盐化工工艺学-第八章.ppt

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1、授课对象：2009级化工本授课教师：黄 美 英总 学 时：48,盐化工工艺学,课时：12学时要求：了解各种设备的结构功能，掌握典型设备 的有关计算和选型。,沉降：空气中的尘粒受重力作用逐渐降落到地面，从空气中分离出来的现象。沉降分离设备：利用重力作用分离固液混合物的设备。分离后的底流含有高浓度的固体，在溢流中则基本上为清液。重力分离的必要前提是固体颗粒和悬浮液之间必须有密度差。分类：根据分离要求不同，分成浓缩，澄清、分级等。,机械连续沉降器的结构及工作原理,降液筒,位于沉降器中央，上端开口位于器顶，下端开口位于沉降器中部的圆直筒。悬浮液流向：悬浮液以切线方向流入降液筒，沿筒壁流下。降液筒直径约

2、为沉降器的1/10：一方面，避免使刚进入的悬浮液与已澄清的上层清液想混，另一方面，起到缓冲悬浮液和保证悬浮液在沉降器内有充分的停留时间。降液筒的直径过小，料液下降速度快，容易将沉降器底部已经沉降的料浆冲混，太大会过多占用沉降器的容积，降低设备生产能力。降液筒的高度要适中：开口位于沉降层内。短了悬浮液容易短路，不能保证悬浮液的停留时间，影响澄清液高度；长了，容易使底部积压料浆被浊混。,溢流圈,沉降器上部的水平环形槽，均匀收集澄清液。要求：必须水平，确保澄清液上升后均匀地向四周溢流，否则容易造成偏流，局部上升速度过大，导致悬浮液沉降不清，影响沉降效果。其大小和深度要适中，避免沉淀堆积、结晶析出或泡

3、沫淤积造成损失。,集渣耙,中心转动，由悬吊轴带动旋转，耙臂上均匀分布有耙齿。集渣耙要有足够强度，耙齿分布均匀，有一定角度，避免死角。集渣耙转动速度要适中，3-10r/min，太快会搅起固体，太慢，则不能及时将沉淀收集到耙底造成堆积固相物料。,耙集器体,一般由钢板或石、水泥建成。直径和高度是决定沉降过程的主要因素。一般高度为1520min。确保存储足够的澄清液。,耙集沉降器特点：连续生产，动力消耗少，操作简单，投资少，沉降效果差点，但能满足大规模生产。,连续沉降器的主要参数的确定,对沉降设备要求：1、根据经典沉降理论，要达到分离目的，沉降器中澄清液上升速度u0必须小于固体颗粒的沉降速度u0，否则

4、颗粒会被清液带走，出现沉降不清；2、保证固体颗粒有一定停留时间，否则料浆不能达到工艺要求的液固比，造成夹带清液量大。,设备参数的确定必须利用物料的沉降实验数据或生产实践的经验数据进行设计沉降器。由于处理的物料性质和生产工艺的差别，有些数据还必须由现场测定如：颗粒的沉降速度：u0悬浮液增浓时间：t渣浆压缩到工艺要求的固液比所需时间：t2,1、沉降器沉降面积的计算,(1)当液相无损失时:(2)当固相无损失时:,安全系数取1.33，则设计时截面积为：,沉降器的直径,简略计算，截面积可按下列公式计算,V悬浮液量m3/s,2、沉降器高度H的计算,沉降器存在三个区：清液区、悬浮液区和压缩区；则沉降器高度由

5、这三部分组成：H=清液层高度H1+悬浮液层高度H2+压缩区高度H3,清液层高度H1,0.50.75m，最高不超过1m。太高会造成耙子转动轴过长，过粗和设备基础过大。,悬浮液层高度H2：,以1kg固相为基准，设固相密度为，液相密度为L，含1kg固相的悬浮液的清夜量为Gkg。则悬浮液体积为,每小时处理固相为Mkg，则每小时处理的悬浮液体积为,t1为增浓时间。实际增浓时间为实验数据的4倍，因为沉降器中颗粒相对沉降速度为：,经验计算方法：,综合考虑，通常悬浮液层高度一般取0.751m。,压缩区高度H3：,设压缩时间为t2，,渣浆层的平均密度：盐浆层上层密度：盐浆层下层密度：,以1kg固相为基准，得,：

