蒸发化工原理ppt课件

1、第第7 7章章 蒸发蒸发EvaporationEvaporation第7章 蒸发7.1概概 述述利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性，将含利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性，将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。 7.1.1 蒸发的目的蒸发的目的蒸发操作的目的：蒸发操作的目的：获得浓缩的溶液，直接作为废品或半废品。获得浓缩的溶液，直接作为废品或半废品。脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程去除杂质。去除杂质。 被蒸发的溶液可以是水溶液，也

2、可以是其它溶液，而工业上处置的溶液大多为水溶液，所以本章仅讨论水溶液的蒸发。溶剂溶剂S溶质溶质A不挥发不挥发溶剂溶剂S加热加热第7章 蒸发7.1.2 蒸发流程蒸发流程加热溶液使溶剂汽化加热溶液使溶剂汽化蒸发器蒸发器不断除去气化的蒸发溶剂不断除去气化的蒸发溶剂冷凝器冷凝器蒸发流程的两个必要的组成部分：蒸发流程的两个必要的组成部分：二次蒸汽二次蒸汽水蒸气水蒸气热源热源水蒸气水蒸气蒸发产生蒸汽蒸发产生蒸汽二次蒸二次蒸汽汽加热蒸汽加热蒸汽水蒸气水蒸气热源热源第7章 蒸发7.1.3 蒸发操作的特点蒸发操作的特点溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存

3、在，溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。因此，在一样压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸下纯溶剂的蒸气压。因此，在一样压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种景象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温点，这种景象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。度差的降低。能耗较大：蒸发操作所汽化的溶剂量较大，需求耗费大量的加热蒸能耗较大：蒸发操作所汽化的溶剂量较大，需求耗费大量的加热蒸气。因此需求思索热量的利用的问题。气。因此需求思索热量的利用的问题。溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸

4、点升高更易于变性；有些那么具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等沸点升高更易于变性；有些那么具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等等。需求根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备。等。需求根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备。第7章 蒸发7.1.4 蒸发操作的分类蒸发操作的分类多效蒸发多效蒸发multi-effect evaporation：假设将二次蒸气通到另一压：假设将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，那么可提高加热蒸气再生蒸气力较低的蒸发器作为加热蒸气，那么可提高加热蒸气再生蒸气的利用率，这种蒸发操作称为多效蒸发。的利用率，这种蒸发操作称为多效蒸发。1.按二次蒸气

5、的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发单效蒸发单效蒸发single-effect evaporation：将二次蒸气不再利用而直接：将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝除去的蒸发操作。送到冷凝器冷凝除去的蒸发操作。第7章 蒸发2.按操作室压力分：常压、加压、减压真空蒸发按操作室压力分：常压、加压、减压真空蒸发常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽 可直接排放在大气中，但会呵斥大气污染，适用于暂时性或小可直接排放在大气中，但会呵斥大气污染，适用于暂时性或小批量的消费。批量的消费。加压蒸发：

6、可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用，加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加热蒸汽的压力较高。但要求加热蒸汽的压力较高。 优点：优点： (1) 传热温度差传热温度差tm ； (2) 可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽 ； (3)可防止热敏性物料蜕变或分解可防止热敏性物料蜕变或分解 ； (4)沸点低，减少热损失。沸点低，减少热损失。缺陷：真空安装，需耗费动力和添加设备缺陷：真空安装，需耗费动力和添加设备适用于处置热敏性物料。适用于处置热敏性物料。减压蒸发：减压蒸发： 沸点低沸点低第7章 蒸发3.按操作过程能否延续分按操作过程能否延续分:

