化工原理(第四版)谭天恩-第七章-蒸发-课件PPT

1、/目录目录1目录 第七章第七章 蒸蒸 发发 第一节第一节 概述概述一、什么是蒸发二、蒸发的目的三、蒸发的基本流程四、蒸发的特点第二节单效蒸发一、物料衡算二、能量衡算三、加热面积的计算四、传热温差损失/目录目录2目录第三节第三节 多效蒸发多效蒸发 一、多效蒸发及其流程 二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较 三、多效蒸发效数的限制原因第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施第五节第五节 蒸发设备蒸发设备 一、循环型 二、单程型/目录目录3目录第六节第六节 蒸发强化传热的方法蒸发强化传热的方法第七章小结第七章小结 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章4第七章

2、第七章 蒸发蒸发第一节第一节概述概述一、什么是蒸发一、什么是蒸发? ?二、蒸发的目的二、蒸发的目的溶剂溶剂S溶质溶质A（不挥发）不挥发）溶剂溶剂S加热加热（1 1）获得浓缩的溶液）获得浓缩的溶液（2 2）获得固体溶质）获得固体溶质（3 3）除去杂质）除去杂质 将含有不挥发性溶质的稀溶液加将含有不挥发性溶质的稀溶液加热，使其中部分溶剂汽化、除去的单热，使其中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为。元操作，称为。溶液溶液化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章5第一节第一节概述概述三、蒸发的基本流程三、蒸发的基本流程 冷却水 料液 加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发流程 除沫器除沫器二次

3、蒸汽二次蒸汽蒸发室蒸发室加热室加热室不凝性气体不凝性气体（生蒸汽）（生蒸汽）冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器(加热室加热室，蒸发室蒸发室)除沫器除沫器冷凝器冷凝器真空装置真空装置(间壁式换热器间壁式换热器)思考思考2 2：如图为真空式操作设如图为真空式操作设备，为什么图中冷凝器的放备，为什么图中冷凝器的放置高度要很高？置高度要很高？思考思考1 1：生蒸汽与二次蒸生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？汽何者温度高？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章6第一节第一节概述概述按冷凝器压力分按冷凝器压力分按二次蒸汽是否用作生蒸汽按二次蒸汽是否用作生蒸汽单效蒸发：如上图单效蒸发：如上图多效蒸发：多效蒸发：真

4、空真空常压常压加压加压化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章7第一节第一节概述概述四、蒸发的特点四、蒸发的特点v 能耗大能耗大-要将含有不挥发物质的要将含有不挥发物质的溶液加热到沸点；溶液加热到沸点；v 沸点升高沸点升高-要比纯溶剂沸点高；要比纯溶剂沸点高；v 传热温差逐渐减小传热温差逐渐减小-从料液进口从料液进口到出口浓度到出口浓度，沸点，沸点）v 传热条件有逐渐恶化的趋势传热条件有逐渐恶化的趋势-溶溶液易结晶、易结垢、粘度逐渐变液易结晶、易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化。大而使传热条件恶化。 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器除沫器除沫器二次蒸汽二次蒸汽蒸

5、发室蒸发室加热室加热室（生蒸汽）（生蒸汽）不凝性气体不凝性气体冷凝器冷凝器传热、传质共存，传热是为了传质。传热、传质共存，传热是为了传质。不同于一般相变传热之处：不同于一般相变传热之处：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章8第二节第二节单效蒸发单效蒸发已知：已知：F、x0、t0、x计算内容：计算内容： 完成液量完成液量L、 二次蒸汽量二次蒸汽量W、加热蒸汽量加热蒸汽量D、 加热面积加热面积A一、物料衡算一、物料衡算 二次蒸汽 W，T 料液 蒸发室 F,x0,t0 加热室 完成液 L，x, t 0FxLxWLF xxFW01DADxxFL0 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第

6、七章第七章9二、能量衡算二、能量衡算 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸发室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hs lssQDhhWFWHFhDH 0 sslhHQhHWhhFD 0已知：已知：F、x0、t0、x计算内容：计算内容： 完成液量完成液量L、 二次蒸汽量二次蒸汽量W、加热蒸汽量加热蒸汽量D、 加热面积加热面积A 式中，式中，F已知，已知，W可由物料可由物料衡算得到，而衡算得到，而H、Hs、hs均为均为温度的函数，易查取。但溶液温度的函数，易查取。但溶液的焓的焓h、h0不易直接得到。不易直接得到。 txfh, 化工原理化工原理