6、每1kg固相所占有的压缩区体积，m3,：每秒钟所处理的固相量，kg/s。,沉降器生产能力：,沉降时间，h；沉降速度，m/h；沉降效率，6570%,斜板沉降器,沉降器生产能力只与设备的截面积和悬浮粒子的沉降速度有关，因此增大沉降面积是增大沉降器生产能力的重要环节。在一定容积沉降器内安装若干平行的或同心圆斜板，倾斜角度为60，板间距为100mm，将悬浮液沉降分隔为若干阶梯，每个斜板间构成一个沉降单元斜板沉降器,斜板沉降器面积：,悬浮液处理量(m3/s)：清液上升速度(m/s)：斜板效率，(60%)斜板倾斜角度，(60)斜板面积(m2),斜板沉降器特点：体积小，占地少沉降效率高，但制造加工复杂，缓冲

7、能力差。主要应用于悬浮液的液固比较小，且沉淀比较疏松的情形。,旋液分离器（旋流器）,由于离心力比重力大很多，因此利用离心沉降作用分离悬浮液可大大提高沉降速度，提高设备生产能力旋液分离器或水力旋流器。,旋流器特点：优点：构造简单，无转动部件，设备费用低，占地面积小，处理能力大，应用范围广；缺点：阻力损失大，泵动力消耗大，器壁磨损大，进料和压力的变化容易影响分离性能。,盐浆出口底流,溢流口,进口,进口,溢流口,盐浆出口底流,表8-6 旋流器的操作性能,单位时间的生产能力:,旋流器筒体直径(m)入口直径(m)：溢流管直径(m)：压力损耗，压力降常数,当满足下列关系时，对分离最有利。,概 述,离心机是

8、离心设备的主体，利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。常用来从悬浮液中分离出颗粒，也可以从乳浊液中分离出重液和轻液。工作原理：离心机在高速旋转时，产生离心力场，被分离的固液料浆进入离心机内时，在离心力的作用下，由于固液的密度、颗粒大小、液体黏度的不同，所受的离心力不同，从而实现分离。,离心力大小：,旋转物的重量(N)旋转半径(m)：重力加速度(m2/s)：旋转圆周速度(m/s)离心分离系数转速(r/min),将 带入离心力公式，则有：,令,是离心机的重要特性参数，是衡量离心分离操作强度的定量指标，其在数量上等于重1N的物体旋转时所产生的离心力。，F，越有利于固液分离。n，r，。其中增大转速

9、比增大转鼓直径更为有效。,根据分离系数大小，可将离心机分为：,常速离心机：3000转；高速离心机：=300050000转；超高速离心机：50000转最新式的离心机：达500000转,离心机的结构和操作,三足式离心机,上悬式离心机,卧式刮刀离心机,卧式离心力卸料式离心机,卧式推料活塞离心机,离心机种类,RH-500N离心机工作原理图,RH-500N（WH2-500卧式双级活塞推料）离心机技术参数,转鼓内径：410/500mm；过滤区长度：180/180mm最大装料重：转鼓转速：1585r/mim最大转鼓转速：2000r/mim分离因数：=700；推料行程：500mm推料次数：5070次/min生

10、产能力：1518t/h,RH-500N离心机组成,卧式活塞推料离心机的特点优点：进料、分离、洗涤、卸料自动、连续，运转平稳，分离因素高，生产能力大，产量高，洗涤效果好，滤饼含湿量低，母液含固量少，功率消耗低均匀，适合分离含固相物粒度大于0.08mm，浓度大于40%的悬浮液。缺点：对悬浮液的浓度较敏感，料浆太稀，滤饼来不及生成便直接排除转鼓，并冲走已形成的滤饼，易使滤渣分布不均匀造成振动。,过滤：利用能让液体通过，而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中的固、液得到分离的操作。常见的过滤设备通常以压力差为推动力的过滤机。,为便于区别，常在板、框外侧铸有小钮或其它标志，通常，过滤板为一钮，

11、框为二钮，洗涤板为三钮，装合时即按钮数，1 2 3 2 1 2,一个循环操作：装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。,压滤机板框材质：铸铁、碳钢、不锈钢、铝、塑料、木材等。,操作条件压力：0.30.5MPa；框厚度：2550mm；框边长：3201000；框数量：几块到50块以上。,特 点优点：结构简单，过滤面积大，占地少，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，所得滤饼含水少，能充分地洗涤。缺点：间歇操作，劳动量大，劳动强度高。适合中小规模生产或特殊 要求的场合。,叶滤机是由许多不同宽度的长方形滤叶装合而成。滤叶由金属丝网制造，内部具有空间，外罩滤布。,一个循环操作：过滤、洗涤、卸渣、整理、重装五个