7、间歇蒸发，延续蒸发间歇蒸发，延续蒸发 间歇蒸发间歇蒸发 :一次加料一次加料最终出料或延续加料最终出料或延续加料 维持液面，一次出料。维持液面，一次出料。 溶液浓度和沸点随时间改动，为不稳定操作，适于小规模，多溶液浓度和沸点随时间改动，为不稳定操作，适于小规模，多种类的场所。种类的场所。延续蒸发延续蒸发:延续进料，延续出料。稳定操作，适于大规模的消费过延续进料，延续出料。稳定操作，适于大规模的消费过程。程。第7章 蒸发7.2蒸发设备蒸发设备辅助设备辅助设备蒸发器蒸发器加热室加热室 分别室分别室 除沫器汽液分别器除沫器汽液分别器 冷凝器冷凝器 疏水器疏水器真空安装真空安装 蒸发设备蒸发设备用来进展

8、蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器用来进展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，蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，由加热室和分别室两部分组成。由加热室和分别室两部分组成。冷凝器与蒸发器的分别室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。冷凝器与蒸发器的分别室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。第7章 蒸发按加热室的构造和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和单程型按加热室的构造和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和单程型(不循环不循环)。7.2.1 蒸发器蒸发器特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶特点：溶液在蒸发器中循环

9、流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶液浓度接近于完成液浓度。液浓度接近于完成液浓度。1 1 循环型蒸发器循环型蒸发器由于引起循环运动的缘由不同，分为自然循环型和强迫循环型两类。由于引起循环运动的缘由不同，分为自然循环型和强迫循环型两类。自然循环型：自然循环型：强迫循环型：依托外力迫使溶液沿一个方向作循环运动强迫循环型：依托外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 。由于溶液受热程度不同产生密度差引起。由于溶液受热程度不同产生密度差引起。第7章 蒸发1中央循环管式中央循环管式(规范式规范式)蒸发器蒸发器n加热蒸汽：加热室管束环隙内加热蒸汽：加热室管束环隙内n溶液：加热室管束及中央循环管内，溶液：加热室管束

10、及中央循环管内，受热时，由于中央循环管单位体积受热时，由于中央循环管单位体积溶液受热面小，使得溶液构成由中溶液受热面小，使得溶液构成由中央循环管下降，而由其他加热管上央循环管下降，而由其他加热管上升的循环流动。升的循环流动。中央循环管中央循环管料液料液加热蒸汽加热蒸汽优点：溶液循环好；传热效率高；构造紧凑、制造方便、操作可靠优点：溶液循环好；传热效率高；构造紧凑、制造方便、操作可靠缺陷：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗缺陷：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗适于处置结垢不严重、腐蚀性小的溶液适于处置结垢不严重、腐蚀性小的溶液第7章 蒸发2悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器 n加热室像个筐，

11、悬挂在蒸发器壳体的下部，可加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部进入加热室，由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部进入加热室，在管间放热加热管内溶液使其上升，而沿悬筐在管间放热加热管内溶液使其上升，而沿悬筐外壁与蒸发器内壁间环隙通道向下循环流动。外壁与蒸发器内壁间环隙通道向下循环流动。n优点：优点：n溶液循环速度高，改善了管内结垢情况溶液循环速度高，改善了管内结垢情况n传热速率较高传热速率较高n缺陷：缺陷：n设备费高设备费高n占地面积大占地面积大n加热管内溶液滞留量大加热管内溶液滞留量大n适于处置易结垢，有晶体析出的溶液适于处置易结垢，有晶体析出的溶液第7章 蒸发3外热

12、式蒸发器外热式蒸发器 优点：优点：降低了整个蒸发器的高度，便降低了整个蒸发器的高度，便于清洗和改换；于清洗和改换；循环速度较高，使得对流传热循环速度较高，使得对流传热系数提高；系数提高；结垢程度小。结垢程度小。 这种蒸发器将加热室与分这种蒸发器将加热室与分别室分开，采用较长的加热管。别室分开，采用较长的加热管。适于处置易结垢、有晶体析出、处置量大的溶液适于处置易结垢、有晶体析出、处置量大的溶液 蒸发室蒸发室循环循环管管加加热热室室第7章 蒸发4列文蒸发器列文蒸发器 n特点是在加热室上部设置沸腾室，加热室特点是在加热室上部设置沸腾室，加热室中的溶液因遭到附加液柱的作用，必需上中的溶液因遭到附加液