7、电子教案电子教案/ /第七章第七章10 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸发室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hsb. 无明显浓缩热的体系无明显浓缩热的体系000tchcth h需查焓浓图需查焓浓图 ，如图，如图7-3。a. 有明显浓缩热的体系有明显浓缩热的体系稀释热稀释热化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章11 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸发室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hs sslhHQhHWhhFD 0假定：假定： Hs-hs =R（加热蒸汽汽化

8、热）；加热蒸汽汽化热）； h h0（沸点进料）（沸点进料） H-h r（二次蒸汽汽化热）；二次蒸汽汽化热）；Ql 0-汽化汽化1kg水所消耗的生蒸汽量水所消耗的生蒸汽量RWrD RrWD D/W 1实际上：实际上：D/W=1.11kg1kg的生蒸汽换的生蒸汽换1kg1kg二次二次蒸汽，可见能耗之大！蒸汽，可见能耗之大！化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章12三、加热面积的计算三、加热面积的计算mtKAQ lQDRQ 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器K值约为值约为6006000W/m2KtTtsm P溶液沸点溶液沸点t 取决于：取决于： 操作压力（冷凝器）操作压

9、力（冷凝器）P、溶液浓度、蒸发室内、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，液层深度，因此，t T。T为冷凝器蒸汽温度为冷凝器蒸汽温度tTRTDs, P TTs =t -T-传热温差损失传热温差损失已知：已知：F、x0、t0、x计算内容：计算内容：完成液量完成液量L、 二次蒸汽量二次蒸汽量W、加热蒸汽量加热蒸汽量D、 加热面积加热面积A有效传热温差有效传热温差化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章13 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PtTRTDs, P 引起传热温差损失的原因：引起传热温差损失的原因： =t -T-传热温度差损失传热温度差损失 P （1）由二次蒸汽

10、的阻力损失引起的，记作）由二次蒸汽的阻力损失引起的，记作。 此项影响很小，通常忽略不计或取此项影响很小，通常忽略不计或取 =1四、传热温差损失四、传热温差损失 （2）由蒸发器内液层深度引起的，记作）由蒸发器内液层深度引起的，记作。 与设备结构有关，有些设备液柱可高达与设备结构有关，有些设备液柱可高达36m，有些设备中此项损失可不计。有些设备中此项损失可不计。gLPP 2 tp tp 查得水的沸点查得水的沸点tp 计算如下：计算如下：冷凝器压力冷凝器压力P查得水的沸点查得水的沸点T 按按 tp =T+ 查得蒸发室压力查得蒸发室压力P 加热室压力加热室压力化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七

11、章第七章14 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 P tT rTD,四、传热温差损失四、传热温差损失 （3）纯溶剂）纯溶剂溶液溶液 -加热室内由于浓度引起的沸点升高（同压力下）加热室内由于浓度引起的沸点升高（同压力下），记作，记作 Pm如何估如何估算算 ？水水20204040水的沸点水的沸点溶溶液液的的沸沸点点 Pt mt ttp =t -T -传热温差损失传热温差损失Duhring s rule-某液某液体（或溶液）在两种压体（或溶液）在两种压力下的沸点之差与某标力下的沸点之差与某标准液体（如水）在该压准液体（如水）在该压力下的沸点之差的比值力下的沸点之差的比值 t / t

12、 常数，如图。常数，如图。t t t 压力压力P 查得水的沸点查得水的沸点t p 由杜林线或杜林规则查由杜林线或杜林规则查得某一浓度下的溶液沸点得某一浓度下的溶液沸点t。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章15四、传热温差损失四、传热温差损失 =t -T -传热温差损失传热温差损失 = + + 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章16四、传热温差损失四、传热温差损失 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PtTRTDs, P P （1）取）取1（2）取）取P P 【例例1】浓缩浓缩KOH水溶液，完成液浓度为水溶液，完成液浓度为60g KOH /100