12、阶段。,特 点优点：过滤推动力大，单位地面所容纳的过滤面积大，滤饼洗涤较充分，生产能力较压滤机大，机械化程度较高，劳动强度小，密闭过滤，操作环境好。缺点：间歇操作，结构复杂，造价高等。,转筒式过滤机是盐化工生产中应用最广泛的一种连续操作的真空过滤机。,主要部件转筒，外蒙滤布，长径比约为1/22，过滤面积为全面积的3040%，转速0.13r/min。滤饼厚度4060mm,一个循环操作：过滤区、洗涤区、吹松区，刮渣区,特 点优点：操作连续，自动，适合大规模处理固体物含量很大的悬浮液。缺点：转筒体积庞大，过滤面积相对较小，真空吸滤推动力不大，悬浮液温度不能 太高，洗涤不够充分。,操作周期：包括过滤、

13、洗涤、卸渣、整理和重装是在整个过滤机内分阶段进行的。,一个操作周期：过 滤 时 间：洗 涤 时 间：卸渣和重装时间：,过滤时间：采用恒压过滤方程式计算。,洗涤时间：取决于洗水用量和洗涤速率，又与洗涤方式有关。置换洗法：洗水所走路线与滤液所走路线完全一致，所穿过的滤饼厚度等于过滤终了时滤液所穿过的厚度，洗涤速率与最终过滤速率相等。横穿洗法：洗水所穿过的滤饼厚度两倍于过滤终了时滤液所通过的厚度，洗水的流通截面积只有滤液流通截面积的一半，洗涤速率只有最终过滤速度的1/4。,拆装时间：视实际情况而定，与过滤速率无关。,最佳过滤周期：拆卸、整理与重装所占时间是固定的，与产量无关。而过滤洗涤所占时间与产量

14、有关，产量越大时间越长。一个操作循环中，过滤时间短，形成的滤饼薄，过滤的平均速率大，但是其他固定操作时间所占比例大；反之，过滤时间加长，滤饼厚，过滤平均速率小，但其他操作时间所占比例小。一个循环中过滤所占的时间应存在一最佳值。使生产能力（单位时间的滤液体积或滤渣体积）最大。,忽略滤布阻力，每一周期单位过滤面积的滤液量与过滤时间的关系为；,过滤速度表示为；,洗涤速率为最终过滤速率的 倍(置换法1，横穿洗法1/4)因此洗涤速率表达式为：,最终滤液量；取得最终滤液量所需过滤时间。,(1)积分得；,带入(2)式得；,滤液越多，滤饼越厚，洗水越多，则洗水量与滤液量成正比。,则洗涤时间为：,每一周期中，单

15、位面积上滤出单位体积滤液所需的平均时间为：,求 的最小值，令：则得：,结论：最佳时间为过滤和洗涤时间之和等于拆装重整时间。即达到一定产量所需的总时数最少。,例题,在实验装置中，过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为3kgf/cm2（表压），求得过滤常数如下：K=510-5m2/s，qe=0.01m3/m2。又测出滤渣体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3。现在要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力与所用滤布与实验时相同，压力机型号为BMY33810-45。机械工业部标准TH39-62规定：B代表板框式，H代表明流，Y代表采用液压压紧装置。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共2

16、6个框，过滤面积33m2，框内总容量为0.76m3,。试计算：（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液1/10的清水进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后，卸渣、清理、重装等共需40min，求每台压滤机的生产能力，以每小时平均可得多少TiO2滤渣计。,解：该压滤机的过滤面积与总框内容量已列出，现核算如下：过滤面积=框长框宽框数2=0.81 0.81262=34m2框内总容积=框长框宽框厚框数=0.80.81260.045=0.767m3计算值略大于标准中列出之值，是由于此计算中未考虑到框上悬浮液通道与流水通道所占位置，后面的计算以标准中所列数值为依据。,（1）过滤

17、时间,框内全部充满滤渣时送出的滤液量为：,框内总容量,单位面积的滤液量为：,恒压过滤方程：,将qF=0.288带入恒压过滤方程：,（2）洗涤时间,恒压过滤方程的微分形式为：,将qF=0.288带入上方程，得最终过滤速度：,横穿洗法，洗涤速率为最终过滤速度的1/4,洗涤时间：,（3）生产能力,操作周期：,过滤洗涤时间之和大于拆装时间，不是最佳操作周期。主要是由于滤饼太厚，造成过滤洗涤时间太长。试求每周期最适宜的滤液量和滤饼厚度达到最大生产能力,解：将洗涤时间用过滤时间表示,根据最佳周期的特点有：,将 带入恒压过滤方程，可求得最佳过滤周期内单位过滤面积的滤液量,单位过滤面积上所积聚的滤饼体积为：,