13、柱的作用，必需上升到沸腾室才开场沸腾，这样防止了溶液升到沸腾室才开场沸腾，这样防止了溶液在加热管中结垢或析出晶体。在加热管中结垢或析出晶体。n优点：优点：n流动阻力小流动阻力小n循环速度高循环速度高n传热效果好传热效果好n加热管内不易堵塞加热管内不易堵塞n缺陷：缺陷：n设备费高设备费高n厂房高，耗用金属多厂房高，耗用金属多n适于处置有晶体析出或易结垢的溶液适于处置有晶体析出或易结垢的溶液 第7章 蒸发5强迫循环型蒸发器强迫循环型蒸发器n在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方向以较高的速度循环流动。向以较高的速度循环流动。n优点：优点：n循环速度高循环速度高n晶

14、体不易粘结在加热管壁晶体不易粘结在加热管壁n对流传热系数高对流传热系数高n缺陷：缺陷：n动力耗费大动力耗费大n对泵的密封要求高对泵的密封要求高n加热面积小加热面积小n适于处置粘度大，易结垢、有晶体析出的适于处置粘度大，易结垢、有晶体析出的溶液。溶液。第7章 蒸发2 单程型单程型(膜式膜式)蒸发器蒸发器溶液在蒸发器中的停留时间很短，因此特别适用于热敏性物料溶液在蒸发器中的停留时间很短，因此特别适用于热敏性物料的蒸发；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，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，因此这种蒸发器的有效温差较大。因此这种蒸发器的有效温差较大。溶液在

15、蒸发器中只经过加热室一次，不作循环流动。溶液经溶液在蒸发器中只经过加热室一次，不作循环流动。溶液经过加热室时，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。发器。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。优点：优点：第7章 蒸发 适于处置蒸发量较大的稀溶适于处置蒸发量较大的稀溶液，热敏性和易生泡沫的溶液；液，热敏性和易生泡沫的溶液；不适于浓度高、粘度大、有不适于浓度高、粘度大、有晶体析出溶液的蒸发。晶体析出溶液的蒸发。 1 升膜蒸发器升膜蒸发器原理：溶液预热到接近沸点时由原理：溶液

16、预热到接近沸点时由蒸发器底部送入，进入加热管时蒸发器底部送入，进入加热管时立刻受热沸腾汽化，溶液在高速立刻受热沸腾汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽带动下，沿管壁上升的二次蒸汽带动下，沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发。到达边呈膜状向上流动边蒸发。到达分别室后，完成液与二次蒸汽分分别室后，完成液与二次蒸汽分别后由分别室底部排出。别后由分别室底部排出。第7章 蒸发2 2降膜蒸发器降膜蒸发器溶液预热后由加热室顶部溶液预热后由加热室顶部参与，经管端的液体分布器均参与，经管端的液体分布器均匀分配在各加热管内，在重力匀分配在各加热管内，在重力作用下沿管内壁呈膜状向下流作用下沿管内壁呈膜状向下流动，并进展蒸发。汽液

17、混合物动，并进展蒸发。汽液混合物从管下端流出，在分别器内进从管下端流出，在分别器内进展汽液分别后完成液由分别室展汽液分别后完成液由分别室底部排出。底部排出。z适于处置：浓度高、粘度较大适于处置：浓度高、粘度较大0.050.45 Pas的溶液。的溶液。z不适于处置：易结晶、结垢的溶液。不适于处置：易结晶、结垢的溶液。第7章 蒸发3 升降膜式蒸发器升降膜式蒸发器n蒸发器由升膜管束和降膜管束组蒸发器由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器的底部封头内有合而成，蒸发器的底部封头内有一隔板，将加热管束分成两部分。一隔板，将加热管束分成两部分。溶液由升膜管束底部进入，流向溶液由升膜管束底部进入，流向顶部，然后