13、g水，水，P21.07kPa，液面高度，液面高度L=1m，溶液密，溶液密度度1600kg/m3。求传热温差损失。求传热温差损失 。PagLPP331092.2881. 91600211007.212 （3）由）由P21.07kPa查得水的沸点为查得水的沸点为T=61.2 由由P =28.92查得水的沸点为查得水的沸点为tP =68.2 68.261.2=7 【解解】化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章17四、传热温差损失四、传热温差损失 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PtTRTDs, P P （4）由）由P =28.92查得的水的沸点查得的水的沸点68.2

14、 ，查，查KOH水溶液的杜林线（图水溶液的杜林线（图7-5）得）得 t=87.7 87.768.2=19.5 = + + =19.5+7+1=27.5 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章18单效蒸发举例单效蒸发举例【例例1】将将7%（质量分率，下同）的某种水溶液在常压单（质量分率，下同）的某种水溶液在常压单效蒸发器中浓缩到效蒸发器中浓缩到24%。原料液的温度为。原料液的温度为20。估计出溶液。估计出溶液沸点升高引起的温度差损失为沸点升高引起的温度差损失为3.5，因静压强引起的温度，因静压强引起的温度差损失为差损失为3，因二次蒸汽流动阻力引起的温度差损失为，因二次蒸汽流动阻力引起

15、的温度差损失为1。加热蒸汽温度为。加热蒸汽温度为132.9，蒸发器的传热面积为，蒸发器的传热面积为43m2。试。试求原料液量。求原料液量。 已知已知蒸发器的总传热系数为蒸发器的总传热系数为1100 W/(m2K)，热损失，热损失为蒸发器传热量的为蒸发器传热量的5%，132.9下水蒸汽焓下水蒸汽焓2728.12kJ/kg，100下下水水蒸汽焓为蒸汽焓为2677.2kJ/kg。溶液的比热。溶液的比热cp4.187(1-x) kJ/(kgK)。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章19【解解】x0=0.07， x=0.24， t0=20，=3.5， =3， =1， T=100，Ts=13

16、2.9，A=43m2，K=1100W/m2K，Ql=5%Q，Hs=2728.12kJ/kg， H=2277.2kJ/kg，cp=4.187(1-x) kJ/kgK 0FxLxWLFmtKA lssQDhLhWHFhDH 0物物能能lQDRQ tTtsm Tt000tchcth lQctWFWHtFcDR 00 ctWFWHtFctKAm 00 ctWFWHtFcTTKAs 00 24. 007. 0110FxxFW 135 . 310024. 01187. 42 .22772007. 01187. 4135 . 31009 .132431 . 1 WFWF-（1）-（2）化工原理化工原理电子教

17、案电子教案/ /第七章第七章20解方程（解方程（1）、（）、（2）得：）得：skgFskgW/735. 0/52. 0 作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章21第三节第三节 多效蒸发多效蒸发一、多效蒸发及其流程一、多效蒸发及其流程 多效蒸发是将多个蒸发器（如图多效蒸发是将多个蒸发器（如图所示为三个）连接起来的系统：所示为三个）连接起来的系统： 冷却水 冷凝水 水 多效蒸发 P二次蒸汽二次蒸汽生生蒸蒸汽汽1T 1232T3T后一效的操作压力和溶液沸点均后一效的操作压力和溶液沸点均较前一效低；较前一效低；在第一效加入新鲜的加热蒸汽，在第一效加入新鲜的加热蒸汽，所产生的二次

18、蒸汽作为后一效的加所产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽。因此多效蒸发明显地减少热蒸汽。因此多效蒸发明显地减少了加热蒸汽的消耗量；了加热蒸汽的消耗量；最末效往往是在真空下操作的；最末效往往是在真空下操作的；只有末效的二次蒸汽才用冷却介只有末效的二次蒸汽才用冷却介质冷凝。因此多效蒸发明显地减少质冷凝。因此多效蒸发明显地减少了冷却水的消耗量。了冷却水的消耗量。321321TTTPPP 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章22 冷却水 冷凝水 水 多效蒸发 料液料液第三节第三节 多效蒸发多效蒸发 平平流流流流程程错错流流流流程程逆逆流流流流程程并并流流流流程程向向分分为为按按料料液液与与

