薄膜蒸發(fā)(助教手冊(cè))

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1、薄膜蒸發(fā)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.利用一單效蒸發(fā)器(Single-effectEvaporator)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，藉此瞭解蒸發(fā)理論的應(yīng)用，並瞭解攀昇膜直立長(zhǎng)管式蒸發(fā)器(BasicclimbingFilmEvaporator)之構(gòu)造及其操作。2.質(zhì)能量結(jié)算練習(xí)及應(yīng)用。3.小規(guī)模濃縮加工。4.利用改變系統(tǒng)壓力來(lái)觀察其蒸發(fā)速率的不同。二、實(shí)驗(yàn)原理蒸發(fā)乃是溶液受熱，在溶液之沸點(diǎn)溫度即溶液沸騰狀態(tài)下，逸出溶劑，使溶液中溶質(zhì)濃度提高之操作。如淨(jìng)化之蔗汁，經(jīng)加熱蒸發(fā)去除大量水份，提高糖份之濃度，以便於結(jié)晶製糖。蒸發(fā)的目的在化學(xué)工廠中，為物料的濃縮。在

2、動(dòng)力工廠中，則為動(dòng)力的獲得和純水的製造。蒸發(fā)操作基本上之要素為：連續(xù)供給熱能和不斷的去除蒸氣。其主要的設(shè)備裝置為一蒸發(fā)室、加熱室及去除蒸氣的裝置。正常情況下，蒸發(fā)操作中的濃度為有價(jià)值的產(chǎn)品，而蒸氣在冷凝後棄去。然而，在一些特殊的狀況下，則與之相反，含有礦物質(zhì)的水通常經(jīng)過(guò)蒸發(fā)操作後，得一不含固體的產(chǎn)物，而此產(chǎn)物可提供作為鍋爐的給水、特殊程序的需求、或人類(lèi)的消耗用。此種技術(shù)稱(chēng)為水蒸餾(Waterdistillation)，但從技術(shù)而言，它是屬於蒸發(fā)。大規(guī)模的蒸發(fā)程序已被發(fā)展，且被用來(lái)自海水中回收飲用水，此程序中冷凝水為所要的產(chǎn)

3、品，在全部水中僅一部份被回收，而其餘部份則回到海中。蒸發(fā)問(wèn)題的實(shí)際解方法深受濃縮液體之特性的影響。由於廣泛的液體特性變化(在設(shè)計(jì)和操作蒸發(fā)器時(shí)，對(duì)於此液體特性需要有判斷的能力及經(jīng)驗(yàn)的累積)，下列僅將一些重要蒸發(fā)液體的重要特性列出：濃度(Concentration)、發(fā)泡(Foaming)、溫度敏感性(Temperaturesensitivity)、鍋垢(Scale)、結(jié)構(gòu)材料(Materialsofconstruction)、比熱、濃縮熱、凝固點(diǎn)......等。5-17目前所使用的以水蒸氣加熱的管狀蒸發(fā)器，其主要型式有：1

4、.直立長(zhǎng)管式蒸發(fā)器(Long-tubeverticalevaporators)a.上升流(攀昇膜)[Upwardflow(climbing-film)]b.下降流(落膜)[Downwardflow(falling-film)]c.強(qiáng)制循環(huán)(Forcedcirculation)2.攪拌膜蒸發(fā)器本次實(shí)驗(yàn)所用的蒸發(fā)器為攀昇膜蒸發(fā)器（Basicclimbing-filmevaporator），今將其裝置的流程圖及各部名稱(chēng)，操作介紹如下：直立式攀昇式膜蒸發(fā)器其操作、關(guān)閉皆處?kù)蹲匀谎h(huán)狀態(tài)。蒸發(fā)器的進(jìn)料可知道並加以控制。蒸氣抽出量亦由

5、一已知壓力狀態(tài)下操作。其主要部份包括：(1)一管狀熱交換器，殼側(cè)為蒸氣而待濃縮的液體在管內(nèi)(2)用來(lái)除去蒸氣所帶的液體而安裝之分離器或蒸氣空間(vaporspace)(3)當(dāng)作循環(huán)式單元時(shí)，有一回流管，可將由分離器流出的液體導(dǎo)入熱交換器底部入口處是提供進(jìn)料和水蒸氣之用，而出口處乃提供蒸氣、濃液、水蒸氣、凝結(jié)液和水蒸氣中不可凝結(jié)氣體出口之用。代表性的管直徑為1~2in，管長(zhǎng)為12~32ft。由於沸騰的作用，液體和蒸氣在管內(nèi)向上流動(dòng)，分離後的液體藉重力流回管底。進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)的稀薄溶液之溫度，大約為室溫，進(jìn)入器內(nèi)後和由分離器回流

6、的液體混合?；旌衔镞M(jìn)入管的底部，而水蒸氣則在管外側(cè)冷凝。進(jìn)入管子的進(jìn)料，以液體的型態(tài)向上流過(guò)一短距離，在液體流動(dòng)過(guò)程中不斷由蒸氣吸收熱量。當(dāng)液體開(kāi)始沸騰時(shí)，氣泡由液體內(nèi)形成，因此增加了液體和氣體混合物的速度，也提升了熱傳速率。接近管的頂部處，氣泡迅速地成長(zhǎng)。在此區(qū)域內(nèi)，蒸氣和液體團(tuán)交錯(cuò)上升並迅速地通過(guò)管子，而以高速由管的頂部流出。由管流出的液體和蒸氣進(jìn)入分離器。分離器的直徑大於熱交換器的直徑，因此蒸氣的速度驟降。為了進(jìn)一步有助於消除液滴，蒸氣在離開(kāi)分離器前，須撞擊並繞過(guò)若干阻擋板，fig－A所示蒸發(fā)器只能視為循環(huán)單元操作。

7、直立長(zhǎng)管蒸發(fā)器對(duì)於濃縮時(shí)易於起泡的液體特別有效。當(dāng)高速的液體和蒸氣混合物撞上蒸氣擋板時(shí)，氣泡即被破壞。5-175-175-17(1)在不同蒸氣壓力下，其蒸發(fā)速率為：(1)其中E：蒸發(fā)速率(kg/hr)Q：熱傳速率(kJ/hr)H：水在蒸氣壓力下之蒸發(fā)潛熱(kJ/kg)又UE：熱傳係數(shù)，kJ/m2hr℃AE：熱傳面積，0.0064m2TS：在蒸氣壓力(P1)下之蒸氣溫度，℃T7：在系統(tǒng)壓力(P)水之沸騰溫度，℃因AE與H為一常數(shù)，則令(2)由於熱傳係數(shù)UE為溫度(ΔTE)之函數(shù)，可表示為(3)其中K2：為常數(shù)n：0.5~2.

8、05-17(2)在不同系統(tǒng)壓力下，其蒸發(fā)速率E為：(4)其中TS：在系統(tǒng)壓力(P2)下之蒸氣溫度，℃T6：在蒸氣壓力(P1)水之沸騰溫度，℃而將(3)、(4)式取對(duì)數(shù)作圖，可求得在不同蒸氣壓力或系統(tǒng)壓力下，溫度對(duì)蒸發(fā)速率之關(guān)係。5-17三、實(shí)驗(yàn)裝置5-17AbbeRefractometer一、利用校正片