18、从降膜管束流下，进顶部，然后从降膜管束流下，进入分别室，得到完成液。入分别室，得到完成液。n适于处置浓缩过程中粘度变化大适于处置浓缩过程中粘度变化大的溶液、厂房有限制的场所的溶液、厂房有限制的场所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第7章 蒸发4刮板薄膜式蒸发器刮板薄膜式蒸发器 n溶液由蒸发器上部沿切线方向参与，在重力和溶液由蒸发器上部沿切线方向参与，在重力和旋转刮板带动下，在加热管内壁上构成旋转下降旋转刮板带动下，在加热管内壁上构成旋转下降的液膜，在下降过程中经过接纳加热管外加热蒸的液膜，在下降过程中经过接纳加热管外加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发，底部得到汽夹套中蒸汽

19、冷凝热量而被不断蒸发，底部得到完成液，二次蒸汽上升至顶部经分别器后进入冷完成液，二次蒸汽上升至顶部经分别器后进入冷凝器。凝器。z缺陷：构造复杂，动力耗费大，传热面积小，缺陷：构造复杂，动力耗费大，传热面积小，处置才干低。处置才干低。 z适于处置易结晶、易结垢、高粘度的溶液适于处置易结晶、易结垢、高粘度的溶液z它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板，刮板端部与加热管内壁间隙固定在，刮板端部与加热管内壁间隙固定在0.750.751.5mm1.5mm之间，依托刮板的作用使溶液成膜状分之间，依托刮板的作用使溶液成膜状分布在加热管内壁面上。布在加热管内壁面上。第7章

20、 蒸发1直接加热蒸发器浸没熄灭式直接加热蒸发器浸没熄灭式n优点：构造简单，不需求固定的传热面，优点：构造简单，不需求固定的传热面，热利用率高热利用率高n适于处置易结垢、易结晶或有腐蚀性的适于处置易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液。溶液。n不适于处置能被熄灭气污染及热敏性的不适于处置能被熄灭气污染及热敏性的溶液。溶液。3 其它蒸发器其它蒸发器 将一定比例的熄灭气与空气直接喷入将一定比例的熄灭气与空气直接喷入溶液中，熄灭气的温度可高达溶液中，熄灭气的温度可高达12001800，由于气、液间的温度差大，且气，由于气、液间的温度差大，且气体对溶液产生剧烈的鼓泡作用，使水分迅体对溶液产生剧烈的鼓泡作用，使水

21、分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出。顶部排出。第7章 蒸发2螺旋管蒸发器螺旋管蒸发器 在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由于加热管当然螺旋外形，在中等高度的设备中于加热管当然螺旋外形，在中等高度的设备中可以包容很长的管子，经过很长的管道流动中可以包容很长的管子，经过很长的管道流动中产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二

22、次流被施加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并强化高粘情况下的热传送。强化高粘情况下的热传送。适用于到达高浓度和高粘度。为获得高的蒸发适用于到达高浓度和高粘度。为获得高的蒸发比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。 第7章 蒸发7.2.2 蒸发器的选型蒸发器的选型选型时，普通思索以下原那么：选型时，普通思索以下原那么：z溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度变化的情况，是选型时很重溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度变化的情况，是选型时很重要的要素。要的要素。z高粘度的溶液应选用对其顺应性好的蒸发器，如强迫循环型、降高粘度的溶

23、液应选用对其顺应性好的蒸发器，如强迫循环型、降膜式、刮板搅拌薄膜式等；膜式、刮板搅拌薄膜式等；z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，如各种膜式蒸发器间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器z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、加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、强迫循环蒸发器强迫循环蒸发器第7章 蒸发n有腐蚀性的溶液：蒸发此种物料，加热管采用特殊材质制成，或内壁衬有腐蚀性的溶液：蒸发此