19、二二次次蒸蒸汽汽的的走走并流流程：并流流程：优、缺点：优、缺点： 料液可自动流入下一效，料液可自动流入下一效，无需泵输送；无需泵输送； 溶液会发生闪蒸而产生更溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；多的蒸汽； 传热推动力依次减小传热推动力依次减小； K依次减小；依次减小；P二次蒸汽二次蒸汽生生蒸蒸汽汽1T 1232T3T完成液完成液并流流程适宜处理在高浓度下为热敏性的溶液。并流流程适宜处理在高浓度下为热敏性的溶液。适用场合：适用场合：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章23第三节第三节 多效蒸发多效蒸发逆流流程：逆流流程： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 传热推动力较为均匀

20、传热推动力较为均匀；易于处理黏度随温度和浓易于处理黏度随温度和浓度变化较大的溶液，而不度变化较大的溶液，而不宜处理热敏性溶液。宜处理热敏性溶液。适用场合：适用场合：优、缺点：优、缺点： 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 逆流多效蒸发器 P1T 1232T3T化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章24第三节第三节 多效蒸发多效蒸发错流流程：错流流程：适用场合：适用场合：优、缺点：优、缺点： 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 错流多效蒸发器（231） P1T 1232T3T 兼有并、逆流的优点兼有并、逆流的优点而避其而避其缺点缺点；操作复杂，操作复杂，要有完善的

21、自控要有完善的自控仪表才能实现其稳定操作。仪表才能实现其稳定操作。我国目前主要用于造纸工我国目前主要用于造纸工业的碱回收系统。业的碱回收系统。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章25第三节第三节 多效蒸发多效蒸发平流流程：平流流程：适用场合：适用场合：优、缺点：优、缺点： 各效独立进料，传热各效独立进料，传热状况均较好；状况均较好；物料停留时间较短物料停留时间较短适用于饱和溶液的蒸发。适用于饱和溶液的蒸发。 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 完成液 完成液 平流多效蒸发器 P1T 1232T3T化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章26二、多效蒸发与单效蒸

22、发的经济性比较二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较生产能力：生产能力：单位时间单位时间的传热量或蒸发的水的传热量或蒸发的水分量，用分量，用Q或或 W表示。表示。生产强度：生产强度：单位时单位时间、单位面积的传间、单位面积的传热量或蒸发的水分热量或蒸发的水分量，用量，用q或或 W/A表表示。示。 操作费比单效蒸发的小操作费比单效蒸发的小-多效蒸发多效蒸发单位生蒸汽消耗量单位生蒸汽消耗量D/W、 单位冷却水消耗量均单位冷却水消耗量均比单效蒸发小；比单效蒸发小； 设备费比单效蒸发的大设备费比单效蒸发的大-多效蒸发生产能力（或生产强度）多效蒸发生产能力（或生产强度） 均比单效蒸发小。均比单效蒸发小。下面

23、证明。下面证明。 操作费操作费设备费设备费 操作费操作费设备费设备费-设备面积或设备面积或Q或或W-生蒸汽消耗量和冷却水消耗量生蒸汽消耗量和冷却水消耗量化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章27二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较 多效蒸发多效蒸发单位生蒸汽消耗量单位生蒸汽消耗量D/W、单位冷却水消耗量均单位冷却水消耗量均比比单效蒸发小，单效蒸发小，故故操作费比单效蒸发的小；操作费比单效蒸发的小； 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器DW D W D W D 1 WD单单效效时时假设属理想情况，每一效假设属理想情况，每一效D/W

24、=1证明：证明：DWWD2,21 二二效效时时DWWD3,31 三三效效时时可见，效数越多，可见，效数越多，D/W值越小。值越小。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章28二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器DW D W D W D 单位冷却水消耗量：单位冷却水消耗量：1 Wmw单单效效时时21 Wmw二二效效时时31 Wmw三三效效时时可见，效数越多，单位可见，效数越多，单位冷却水消耗量越小。冷却水消耗量越小。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章29 冷却水 料液 加热 蒸汽

25、 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器DW W W D D D 多多效效时时操操作作费费少少注意：注意：操作费减小的操作费减小的幅度并不与效数成正幅度并不与效数成正比，效数越多，操作比，效数越多，操作费减小的幅度成下降费减小的幅度成下降趋势。趋势。 D/W 实际值实际值单位冷却水单位冷却水消耗量消耗量*mw/W单效单效1.113.5二效二效0.576.75三效三效0.44.5四效四效0.33.38五效五效0.272.7* * 按冷却水允许温升按冷却水允许温升4040计算计算化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章30mtKAQ 单单效效：333222111333mmmtAKQtAKQtA

