采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽是有利的，但是通常所用饱和蒸汽温度不超过180℃，超过时相应的压强就很高，这将增加加热的设备费和操作费。
根据以上论述选加热蒸汽压强为600 kPa。
7蒸发化工原理
降膜式
1200～3500
5/12/2020
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第7章 蒸发
7.2.4 蒸发器的辅助设备
1 除沫器（汽液分离器）
蒸发操作时产生的二次 蒸汽，在分离室与液体分离 后，仍夹带大量液滴，尤其 是处理易产生泡沫的液体， 夹带更为严重。为了防止产 品损失或冷却水被污染，常 在蒸发器内（或外）设除沫 器。
图中（a）～（d）直 接安装在蒸发器顶部，（e ）～（g）安装在蒸发器外 部。
溶液的热稳定性：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时 间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器
有晶体析出的溶液：选用溶液流动速度大的蒸发器，以使晶体在 加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、 强制循环蒸发器
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第7章 蒸发
易发泡的溶液：泡沫的产生，不仅损失物料，而且污染蒸发器，应 选用溶液湍动程度剧烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强 制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。
➢去除杂质。
溶剂S
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其它溶液， 而工业上处理的溶液大多为水溶液，所以本章仅讨论水 溶液的蒸发。
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7.1.2 蒸发流程
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第7章 蒸发
蒸发流程的两个必要的组成部分：
➢加热溶液使溶剂汽化—蒸发器 ➢不断除去气化的蒸发溶剂—冷凝器
适于处理易结垢，有晶体析出的溶液
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第7章 蒸发
（3）外热式蒸发器 这种蒸发器将加热室与分
离室分开，采用较长的加热管。
优点： ✓ 降低了整个蒸发器的高度，
便于清洗和更换； ✓ 循环速度较高，使得对流传
蒸发浓缩与设备—循环式蒸发器(生物制药设备课件)
项目一 循环式蒸发器
2.外加热循环蒸发器工作过程
料液在加热室中加热后，沿加热管 上升，经除沫器除沫后进入分离室， 进行大量汽化。由于循环管内浓缩液 温度低，密度大，在重力作用下，沿 循环管下降再次进入加热室受热汽化， 形成蒸发循环运动，当浓度符合要求 后即可停止蒸发，从浓缩液出口放出。
项目一 循环式蒸发器
外加热式自然循环蒸发器适用于，蒸发过程中无结垢或结垢不 严重的浓缩场合，特别适用于低沸点溶剂的蒸发，和较低浓度、大 蒸发量物料的初步浓缩工序。
项目一 循环式蒸发器
任务二
中央循环蒸器
项目一 循环式蒸发器
一、蒸发浓缩基本知识
蒸发：发生在液体表面的汽化，是物质从液相转变为气 相的一种方式 液体上方所受的压力越高沸点越高，压力越低沸点越低。
项目一 循环式蒸发器
循环动力
由于中央循环管直径大，液体受热不均匀，因而密度大；加热管直径
小温度高，其中的料液受热汽化后密度减小，与中央循环管中的料液形成
密度差，在重力作用下产生循环流动，循环速度一般
。
0.4 0.5m s
性能和应用
加热管束直径小，表面积大，所以这种蒸发器的传热面积可达几百平方
米，传热系数可达 600 W/(m2 C) 。 3000W/(m 2 C)
项目一 循环式蒸发器
二、循环式蒸发器
1.中央循环蒸发器
中央循环管式蒸发器由加热室和汽液分离室 组成。在分离室顶部安装有除沫器，蒸发器的 下底采用封头密封，封头上设计有浓缩液出口 和冷凝液出口
在加热室内 直径较小的列管叫加热管，直径大 的称中央循环管，又叫降液管。降液管既是 循环流动的回流通道，又是原料液进入
由于环隙截面积大，在本蒸 发器中，料液循环速度可达
二十二种蒸发、结晶设备结构及工作原理图解
二十二种蒸发、结晶设备结构及工作原理图解一、中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器的结构其加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管，其截面积一般为加热管束总截面积的40~100%。
当加热介质通入管间加热时，由于加热管内单位体积液体的受热面积大于中央循环管内液体的受热面积，因此加热管内液体的相对密度小，从而造成加热管与中央循环管内液体之间的密度差，这种密度差使得溶液自中央循环管下降，再由加热管上升的自然循环流动。