18、由于每框两侧都有滤布，因此框内滤饼厚度应为计算值的两倍,即为最适宜滤框厚度。,框的长、宽、数量不变，总过滤面积不变，生产能力计算：,操作周期：连续过滤是过滤、洗涤、卸渣等操作是在过滤机内分区域同时进行的，任何时候都在过滤，过滤面积只有属于过滤区的那部分才有滤液通过。其操作周期就是旋转一周所经历的时间。,设转筒的转速为每分钟n转，则每个操作周期为：,转筒任何一部分表面在一个操作周期中浸入悬浮液内所经历的时间，即为每个周期中的过滤时间：,备注：将连续过滤机整个周期都进行过滤，但只有部分面积进行过滤，或者转换为全部面积进行过滤，只有部分时间进行过滤,转筒过滤机生产能力：忽略滤布阻力,以每小时滤液量计

19、，转筒过滤机的生产能力为：,提高转速和浸没分数均可提高生产能力。但是都有限制：转速过大，每一操作周期中的过滤时间缩短，形成的滤饼太薄，不容易从转筒表面取下；浸没分数提高，则洗涤、吸干、吹松区域分数减小，将造成操作困难。,例题：上式中的悬浮液，拟改用转筒式真空过滤机进行过滤，过滤机型号为GP20-2.6.根据机械工业部标准TH40-62的规定，G代表外滤面真空转筒过滤机，P代表普通用途。从产品样本中查得的操作参数如下：转筒直径2.6m，宽度2.6m，过滤面积20m2，转速范围为0.130.8r/min，浸入角度为90133。生产中拟采用0.13r/min，浸入角度为130。操作真空度为0.7kg

20、f/cm2，设滤渣的压缩性指数s=0.3，又滤布阻力在压力改变时不变化，试求生产能力（以每小时送出滤渣体积计）？,解：核算过滤面积：A=直径高度=2.62.6=21.2m2 计算值略大于标准中列出之值，为安全计，采用标准上规定的值（1）计算过滤常数 前面的例题中所列出的过滤常数只适用于3kgf/cm2的过滤压力，现在的过滤压力为0.7kgf/cm2，所以要进行修正。由于在过滤原理中K与p1-s成正比，故在本题下：K=510-5(0.7/3)1-0.3=1.8110-5m2/s 若滤布阻力不因压力而变，则其相当的绿叶两qe也不变，则过滤方程为：q2+0.02q=1.8110-5,（2）生产能力计

21、算,根据规定的操作条件可计算出,即每转一周单位转鼓表面积的滤液量为0.0457m3/m2,每小时的滤液量生产能力为,滤液,每小时的滤渣量生产能力为,滤液,滤饼厚度：,滤饼较薄，本已采用最小转速，因此主要是由于悬浮液中固体颗粒含量低，采用转筒真空过滤机滤饼太薄，采用压滤机更为合适。,转筒真空过滤机与压滤机的比较,蒸发：使用加热的方法，在沸腾状态下，使溶液中的水分或其它具有挥发性的溶剂部分汽化移出，从而使溶液被浓缩相应的设备叫蒸发器。,蒸发目的：提高溶质的浓度；浓缩溶液和回收溶剂；制备纯的溶剂。,蒸发分类：加压蒸发、常压蒸发、减压蒸发。,减压蒸发真空蒸发优点：减压下溶液沸点低，可使蒸发的传热动力增

22、大，节省蒸发器传热面积；蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废热利用，有利于实现多效蒸发；适用于处理热敏性溶液。缺点：操作温度低，料液的黏度增大，导致总传热系数下降；需要有造成负压的装置，并消耗一定的能量。,蒸发设备：目前我国使用的蒸发设备30余种。国内外对蒸发设备的研究倾向：1、大型化传热性能研究，增大传热系数和传热面积。2、最佳化多效蒸发，效数、温度差、浓度比、年经营费用、总传热面积。3、减小蒸发器的结垢；4、改进和创新结构。,常用蒸发设备：标准蒸发器、强制外循环蒸发器、列文式蒸发器、悬框式蒸发器、浸没式燃烧蒸发器、膜式蒸发器。,标准蒸发器,管长：0.82.5m，管径：2575mm长径比为：2

23、040,中央循环管：截面积大约为加热管束流通截面积的35100%,高度约为加热管长的1.52倍,特 点优点：结构简单，传热效果好，操作稳定可靠，料液在罐内循环时，流动阻力小，动力消耗较少，投资省。缺点：料液循环速度低，热效率低，相应黏度大，不适合易结垢的料液，清洗和检修麻烦，花板加工难度大，不易大型化。,强制外循环蒸发器,特 点优点：料液循环速度大，传热效率高，清洗和拆换方便，加热管长达12m，加热室直径小，管板易加工，操作稳定，过热温度低，温度损失小，蒸汽的热经济程度好，有利于采用多效蒸发。缺点：流体阻力较大，流速高，动力消耗大，机械磨损较严重，需采用较好的材质,依靠循环泵来实现料液循环。,