26、KQ 三三效效：tTtsm TTs TTKAQs 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PAtTDD 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器1T2TTPtA/3A/3A/3 KKKK 321假假设设 3213213mmmtttAKQQQQ 321322211133 TTAKTTTTTTAKQss 多效蒸发生产能力比单效蒸发小多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度生产强度比单效蒸发小，比单效蒸发小， 故故设备费比单效蒸发的大。设备费比单效蒸发的大。证明：证明：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章31二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较二、多效蒸发

27、与单效蒸发的经济性比较QQ 321 故相同生产能力下，故相同生产能力下，A A。因此，多效蒸发的设备费大。因此，多效蒸发的设备费大。而且，而且，效数越多，设备费增大效数越多，设备费增大的幅度越大。的幅度越大。因为因为AQqAQq 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PAtTDD 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器1T2TTPtA/3A/3A/3化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章32三、多效蒸发效数的限制原因三、多效蒸发效数的限制原因 总费用总费用 设备费设备费 操作费操作费 效数效数 u由于经济性的限制，效数由于经济性的限制，效数不可过

28、多，一般在不可过多，一般在6 6效以下，效以下，常用的为常用的为2 23 3效。效。u此外，由于传热温差的限制，此外，由于传热温差的限制，效数不可过多。效数不可过多。.321 mmmttt .32133222111 TTTTTTTT有有限限制制有有限限制制 .332211mmmttt效数越多，在各效中分配效数越多，在各效中分配的有效传热温差就越小。的有效传热温差就越小。若有效传热温差过小，就若有效传热温差过小，就不能维持正常操作。不能维持正常操作。TT 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章33第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施转第转第35页页D

29、 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器1T2TT Pv采用多效采用多效-即提高蒸汽经济性的措施即提高蒸汽经济性的措施蒸发中可利用的热量有：蒸发中可利用的热量有：各效产生的二次蒸汽各效产生的二次蒸汽冷凝水的热量冷凝水的热量浓缩液的能量浓缩液的能量v额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出转下页转下页转第转第39页页v冷凝水自蒸发成本冷凝水自蒸发成本效的二次蒸汽效的二次蒸汽v减压闪蒸减压闪蒸v采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程转第转第38页页转第转第38页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章34第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施v采用多效

30、采用多效 D/W 实际值实际值单效单效1.1二效二效0.57三效三效0.4四效四效0.3五效五效0.27回第回第33页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章35第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施v额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可换取生蒸汽可换取2kg的额外蒸汽的额外蒸汽(理理想情况想情况) E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器DW 1第一效：第一效：1112EDEWW 第第二二效效：21223EEDEWW 第第三三效效： 假设有假设有n+1效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分效

31、，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为别为E1、E2、En。于是于是1 WD理理想想情情况况：nnnnEEEDEWWn 2111效效：第第化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章36第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器 nnEEnnEDnWWWW 2112111nEnEnnEnnnWD11111121 不引出额外蒸汽时，有不引出额外蒸汽时，有1 nWD化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章37第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热

32、能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器nEnEnnEnnD1111121 生生蒸蒸汽汽的的补补加加量量kgEEEn121 假设假设kgnD2 则总的额外蒸汽引出量则总的额外蒸汽引出量 E=n kg21 ED回第回第33页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章38第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施v冷凝水的自蒸发冷凝水的自蒸发 将冷凝水减压而自蒸将冷凝水减压而自蒸发，与二次蒸汽一起进入发，与二次蒸汽一起进入下一效作为加热蒸汽用。下一效作为加热蒸汽用。 E1 E2 W1 W2 W3

33、冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器v浓缩液减压闪蒸浓缩液减压闪蒸回第回第33页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章39第四节第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施v采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程 二次蒸汽的汽化潜热比生蒸汽的大，若利用热泵给二次蒸汽加能，二次蒸汽的汽化潜热比生蒸汽的大，若利用热泵给二次蒸汽加能，输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。提提高其温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸发的能量利用率胜过高其温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸

