在醫(yī)藥、化工、輕工和食品等工業(yè)中,常常需要將含有固體溶質(zhì)的溶液進行濃縮,以獲得固體產(chǎn)品或制取溶劑,工業(yè)上常用的濃縮方法一般是將稀溶液加熱沸騰,使部分溶劑汽化并不斷移除,從而提高溶液中溶質(zhì)的濃度,這種過程稱為蒸發(fā).蒸發(fā)操作的任務就是將不揮發(fā)性的溶質(zhì)和揮發(fā)性的溶劑進行分離.
蒸發(fā)器主要由加熱室及分離室組成,下部是加熱室,上部為分離室,加熱室是由許多換熱管構(gòu)成的換熱器,管間通入蒸汽作為加熱熱源,管內(nèi)為溶液的逗留空間,分離室用來進行氣液分離.稀硝酸按溶液(稱為料液)經(jīng)預熱器預熱后加人蒸發(fā)器,在加熱室的換熱管內(nèi)受熱沸騰汽化,經(jīng)濃縮后的硝酸按溶液(稱為完成液),從蒸發(fā)器的底部排出,汽化產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)氣液分離后送往冷凝器,冷凝而除去.
蒸發(fā)操作主要采用飽和水蒸氣加熱,而被蒸發(fā)的物料大多是水溶液,故蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸汽也是水蒸氣.為了區(qū)別,前者稱為加熱蒸汽(如果來自鍋爐,又稱生蒸汽),后者稱為二次蒸汽.在操作中一般用冷凝的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(fā)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(fā).若將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽,以利用其冷凝熱,這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā).
蒸發(fā)操作可以在常壓、加壓或減壓下進行.常壓蒸發(fā)可用敞口設備,使二次蒸汽排人大氣中.真空蒸發(fā)時溶液側(cè)的操作壓強低于大氣壓強,要依靠真空泵抽出不凝氣體并維持系統(tǒng)的真空度.加壓蒸發(fā)在加壓下進行,因而溶液的沸點升高.產(chǎn)生的二次蒸汽的溫度也高,就有可能利用二次蒸汽作為其他設備的加熱劑.
由上所述,蒸發(fā)過程的實質(zhì)是傳熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過程,因此,蒸發(fā)器也是一種換熱器.但蒸發(fā)過程又具有不同于一般傳熱過程的特殊性.
?、偃芤褐泻胁粨]發(fā)性溶質(zhì),故其蒸氣壓較同溫度下溶劑(其純水)的低,換言之,在相同的壓強下,溶液的沸點高于純水的沸點.相同條件下,蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)發(fā)純?nèi)軇┑膫鳠釡夭钚?溶液濃度越高這種現(xiàn)象越顯著.因此,溶液的沸點升高是蒸發(fā)操作必須考慮的重要問題.
?、诠I(yè)規(guī)模下,溶劑的蒸發(fā)量往往是很大的,需要耗用大量的加熱蒸汽,同時產(chǎn)生大量的二次蒸汽,如何利用二次蒸汽的潛熱,是蒸發(fā)操作中要考慮的關鍵問題.
?、廴芤旱奶厥庑詻Q定了蒸發(fā)器的特殊結(jié)構(gòu),例如,某些溶液在蒸發(fā)時可能結(jié)垢或析出結(jié)晶,在蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設計上應設法防止或減少垢層的生成,并應使加熱面易于清洗.有些物料具有熱敏性,有些則具有較大的粘度或具有較強的腐蝕性等,需要根據(jù)物料的這些特性,設計或選擇適宜結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器.
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