24、列文式蒸发器,依靠料液重度差来推动料液循环。,结构特点一：在加热室上部增设直管作为沸腾室。之二：沸腾段内料液为气液混合物，重度小于循环管一侧的重度，则推动料液在罐内循环，沸腾段液柱高度可以使料液产生足够的运动压头。之三：循环管在加热室外，料液循环速度较大。,特 点优点：依靠料液本身的重度差作为循环动力，结构简单，动力消耗少，流动畅通，颗粒磨损小，循环速度高，可避免在加热管中析出晶体，能减轻加热管的结垢，传热效率好，适合有结晶析出的溶液。缺点：设备庞大，消耗金属材料多，需要的厂房高大，由于液体静压液柱高，引起的温度损失较大，要求加热蒸汽压力较高，传热温差大，不利于实现多效蒸发，受蒸汽压力影响大，

25、操作不够稳定。,特 点优点：循环速度高，不需要动力消耗，蒸发室外壳接触的是温度较低的料液，静压小，液面波动小，热损失和温度损失小，加热室可以从蒸发室上部取出，便于检修和更换。缺点：结构比较复杂，单位传热面积的材料消耗多，投资大，加工难度大很少用。,悬框式蒸发器,浸没式燃烧蒸发器,将燃料与空气混合燃烧，将产生的高温烟气直接喷入被蒸发的溶液中，蒸发溶液中的水分。气液两相温差很大，喷气时产生剧烈的搅动，使溶液迅速沸腾汽化。水分和烟气一起从蒸发罐的顶部排出。再回收利用。燃烧室在溶液中浸没深度为200600mm，温度可达12001600。对烧嘴材质要求高，结构上要求便于更换。,膜式蒸发器,溶液在蒸发器中

26、只通过加热室（在管壁上呈膜状流动）一次，不做循环流动即为浓缩液排出称单程型蒸发器或液膜式蒸发器。根据物料在蒸发器中流向不同，单程型蒸发器可分为升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、升降膜式蒸发器。,升膜式蒸发器：加热室由许多垂直长管组成，直径约2550mm，长径比为100150。要求上升的蒸汽有一定的速度（常压下2050m/s，减压下，速度更高），否则不能有效的成膜，不适合较浓溶液、粘度大，易结晶或结垢物料的蒸发。,降膜式蒸发器：可以蒸发浓度较高的溶液，对于黏度较大的物料也适用，但液膜在管内分布不易均匀，传热系数比升膜式蒸发器的小。,升-降膜式蒸发器：用于蒸发过程中溶液粘度变化很大，溶液中水分蒸发量不大

27、，厂房高度有一定限制的场合。,4,单程蒸发器的优点：溶液在蒸发器中停留时间很短，适合于热敏性物料的蒸发；整个溶液的浓度不像循环型那样总接近于完成液的浓度，因而温度差损失相对较小；膜状流动，液柱静压头引起的温差损失可忽略不计；缺点：对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时，不易成膜；对流传热系数明显下降；不适用于易结晶和结垢物料的蒸发。,1、满足生产工艺要求、保证产品质量结垢：易结垢，采用强制外循环或列文蒸发器；黏度：黏度大不易采用自然循环型蒸发器；热敏性：采用膜式蒸发器或低温蒸发器；有无结晶析出：有晶体析出，则不易采用膜式蒸发器；发泡性：易发泡，则采用升膜式、强制外循环或列文式蒸发器；腐

28、蚀性：加热管必须进行防腐，玻璃、不透性石墨和合金材料。,蒸发器选型,2、工程技术要求：处理量，蒸发量、料液进出口温度和浓度，安装现场的面积和高度、设备投资限额、生产方式（间歇或连续）等。3、公用系统情况 热源、蒸汽供应量及压力、能够利用的冷却水量、水质和温度。4、生产能力较大，构造简单，操作维修方便5、经济性好，包括设备造价、操作费用等。,蒸发器各部件及计算,蒸发室作用：供被加热卤水沸腾蒸发；将蒸发产生的二次蒸汽与其中夹带的泡沫分离，以获得较纯净的二次蒸汽，减少卤水损失、冷凝水污染和加热室腐蚀；储存料液保证卤水的循环和蒸发；将析出的盐沉积于蒸发室下部，既是蒸发室，又是结晶器；收集二次蒸汽，为下

29、一循环储存热量。,蒸发室的直径和高度容积蒸发强度和操作液面的控制高度。容积蒸发强度可看着是二次蒸汽在蒸发室停留时间的倒数，即单位时间内通过蒸发室单位截面的二次蒸汽量m3/(m2s)即蒸汽的截面流速。通常可取0.81.3 m3/(m2s)，四效蒸发，各效容积蒸发强度可分别取：0.8、0.9、1.05、1.3.,VK蒸发室蒸发空间，m3W蒸发水量，kg/h二次蒸汽比容，m3/kgR容积蒸发强度，m3/(m2s)。,蒸发室直径受加热室布管限制，通常是确定了的，其总高度H为：,h/料液的进料高度，mh蒸发空间高度，mPn过热温升加二次蒸汽温度 得到的温度所对应的压强，PaP二次蒸汽 二次蒸汽压强，Pa