溶液的循环速度取决于溶液产生的密度差以及管的长度，其密度差越大，管子越长，溶液的循环速度越大。
但这类蒸发器由于受总高度限制，加热管长度较短，一般为1~2m，直径为25~75mm，长径比为20~40。
性能特点：中央循环管蒸发器具有结构紧凑、制造方便、操作可靠等优点，故在工业上的应用十分广泛，有所谓“标准蒸发器”之称。
但实际上，由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/s以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液的沸点高、有效温度差减小。
此外，设备的清洗和检修也不够方便。
二、外热式蒸发器外热式蒸发器的结构特点是加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度。
因其加热管较长（管长与管径之比为50~100），同时由于循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大，可达1.5m/s。
三、升膜蒸发器升膜式蒸发器的加热室由一根或数根垂直长管组成，通常加热管直径为25~50mm，管长与管径之比为100~150。
原料液经预热后由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。
当溶液受热沸腾后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管内高速上升，带动液体沿管内壁成膜状向上流动，上升的液膜因受热而继续蒸发。
故溶液自蒸发器底部上升至顶部的过程中逐渐被蒸浓，浓溶液进入分离室与二次蒸汽分离后由分离器底部排出。
常压下加热管出口处的二次蒸汽速度不应小于10m/s，一般为20~50m/s，减压操作时，有时可达100~160m/s或更高。
蒸发设备的认知与操作—循环型(非膜式)蒸发器
中央循环管蒸发器的主要优点是结构简单、紧 凑，制造方便，操作可靠，投资费用少。缺点 是清理和检修麻烦，溶液循环速率较低，一般 仅在0.5 以下，传热系数小。它适用于黏度适 中、结垢不严重、有少量的结晶析出及腐蚀性 不大的场合。中央循环管式蒸发器在工业上的 应用较为广泛。
图16.2-1 中央循环管式蒸发器 1—外壳；2—加热室；3—中央循环管；4—蒸发室；5—除沫器
图16.2-2悬筐式蒸发器 1—加热室；2—分离室；3—除沫器 4—环形循环通道
ห้องสมุดไป่ตู้
中央循环管式蒸发器
中央循环管式蒸发器
中央循环管式蒸发器为最常见的蒸发器，其结构如图16.2-1所示。 它主要由加热室、蒸发室、中央循环管和除沫器组成。蒸发器的 加热器由垂直管束构成，管束中央有一根直径较大的管子，称为 中央循环管，其截面积一般为管束总截面积的40％～100％。当 加热蒸汽(介质)在管间冷凝放热时，由于加热管束内单位体积溶 液的受热面积远大于中央循环管内溶液的受热面积，因此，管束 中溶液的相对汽化率就大于中央循环管的汽化率，所以管束中的 气液混合物的密度远小于中央循环管内气液混合物的密度。这样 造成了混合液在管束中向上、在中央循环管向下的自然循环流动。 混合液的循环速率与密度差和管长有关。密度差越大，加热管越 长，循环速率越大。但这类蒸发器受总高限制，通常加热管为 1～2 ，直径为25～75 ，长径比为20～40。
图16.2-3外加热式蒸发器 1—加热室；2—蒸发室；3—循环管
悬筐式蒸发器
悬筐式蒸发器
其结构如图16.2-2所示，它的加热室像个篮筐，悬挂 在蒸发器壳体的下部，作用原理与中央循环管式相同， 加热蒸汽从蒸发器的上部进入加热管的管隙之间，溶 液仍然从管内通过，并经外壳的内壁与悬筐外壁之间 的环隙中循环，环隙截面积一般为加热管总面积的 100％～150％。这种蒸发器的优点是溶液循环速度比 中央循环管式要大（—般在1～1.5 m/s），而且，加 热器被液流所包围，热损失也比较小；此外，加热室 可以由上方取出，清洗和检修比较方便。缺点是结构 复杂，金属耗量大。它适用于容易结晶的溶液的蒸发， 这时可增设析盐器，以利于析出的晶体与溶液分离。
苹果汁浓缩过程中三效并流蒸发器的设计方案
苹果汁浓缩过程中三效并流蒸发器的设计方案1设计说明书在制作果汁中，待处理好原理后，需要将果汁进行浓缩。
现以每天72吨（按8h/天计）的流量将苹果汁固形物为12%的溶液浓缩到40%，原料液在第一效的沸点下加入，料液比热容为3.20kJ/kg -C ；各效蒸发器中溶液的平均密度分别为：1 = 1100kg/m3,笃=1250kg/m3, J = 1300kg/m3。
加热蒸汽绝压为500kPa，冷凝器的绝压为20kPa。
根据经验，取各效蒸发器的总传热系数分别为：K^1500W/ m2C ，K2=1000W/ m2C ，K3=600W/ m2C。
各效加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，各效传热面积相等，并忽略热损失，不考虑液柱静压对沸点的影响。
试设计一合适的三效并流蒸发系统满足生产要求。
2主要参数说明处理能力：每天72吨（按8h/天计）苹果汁。