24、种物料，加热管采用特殊材质制成，或内壁衬以耐腐蚀资料。假设溶液不怕污染，也可采用浸没熄灭蒸发器。以耐腐蚀资料。假设溶液不怕污染，也可采用浸没熄灭蒸发器。z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猛烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强选用溶液湍动程度猛烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强迫循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分别室加大。迫循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分别室加大。易结垢的溶液：蒸发器运用一段时间后，就会有污垢产生，垢层的易结垢的溶液：蒸发器运用一段时间后，就会有污垢产生，

25、垢层的导热系数小，从而使传热速率下降。应选用便于清洗和溶液循环速度导热系数小，从而使传热速率下降。应选用便于清洗和溶液循环速度大的蒸发器，如悬筐式、强迫循环式、浸没熄灭式等。大的蒸发器，如悬筐式、强迫循环式、浸没熄灭式等。z溶液的处置量：溶液的处置量也是选型时应思索的要素。处置量小溶液的处置量：溶液的处置量也是选型时应思索的要素。处置量小的，选用尺寸较大的单效蒸发，处置量大的，选用尺寸适宜的多效的，选用尺寸较大的单效蒸发，处置量大的，选用尺寸适宜的多效蒸发。蒸发。第7章 蒸发 1蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻可由下式计算 管外蒸汽冷凝热阻 普通很小，但须留意及时排除加热室中不凝性气体，否那

26、么不凝性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显添加； 管壁热阻 普通可以忽略； 12111iRK117.2.3 蒸发器的传热系数蒸发器的传热系数第7章 蒸发 管内壁液一侧的垢层热阻Ri取决于溶液的性质及管内液体的运动情况。降低垢层热阻的方法是定期清理加热管，加快流体的循环速度，或参与微量阻垢剂以延缓构成垢层；在处置有结晶析出的物料时可参与少量晶种，使结晶尽能够地在溶液的主体中，而不是在加热面上析出； 管内沸腾给热阻 主要决议于沸腾液体的流动情况。2管内汽液两相流动方式3管内沸腾给热21第7章 蒸发常用蒸发器传热系数常用蒸发器传热系数K的阅历值的阅历值蒸发器的型式蒸发器的型式总传热系数总传热系

27、数K, W / (m2K)规范式自然循环规范式自然循环6003000规范式强迫循环规范式强迫循环12006000悬筐式悬筐式6003000升膜式升膜式12006000降膜式降膜式12003500第7章 蒸发7.2.4 蒸发器的辅助设备蒸发器的辅助设备1 除沫器汽液分别器除沫器汽液分别器 蒸发操作时产生的二次蒸汽，在分别室与液体分别后，仍夹带大量液滴，尤其是处置易产生泡沫的液体，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。 图中图中a ad d直直接安装在蒸发器顶部，接安装在蒸发器顶部，e eg g安装在蒸发器外安装在蒸发器外部。部。第7章 蒸发2 冷凝器冷凝器 冷凝

28、器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有间壁式和直接接触式两种。器有间壁式和直接接触式两种。3 疏水器疏水器将冷凝水及时排走，防止蒸汽由排出将冷凝水及时排走，防止蒸汽由排出管逃逸管逃逸 机械式、热膨胀式、热动力式机械式、热膨胀式、热动力式4 真空安装真空安装 当蒸发器在负压下操作时，无论采用当蒸发器在负压下操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真空安装。常用的真空安装有放射泵、水空安装。常用的真空安装有放射泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单

29、效蒸发器第7章 蒸发7.3单效蒸发单效蒸发z知过程选定：加热蒸汽压强知过程选定：加热蒸汽压强p(或温度或温度T)，冷凝器操作压强，冷凝器操作压强p(或或温度温度t0)；z计算内容：单位时间内水分蒸发量计算内容：单位时间内水分蒸发量W(kg/h)和完成液的量；和完成液的量； z 加热蒸汽用量加热蒸汽用量D(kg/h)； z 蒸发器的传热面积蒸发器的传热面积A(m2)。求解上述问题运用物料衡算方程、热量衡算方程和传热速率方程。求解上述问题运用物料衡算方程、热量衡算方程和传热速率方程。z知条件：原料液流量知条件：原料液流量F(kg/h)，原料液浓度，原料液浓度o(质量分率质量分率)和温度和温度to(