30、料液的密度，kg/m3。,外加热蒸发器，直径的计算如下：,W 二次蒸汽量，kg/h二次蒸汽比容，m3/kgv二次蒸汽的断面流速，m/s。,外加热蒸发器，蒸发室高度：,考虑到料液的沸腾性、操作液面的波动，通常蒸发室蒸发空间高度不低于34m。,加热室 由壳体、管板、加热管组成。蒸汽由壳体上部或中部引入加热室管间，冷凝水由下部排出，管内为被加热物料。加热管的规格：382、452.5、573.5，管长1.52m；外加热蒸发罐管长67m，管间距为管外径的1.251.35倍。各部分材质尽可能相同，避免电化学腐蚀。,加热面积的计算,A 加热室传热面积，m2Q传热速率，J/sK传热系数，W/(m2K)tm传热

31、的有效温差，,f加热室料液的总流通面积，m2；m通过加热室的混合料液的密度，kg/m3；蒸发器循环液的密度，kg/m3；u加热管内料液的流速（循环速度），m/s；C蒸发罐内循环料液的定压热容，kJ/kg；G0 每小时进罐物料量，kg/hr；t0 进罐无聊的温度，；C0进罐物料的定压热容，kJ/kg；Cm混合物料的定压热容，kJ/kg；Q加热室的传热速率，kJ/hr。,每小时通过加热室的物料量,对加热室做热衡算(不考虑热损失),对进料口附近循环管作物料衡算，见图：,循环料液量：,对进料口处作热衡算：,整理得：,蒸发器内循环料液量远比进料量大得多，可认为：,整理消去t1：,由：,加热管的直径和长度

32、的计算,n 管根数d加热管直径，mL加热管长度，m,DJ加热室外壳内径，ma管子中心距，mb最外层的六角形对角线上的管字数。管子排列方式为正三角形排列时：d0加热管外径，m。,沸腾段、循环泵、循环管见P262-263,循环管：标准蒸发器中央循环管截面积为加热管总截面积的50%100%；外加热式蒸发器下循环管截面积为加热管总截面积的150%；上循环管面积为加热管总截面积的100120%；,HF沸腾段高度，mPV料液由于过热产生的蒸汽压增量，Paf沸腾段料液的平均密度，kg/m3,F2循环管横截面积，m2DS循环管直径，m,循环泵：流量决定于加热管纵横切面积与料液在管内的流速。,Q流量，m3/hn

33、加热管根数管内流速，m/sd加热管内径，m。,循环泵功率,H扬程m，2.53mQ流量，m3/h密度，kg/m3效率，6070%,结晶是盐类生产的重要步骤，是固体纯化的重要方法。结晶方法：将溶液蒸发达到过饱和而结晶，用于溶解度随温度变化不大的物质，如氯化钠、碳酸钾；使溶液冷却达到过饱和而结晶，用于溶解度随温度下降而显著减小的物质，如硝酸钾，硝酸钠、硼砂等。,结晶器的形式：冷却结晶器，奥斯陆结晶器，真空结晶器，DTB式结晶器，及JM结晶器。,间接换热冷却结晶器：使用最广泛。冷却过程由夹套换热或者外换热器传递来实现。外换热器可强化结晶器内均匀混合和传热，便于提高换热面积，但必须选用合适的循环泵，避免

34、悬浮颗粒晶体的磨损和破碎，可连续和间歇操作。缺点：冷却表面易结垢及结垢会导致换热效率下降。,直接冷却结晶器：克服了间接冷却结晶器的缺点。原理：依靠结晶母液与冷却介质直接混合制冷。常用冷却介质为碳氢化合物的惰性液体，如乙烯、氟氯昂，借助惰性液体的蒸发汽化直接制冷。要求：要求结晶产品不存在冷却介质污染以及结晶母液中溶剂和冷却介质不互溶，或互溶但易于分离。,原理：依靠蒸发出去一部分溶剂，而使母液达到过饱和状态，从而结晶析出。蒸发方式：常压、加压、减压。设备：斯文森(Swenson)式结晶器、奥斯陆(Oslo)式结晶器、DTB真空结晶器、JM型结晶器。,斯文森(Swenson)结晶器：属于强制外循环式