34、发的能量利用率胜过35效的蒸发流程。效的蒸发流程。热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利。热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利。 热泵热泵化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章40第五节第五节 蒸发设备蒸发设备连续式、间歇式连续式、间歇式常压式、减压式、加压式常压式、减压式、加压式间壁式蒸发器：间壁式蒸发器： 直接接触式蒸发器：直接接触式蒸发器： 单单程程式式（膜膜式式）循循环环式式特点：溶液在蒸发器中作循环流动。特点：溶液在蒸发器中作循环流动。 强强制制循循环环式式自自然然循循环环式式转下一页转下一页转第转第4646页页转第转第5353页页化工原理化工原理电子教

35、案电子教案/ /第七章第七章41一、循环型一、循环型 优点：优点：结构紧凑、制造方便、结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等，应传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。用十分广泛。缺点：缺点：（1）循环速度较低，管内）循环速度较低，管内流速流速0.5m/s；（2）溶液在加热室中不断溶液在加热室中不断循环，使其浓度始终接近完循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液粘度成液的浓度，因而溶液粘度大、沸点高，有效温度差小。大、沸点高，有效温度差小。（3）设备的清洗和维修也）设备的清洗和维修也不够方便。不够方便。中央循环管式蒸发器（自然循环型）中央循环管式蒸发器（自然循环型）其截面积一般其截面积一般为

36、其它加热管为其它加热管总截面积的总截面积的40100% 。料液料液生蒸汽生蒸汽适用场合：适用场合：应用广泛，适用应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的于处理量大、结垢不严重的物系。物系。其单位体积溶其单位体积溶液占有的传热液占有的传热面，比沸腾管面，比沸腾管内单位溶液所内单位溶液所占有的要小。占有的要小。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章42一、循环型一、循环型悬框式蒸发器（自然循环型）悬框式蒸发器（自然循环型） 溶液沿加热管中央上升，而溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。溶

37、液循环速度比标构成循环。溶液循环速度比标准式蒸发器大，可达准式蒸发器大，可达1.5m/s。 优点：优点：这种蒸发器的加热室可这种蒸发器的加热室可由顶部取出进行清洗、检修或由顶部取出进行清洗、检修或更换，而且热损失也较小。更换，而且热损失也较小。缺点：缺点：结构复杂，单位传热面结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。积的金属消耗较多。 其截面积一其截面积一般为其它加般为其它加热管总截面热管总截面积的积的100150% 加热室加热室适用场合：适用场合：适用于易结晶、易结垢的物系。适用于易结晶、易结垢的物系。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章43一、循环型一、循环型列文式蒸发器（外循环

38、式）列文式蒸发器（外循环式） 加热室中的溶液不沸腾，在沸腾室内才开始加热室中的溶液不沸腾，在沸腾室内才开始沸腾，因而溶液的沸腾汽化由加热室移到了没有沸腾，因而溶液的沸腾汽化由加热室移到了没有传热面的沸腾室，从而避免了加热管内结晶或污传热面的沸腾室，从而避免了加热管内结晶或污垢的形成。垢的形成。优点：优点：溶液循环速度可达溶液循环速度可达2.5至至3 m/s以上，以上，故总传热系数亦较大。故总传热系数亦较大。 缺点：缺点：v液柱静压头效应引起的温度差损失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。较大，要求加热蒸汽有较高的压力。 v设备庞大，消耗的材料多，需要高大设备庞大，消

39、耗的材料多，需要高大 的厂房。的厂房。加热室加热室沸腾室沸腾室蒸发室蒸发室循环管循环管除沫器除沫器其截面积约为加其截面积约为加热管的总截面积热管的总截面积的的23倍。倍。挡板挡板适用场合：适用场合：适用于黏度大、易结晶、适用于黏度大、易结晶、易结垢的物系。易结垢的物系。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章44 一、循环型一、循环型外热式蒸发器外热式蒸发器蒸发室蒸发室循环管循环管加热加热室室 加热室单独放置，好处之一是加热室单独放置，好处之一是可以降低整个蒸发器的高度，便可以降低整个蒸发器的高度，便于清洗和更换；好处之二是可将于清洗和更换；好处之二是可将加热管做得长些，循环管不受热

40、，加热管做得长些，循环管不受热，从而加速液体循环。循环速度可从而加速液体循环。循环速度可达达1.5m/s。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章45一、循环型一、循环型 对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采用强制循环，循环速度的大小可通过泵的流量调节来控用强制循环，循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制，一般在制，一般在2.5m/s以上。以上。 强制循环型强制循环型返回第返回第4040页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章46 二、单程型二、单程型特点：特点：v 不作循环流动不作循环流动-溶液在蒸发器中只通过加热室