30、)，完成液的浓度，完成液的浓度(质量分率质量分率)(消费要求消费要求)；第7章 蒸发7.3.1 7.3.1 蒸发量蒸发量蒸发器的物料衡算蒸发器的物料衡算对溶质做物料衡算：对溶质做物料衡算： 000W1wFwwFWFwFwwFW得：水分蒸发量：完成液量：完成液组成：式中：式中： 溶液的进料量；溶液的进料量； 水份蒸发量二次蒸汽的量；水份蒸发量二次蒸汽的量； 原料液中溶质的浓度，质量分率；原料液中溶质的浓度，质量分率； 完成液中溶质的浓度，质量分率。完成液中溶质的浓度，质量分率。F1kg hW1hkg0ww0FwFW w蒸发室加热室W,t0,IF,w0,t0,i0D,T0,I0D,T0,IcQLF

31、-Ww,t,iT第7章 蒸发7.3.2 加热蒸汽的耗费量加热蒸汽的耗费量蒸发器的热量衡算蒸发器的热量衡算对进出蒸发器的热量进展衡算：对进出蒸发器的热量进展衡算：00()()LF iiW IiQDr00L()DrFiF W i WIQ1 .溶液的浓缩热显著的溶液溶液的浓缩热显著的溶液蒸发室加热室W,t0,IF,w0,t0,i0D,T0,I0D,T0,IcQLF-Ww,t,iTD加热蒸汽耗费量，加热蒸汽耗费量，kg/s；T0,t加料液与完成液的温度，加料液与完成液的温度，；i0,i加料液，完成液热焓，加料液，完成液热焓，kJ/kg； I,Ic 二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，k

32、J/kg。 式中热损失式中热损失QL 可视详细条件来取加热蒸汽放热量可视详细条件来取加热蒸汽放热量 Dr0 的的 某一百分数。某一百分数。 第7章 蒸发.溶液的浓缩热可以忽略溶液的浓缩热可以忽略当溶液的浓缩热不大，溶液的焓值可用比热计算。当溶液的浓缩热不大，溶液的焓值可用比热计算。以以0的液体为基准，那么：的液体为基准，那么：00 0ic t0ic t00L0()Fc ttWrQDr00()()LF iiW IiQDr第7章 蒸发例例7-1 在延续操作的蒸发器中，将在延续操作的蒸发器中，将2000kg/h的某无机盐水溶液由的某无机盐水溶液由0.1浓缩浓缩到到0.3(均为质量分数均为质量分数)。

33、蒸发器的操作压强为。蒸发器的操作压强为40kPa，相应的溶液沸点为，相应的溶液沸点为80。加热蒸汽的压强为。加热蒸汽的压强为200kPa。知原料液的比热为。知原料液的比热为3.77kJ/(kg)，蒸，蒸发器的热损失为发器的热损失为12000W。设溶液的稀释热可以忽略，试求。设溶液的稀释热可以忽略，试求:1.水的蒸发量；水的蒸发量；2.原料液分别为原料液分别为30、80、120时的加热蒸汽耗费量。时的加热蒸汽耗费量。解：解：查附录查附录200kPa200kPa和和8080的饱和水蒸汽的汽化潜热分别为的饱和水蒸汽的汽化潜热分别为2205kJ/kg2205kJ/kg、2308kJ/kg2308kJ/

34、kg. .加热蒸汽耗费量加热蒸汽耗费量. .水的蒸发量水的蒸发量00.1(1)2000(1)1333/0.3wWFkghw第7章 蒸发a.原料温度为原料温度为30000()DLWrFc ttQrhkg/158822051000/360012000)3080(77. 3200023081330b.原料温度为原料温度为80000()DLWrFc ttQrhkg /141722051000/360012000)8080(77. 3200023081330000()DLWrFc ttQrhkg/128022051000/360012000)12080(77. 3200023081330c.原料温度为原