35、结晶器由结晶室、循环管、循环泵组成，配有蒸汽冷凝器。,特点连续生产，生产量大；产品平均粒度较小，粒度分布较宽。粒度在0.10.84mm范围内。,奥斯陆(Oslo)结晶器奥斯陆流化床真空结晶器。属于外循环式结晶器正循环。由结晶室、循环管、循环泵组成，配有蒸汽冷凝器。蒸发室和育晶室分开。,特 点过饱和度产生的区域与晶体生长区分别置于结晶器的两处，晶体在循环母液中硫化悬浮，为晶体的生长提供了良好的条件，能够产生出粒度较大而均匀的晶体。缺点：需采用性能优良的循环泵，避免晶粒被循环泵打碎成为二次晶核，从而产生太多细晶。,DBT及JM结晶器是美国Swenson公司开发出的带有导流筒及挡板的具有搅拌桨的真空

36、结晶器(Draft Tube&Baffled Type)晶浆内循环结晶器,优点：传热效率高；循环管哈导流筒降低了结晶体与母液的相对速度，更适宜于晶体的成长；液面波动稳定，防止了大量小晶核的形成；料液闪发时间长，温度损失小，在罐壁结垢少。,结晶收率,简单的冷却或蒸发结晶过程的结晶收率可根据溶解度相图数据计算,C1、C2初始溶液浓度及最终溶液浓度，kg无溶剂盐/kg溶剂；V蒸发出的溶剂，kg溶剂/kg初始溶剂；R相对于无溶剂盐的溶剂化合物分子量比例：Y结晶收率，kg；W初始溶剂的质量，kg。,对于真空绝热冷却结晶，蒸发出的溶剂V计算如下：,溶剂蒸发潜热，J/kg；q产品的结晶潜热，J/kg；t1溶

37、液初始温度，；t2溶液终止温度，；CP溶液的比热容，J/kg,解：,例题：某溶液中含5000kg水和1000kg硫酸钠（分子量=142）。使此溶液冷却到10。在此温度下溶液的溶解度是9.0kg无水盐/100kg水，而结晶出来的盐是含十个水分子结晶水的水合盐（十水硫酸钠分子量为322）。假设在冷却过程中有2%的水蒸发，计算结晶产率。,原理：要求操作温度下的饱和蒸汽压与该温度下溶液的总蒸汽分压相等。真空结晶器没有加热器或冷却面，使料液升温或预热都在不饱和状态下进行，避免了在复杂的表面换热器上析出结晶，延长了换热器的使用周期，防止了因结垢降低换热效率等，溶液在接近饱和后，离开列管加热器，进入结晶器，

38、真空蒸发，闪蒸效应，瞬间将蒸汽抽走，随后开始降温，达到稳定状态后，溶液的温度和饱和蒸汽压相平衡。因此真空蒸发既有蒸发效应，又有制冷效应，同时起到了移去溶剂与冷却溶液的作用，溶液变化沿浓缩和冷却两个方向进行。,结构特点：1、自然循环，靠料液的温度差引起的重度差产生自然循环。2、无传热面，不产生结垢现象，传热效果好，生产能力大，物料在过程中机械损失小；3、物料流道大，晶体颗粒磨损小，可得到较好的晶形。4、具有蒸发效应和冷却效应，产品取得率高。5、受气温影响较小，生产稳定。6、设备造价高，操作简单。7、要求真空度较高时，需添加蒸汽喷射泵，蒸汽消耗量较大，操作费用较高。,操作条件与结晶过程的物料和热量

39、衡算：P292-293自学,蒸发室的直径和高度、循环管径，进料口位置：P293-295自学,原理：利用热能出去固体物料中湿分(水或其它溶剂)的操作。本质：使被除去的湿分从固相转移到气相中，固相为被干燥的物料，气相为干燥介质(通常有热空气、烟道气或惰性气体)。操作方式：连续和间歇结构形式：箱式、逆道式、转筒式、气流式、圆筒式。目前盐化工常使用的干燥器主要有：转筒式干燥器、气流式干燥器、固定沸腾床干燥器、振动干燥器等。,组成：圆筒、支架、驱驱动齿轮、及加热器或燃烧器。常用于颗粒、块状物料干燥。常见类型为直接加热干燥器、间接加热干燥器、直接加热回转干燥器。,优点：机械化程度高，生产能力大，流体阻力小

40、，操作控制方便。缺点：设备笨重，材料耗量多，热效率低、结构复杂、占地面积大，传动部件维修量大。,结构尺寸；长径比410，滚筒的圆周速度0.40.6m/s，物料在滚筒内的行进速度0.010.08m/s，装料量约为干燥器容积的813%。,原理：将细粉或颗粒状的湿物料用热空气将其分散在气流中，和热气流做并流流动，并被输送，在输送过程中，物料与干燥介质之间进行传热传质。,优点：传热传质效率高；物料临界湿含量低；干燥设备小、结构简单，处理能力大，设备投资费用低，热损失小，占地面积小。缺点：系统阻力大，动力消耗大，对物料有破碎作用，旋风分离器负荷大。主要用于干燥晶体和小颗粒物料，粒径一般在0.50.7mm