41、一次；溶液在蒸发器中只通过加热室一次；v 溶液在加热室呈膜状流动溶液在加热室呈膜状流动-习惯上又称为液膜式蒸发器。习惯上又称为液膜式蒸发器。v 适于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。适于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。溶液不循环的好处有：溶液不循环的好处有：（1）溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于）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；热敏性物料的蒸发；（2）整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成）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。液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。 升膜式

42、蒸发器升膜式蒸发器-价廉价廉降膜式蒸发器降膜式蒸发器-价廉价廉刮板式蒸发器刮板式蒸发器升升-降膜式蒸发器降膜式蒸发器化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章47 二、单程型二、单程型 料液在加热管内受热汽化，料液在加热管内受热汽化，生成的蒸汽在加热管内高速上升生成的蒸汽在加热管内高速上升（常压下汽速为（常压下汽速为2050m/s，减减压下汽速可达压下汽速可达100至至160m/s或更或更大些）。溶液被上升的蒸汽所带大些）。溶液被上升的蒸汽所带动，沿管壁成膜状上升并继续蒸动，沿管壁成膜状上升并继续蒸发，汽、液混合物在分离器内分发，汽、液混合物在分离器内分离。离。升膜式蒸发器升膜式蒸发器

43、加热管直径约加热管直径约为为2550mm，管长和管径之管长和管径之比约为比约为100150分离器分离器化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章48优点：优点：v溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特 别适用于热敏性物料的蒸发；别适用于热敏性物料的蒸发；v整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完整个溶液的浓度，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。成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。v由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大。由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大。缺点：缺点： 对进料负荷的波动相当

44、敏感，当设计或操作不适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，此时，对流传热系数将明显下降。当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。适用场合：适用场合： 适用于黏度较小的（小于适用于黏度较小的（小于0.05Pas）、）、蒸发量较大、易受热分解的蒸发量较大、易受热分解的热敏性溶液者；热敏性溶液者；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章49 二、单程型二、单程型降膜式蒸发器降膜式蒸发器 料液是从蒸发器的顶料液是从蒸发器的顶部加入，在重力作用下部加入，在重力作用下沿管壁成膜状下

45、降，并沿管壁成膜状下降，并在此过程中蒸发增浓，在此过程中蒸发增浓，在其底部得到浓缩液。在其底部得到浓缩液。 降膜式蒸发器可以蒸降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高、粘度较大发浓度较高、粘度较大（0.050.45 Pas）、）、蒸蒸发量较小、发量较小、热敏性的物热敏性的物料。但因液膜在管内分料。但因液膜在管内分布不易均匀，传热系数布不易均匀，传热系数比升膜式蒸发器的较小比升膜式蒸发器的较小，仍不适用易结晶或易，仍不适用易结晶或易结垢的物料。结垢的物料。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章50 二、单程型二、单程型刮板式蒸发器刮板式蒸发器适用场合：适用场合：黏度较大（大于黏度较大（大于11

46、0Pas及以上者）。及以上者）。简称薄膜蒸发器简称薄膜蒸发器，是一种利用外加动力成膜的单是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器。程型蒸发器。优点：优点：热阻影响小，传热系数大，停留时间短，热阻影响小，传热系数大，停留时间短，一般为数秒或几十秒，故可适应于高粘度（如栲胶一般为数秒或几十秒，故可适应于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、结垢、含固体、热敏性的物、蜂蜜等）和易结晶、结垢、含固体、热敏性的物料。料。缺点：缺点：结构复杂，动力消耗大，处理量很小且制结构复杂，动力消耗大，处理量很小且制造安装要求高。造安装要求高。 刮板刮板化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第七章第七章51 二、单程型二、单程型升、降膜式蒸发器升、降膜式蒸发器预热室预热室升膜加升膜加热室热室降膜加降膜加热室热室 升降膜式蒸发器将升膜和降膜蒸升降膜式蒸发器将升膜和降膜蒸发器装在了一起，料液先经升膜蒸发发器装在了一起，料液先经升膜蒸发器上升，然后由降膜蒸发器下降。器上升，然后由降膜蒸发器下降。 适用场合：适用场合：蒸发过程中溶液黏度变蒸发过程中溶液