35、料温度为120结论：原料温度越高，加热蒸汽耗费越小。结论：原料温度越高，加热蒸汽耗费越小。第7章 蒸发7.3.3 蒸发速率与传热温度差蒸发速率与传热温度差 Q=KAtm据此计算蒸发器传热面积据此计算蒸发器传热面积A。其中。其中tm 计算如下计算如下:mQAK t1 平均温度差平均温度差tm蒸发属两相均有相变的恒温传热过程，故传热的平均温度差为蒸发属两相均有相变的恒温传热过程，故传热的平均温度差为 tm=T0-t当加热蒸汽选定时，蒸发计算需知道溶液的沸点当加热蒸汽选定时，蒸发计算需知道溶液的沸点t，即可计算传，即可计算传热温度差，在一定压强下，溶液的沸点热温度差，在一定压强下，溶液的沸点t较纯水

36、的沸点高。较纯水的沸点高。在实践消费中，知的是加热蒸汽的温度在实践消费中，知的是加热蒸汽的温度T0和冷凝器和冷凝器(或分别室或分别室)二次蒸汽的温度二次蒸汽的温度t0。(T0-t0)=tT，称为实际传热温差。，称为实际传热温差。第7章 蒸发由于各种缘由导致溶液沸点升高使的实践传热温差(T0-t)较实际传热温差要小，其差值称为温度差损失：(1)因溶质存在，使溶液沸点升高导致与纯水沸点之差因溶质存在，使溶液沸点升高导致与纯水沸点之差 ；(2)蒸发器操作时需维持一定液位，因加热管内液柱静压强而使沸蒸发器操作时需维持一定液位，因加热管内液柱静压强而使沸点点 升高升高；(3)二次蒸汽由蒸发器分别室流动到

37、冷凝器二次蒸汽由蒸发器分别室流动到冷凝器(或下一效蒸发器加热室或下一效蒸发器加热室)时产生压强降，导致的温度差损失时产生压强降，导致的温度差损失(假设假设t0指分别室温度时，指分别室温度时，=0)。呵斥温度差损失的主要缘由呵斥温度差损失的主要缘由总的温度差损失为三项之和，即总的温度差损失为三项之和，即= + +第7章 蒸发1因溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失因溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失设设tA为仅思索因溶质存在时引起蒸汽压下降时溶液的沸点，那么为仅思索因溶质存在时引起蒸汽压下降时溶液的沸点，那么=tA-t0。 值的大小与溶液的种类、浓度以及操作压强有关，通常值的大小与溶液的种类、浓度以及

38、操作压强有关，通常采用阅历法那么计算：采用阅历法那么计算：.阅历估算法阅历估算法(吉辛科法吉辛科法)对常压下由于蒸汽压下降而引起的沸点升高对常压下由于蒸汽压下降而引起的沸点升高a进展修正用于操作进展修正用于操作压强下的温度差损失。压强下的温度差损失。 =fa 式中：式中： a 常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高， a=tA-100； tA 常压下溶液的沸点，常压下溶液的沸点，其值可从有关手册查得；，其值可从有关手册查得； f 校正系数，无因次，校正系数，无因次，f=0.0162(t0)2/r t0，r 分别为实践操作压强下水的沸点分别为实践操作压

39、强下水的沸点(K)和汽和汽化潜热化潜热(kJ/kg)。 第7章 蒸发溶液沸点tAtA纯水沸点tWtWC%.杜林规那么法杜林规那么法(Duhrings rule)杜林规那么：溶液的沸点和一杜林规那么：溶液的沸点和一样压强下溶剂的沸点之间呈线性关样压强下溶剂的沸点之间呈线性关系。系。因此，对一定浓度的溶液，只需知道它在两个不同压强下的沸点，因此，对一定浓度的溶液，只需知道它在两个不同压强下的沸点，再查出一样压强下对应水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由再查出一样压强下对应水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由此直线即可求得该溶液在其它压强下的沸点。此直线即可求得该溶液在其它压强下的沸点。