41、，不适用于易黏附于干燥管的物料，或粒度过细有毒的物料，,组成：主体为直立的圆筒，常见类型直管气流干燥器。,结构尺寸；管长1020m，风速1012m/s，物料干燥时间为0.52s，因此可用高温介质干燥某些热敏性物料。,直管干燥器的优点；结构简单，造价低，活动部件少，操作稳定、便于控制；湿物料均匀分散和悬浮于热空气中传热面积大，强化了传质和传热过过程，干燥速度快；干燥能力大；散热面积小；干燥时间短，可用于干燥一些热敏性物料；热损失低。缺点：摩擦和碰撞厉害，颗粒破碎多，阻力大，动力消耗大。,结构原理：利用流化原理干燥物料。组成：风机、加热器、沸腾床、粉尘捕集器。沸腾床分：沸腾区：分离区：布风板：风室

42、：加料装置和出料装置：除尘器：,沸腾床干燥器的特点优点：传热传质效果好，生产能力大，可实现小设备大生产能力；干燥速度大，适合于热敏性物料的干燥；沸腾床层温度分布均匀，对主要含表面水分的物料可以使用较高的热风温度；同一设备可进行连续操作和间歇操作；设备简单，投资费用低，操作和维修方便。缺点：对被干燥物料的颗粒有一定限制，不小于30m，不大于6mm；湿含量太高或黏度太大的物料不适合；对于易黏壁和结块的物料，容易发生设备的结壁和堵床现象。,沸腾床干燥器的分类按操作方式分：连续和间歇 连续干燥器：设备生产能力大，热效率高，适合大规模生产，但干燥后的产品湿度不太均匀；间歇干燥器：干燥产品湿度均匀，但热效

43、率低，劳动强度大，用于小批量生产。,沸腾床干燥器的分类按设备结构和形式分：单层圆筒沸腾床、多层圆筒沸腾床、卧式多室沸腾床、振动流化床、喷雾型、惰性粒子型和气流型。,单层圆筒沸腾床干燥器：结构简单，操作方便，生产能力大，内部几乎是完全混合，湿度不均匀，适合处理量大较易干燥，或干燥程度要求不严格的粒状物料。,多层圆筒沸腾床干燥器：干燥程度均匀，废气水蒸气饱和度高，热利用率好，适合要求产品含水量低，湿度均匀的场合。但结构复杂，操作不易控制，床层阻力大，需较高压头的风机。,卧式多室沸腾床干燥器：结构简单，操作方便，易于控制，对物料适应性强，粒状和热敏性物料以及粉状、片状物料的干燥都适用，产品湿度均匀，

44、压力损失小。,振动流化床的特点：1、物体受热均匀，热交换充分，干燥强度高。2、振动源是采用振动电机驱动，运转平衡、维修方便。3、流态化均匀，无死空隙和吹穿现象，可以获得均匀的干燥、冷却、增湿的制品。4、可调性好，适应面宽，料层厚度和在机内移动速度以及全振幅变更均可实现无级调节。5、对物料表面损伤小，可用于易碎物料的干燥，物料颗粒不规则时亦不影响工作效果。6、采用全封闭式的结构，有效地防止了物料与外界空气的交叉感染，作业环境清洁。,设计依据：物料衡算、热量衡算、传热速率方程传质速率方程。要求：物料在干燥器中的停留时间必须大于或等于所需的干燥时间,干燥介质：空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。,干燥

45、介质进口温度：保持在物料允许的最高温度范围。,干燥介质出口温度和相对湿度：相对湿度大，可减少空气消耗量及传热量，降低操作费用，但太大反而会要求增大干燥器尺寸，加大设备投资。存在一最佳相对湿度。温度：出口温度太高，热损失增大干燥热效率低，太低，而湿度又大，则湿空气会在干燥后面的设备和管路中析出水滴，不利于干燥的正常操作。一般较出口物料温度高1030。,物料出口温度：与诸多因素有关P303,1、比较耙集式沉降器、斜板沉降器以及旋液分离器的优缺点。2、比较压滤机、叶滤机以及转筒式过滤机的优缺点。3、简述在选用蒸发设备时，应考虑的原则和因素。4、比较 Swenson结晶器、Oslo结晶器、DBT及TM结晶器的优点和缺点。5、比较转筒干燥器、气流干燥器和流化床干燥器的优缺点。,思考题,结 束,