设备型式：中央循环管式蒸发器操作条件：①将苹果汁固形物为12%的溶液浓缩到40%，原料液温度为第一效沸点温度，料液比热容为3.20kJ / kg C②加热蒸汽绝压为500kPa，冷凝器的绝压为20kPa。
③各效蒸发器中溶液的平均密度分别为：；-1100kg/m3，烏=1250kg / m3，L = 1300kg / m3，各效蒸发器的总传热系数分别为：K^1500W/ m2C ，K2=1000W/ m2C ，K3=600W/ m2C 。
④各效加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，各效传热面积相等，并忽略热损失，不考虑液柱静压对沸点的影响。
3 设计计算多效蒸发工艺计算的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。
计算的主要项目有：加热蒸汽的消耗量，各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。
计算的已知参数包括：料液的流量、温度和组成，加热蒸汽的压力和冷凝器中的压力等。
3.1 设计方案的确定随着工业技术的发展，蒸发设备的结构与形式亦不断改进和创新，其种类繁多，结构各异。
在工业中常用的间接加热蒸发器分别为循环型和单程型两大类。
蒸发浓缩工艺-展示版
优、缺点： ① 兼有并、逆流的优点； ②操作复杂；
适于： 料液粘度随浓度显著增加的场合。
溶液流向： 3→1→2 或2→3→1 蒸汽流向： 1→2→3
三 多效蒸发器
（二）多效蒸发的经济性及效数限制
1.加热蒸汽的经济性
效数
单效
双效
三效
四效
五效
（D/W）min 的理论值
辅助设备
蒸发器
加热室
分离室
除沫器（汽液分离器）
冷凝器
真空装置
蒸发设备
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器
蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，由加热室和分离室两部分组成。
冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和单程型(不循环)。
适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的 溶液。
（二）单程型(膜式)蒸发器
溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发； 整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。
蒸发浓缩设备
1.并流流程
又称为顺流加料加料流程，是工业上最常见的加料模式。
（一）多效蒸发流程
蒸汽流动方向： 1→2→3 溶液流动方向： 1→2→3
① 料液可自动流入下一效，无需泵输送； ②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽； ③传热推动力依次减小； ④ K依次减小；
并流多效蒸发
三 多效蒸发器
优、缺点： ① 料液需用泵送入下一效； ②传热推动力较为均匀；
适于： 料液粘度随浓度显著增加的场合。
溶液流向： 3→1→2 或2→3→1 蒸汽流向： 1→2→3
三 多效蒸发器
（二）多效蒸发的经济性及效数限制
1.加热蒸汽的经济性
效数
单效
双效
三效
四效
五效
（D/W）min 的理论值
辅助设备
蒸发器
加热室
分离室
除沫器（汽液分离器）
冷凝器
真空装置
蒸发设备
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器
蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，由加热室和分离室两部分组成。
冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和单程型(不循环)。
适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的 溶液。
（二）单程型(膜式)蒸发器
溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发； 整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。
蒸发浓缩设备
1.并流流程
又称为顺流加料加料流程，是工业上最常见的加料模式。
（一）多效蒸发流程
蒸汽流动方向： 1→2→3 溶液流动方向： 1→2→3
① 料液可自动流入下一效，无需泵输送； ②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽； ③传热推动力依次减小； ④ K依次减小；
并流多效蒸发
三 多效蒸发器
优、缺点： ① 料液需用泵送入下一效； ②传热推动力较为均匀；
大学化学《化工原理 蒸发》课件
pm p p p gL / 2
p：液面上的压强； L：加热管底部以上液层高； ρ：液体的平均密度。
§7.2 单效蒸发
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＝t( pp) t( p)
3. 管道流体阻力产生压降的影响
p < p′ 二次蒸汽饱和温度↓
⊿'''＝1℃ （三） 蒸发器的生产能力和生产强度
生产能力: 单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率 Q
（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；
（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。
（3）设备的清洗和维修也不够方便。 应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。
§7.4 蒸发设备
2. 悬筐式蒸发器（自然循环型）
优点：加热室可由顶部取出进行 清洗、检修或更换， 而且热损失也较小。
适用于易结晶或结垢溶液的蒸发
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二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，
操作费比单效蒸发小； 注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，
效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，
设备费比单效蒸发大。
效数越多，设备费增大的幅度越大。
§7.3 多效蒸发
§7.4 蒸发设备
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缺点：
❖液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求 加热蒸汽有较高的压力。
❖设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
4. 强制循环蒸发器
循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制, 一般在2.5m/s以上。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 能耗大。
§7.4 蒸发设备
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（二）单程型蒸发器
《化工原理》第5章 蒸发
1.真空蒸发装置
在真空蒸发装置中，除了蒸发器以 外，还应有冷凝器、真空泵等附属 设备。
2.真空蒸发的流程
图5-12为单效真空蒸发流程示意图。
1.蒸发器 2、4.分离器 3.混合冷凝器 5.缓冲罐 6.真空泵 7.真空贮存罐 图5-12 单效真空蒸发流程示意图
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第5章 蒸发
3.真空蒸发的优点 （1）真空蒸发的温度低，适用于处理在高温下易分解、聚 合、氧化或变性的热敏性物料。 （2）蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废汽，提高了热 能的利用率。 （3）在减压下溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增 3 加，所以对一定的传热量，可以相应减小蒸发器的传热面积。 （4）真空蒸发的操作温度低，可减少蒸发器的热损失。 4.真空蒸发的缺点 （1）在减压下，溶液的沸点降低，其粘度则随之增大，从 而导致蒸发器总传热系数的下降。 （2）需要有一套真空系统，并消耗一定的能量，以保持蒸 发室的真空度。
4
第5章 蒸发
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。换句话说，在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，所以当加热蒸汽 的压强一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液浓度越 高这种现象越显著。 (4)泡沫夹带：溶剂蒸气中夹带大量泡沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物 料，而且污染冷凝设备。 (5)能源利用：蒸发时产生大量溶剂蒸气，如何利用溶剂的汽化热，是蒸发操作中 要考虑的关键问题之一。
蒸发器-中央循环管式蒸发器
标准蒸发器
一、标准蒸发器的原理
标准蒸发器也称为中央循环管式蒸发器，是一个由直立的加热管束组成的列管式换热器，管束中心的直径较大的管子称为中央循环管。
是目前应用较为广泛的蒸发设备。
操作时，液体由中央循环管下降，而由加热管束上升做循环流动。
蒸发的二次蒸汽和完成液分别从蒸发器顶部和底部排出。
循环管的截面积一般为管束总面积的40%-100%，管束直径25-75mm，管长与管径比20-40.溶液的循环速度在0.5m/s。
二、标准蒸发器的特点
1、标准蒸发器的优点
结构简单、制造方便、操作可靠、投资费用较小。
2、标准蒸发器的缺点
溶液的循环速度较低、传热系数较低、清洗和维修不够方便。
三、标准蒸发器的应用
中央循环管式蒸发器只适用于蒸发结垢不严重，只有少量结晶析出和腐蚀性小的料液。