40、第7章 蒸发5mgLpp 某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液位，使得液面以下液体接某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液位，使得液面以下液体接受更大的压强，因此导致沸点升高。液层内部沸点与外表沸点之差即受更大的压强，因此导致沸点升高。液层内部沸点与外表沸点之差即为因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失为因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失。2因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失 普通以为沸腾时发生在液面下普通以为沸腾时发生在液面下1/5处处取液层下取液层下1/5处压强处压强pm下对应的沸点下对应的沸点tpm为根据。设分别为根据。设分别室压强为室压强为p

41、，Pa，液面高度为，液面高度为L那么液层下那么液层下1/5处压强为：处压强为：溶液的平均密度，溶液的平均密度，kg/m2； L液层高度，液层高度，m。 第7章 蒸发tpm 压强压强pm下水的沸点，下水的沸点，(因溶液沸点难于查取，故取该压强下因溶液沸点难于查取，故取该压强下纯水沸点近似作为溶液沸点纯水沸点近似作为溶液沸点)； tp 与二次蒸汽压强与二次蒸汽压强p对应的水的沸点，对应的水的沸点，；对应的温度差损失：对应的温度差损失：mpptt 第7章 蒸发在三种温差损失的计算中，以在三种温差损失的计算中，以为最大，为主要影响要素。为最大，为主要影响要素。 3由于管路流动阻力而引起的温度差损失由于

42、管路流动阻力而引起的温度差损失 二次蒸汽由分别室流到冷凝器二次蒸汽由分别室流到冷凝器(或下一效加热室或下一效加热室)时，因管道流动时，因管道流动阻力使二次蒸汽的压强有所降低，温度也相应下降，由此引起的温度阻力使二次蒸汽的压强有所降低，温度也相应下降，由此引起的温度差损失即为差损失即为 。因二次蒸汽产生的压强降，随管路的布置情况而异，。因二次蒸汽产生的压强降，随管路的布置情况而异，其计算较繁。通常根据消费阅历值选取：其计算较繁。通常根据消费阅历值选取： =1单效蒸发：二次蒸汽单效蒸发：二次蒸汽 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器 =11.5 多效蒸发：二次蒸汽多效蒸发：二次蒸汽 蒸发器蒸发器冷凝器。冷凝器

43、。多效蒸发：二次蒸汽多效蒸发：二次蒸汽 蒸发器蒸发器下一效加热室下一效加热室=11.5 第7章 蒸发2 单效蒸发计算例如单效蒸发计算例如00.1W11800 11440/0.5wFkg hw例例7-2 将将10%的的NaOH水溶液蒸发到水溶液蒸发到50%，处置量为，处置量为1800kg/h，原料液，原料液温度温度60，比热为，比热为3.4kJ/kg，加热蒸汽和分别室压强分别为，加热蒸汽和分别室压强分别为400kPa和和50kPa，蒸发器内液面高度为，蒸发器内液面高度为2m，溶液平均密度为，溶液平均密度为1400kg/m3，总，总传热系数传热系数K为为1500W/(m2)，假设热损失为传热量的，

44、假设热损失为传热量的10%，忽略稀，忽略稀释热，试计算加热蒸汽耗费量，水分蒸发量，产品量及所需传热面积。释热，试计算加热蒸汽耗费量，水分蒸发量，产品量及所需传热面积。解：查附表：解：查附表： p=400kPa下蒸汽下蒸汽T0=143.4，r0=2.5kJ/kg p=50kPa下二次蒸汽下二次蒸汽t0=81.2，r=2304.5kJ/kg(1)水蒸发量水蒸发量(2)产品量产品量 F-W=1800-1440=360kg/h第7章 蒸发(3)加热蒸汽用量加热蒸汽用量Dr0=Wr+FC0(t-t0)+QL QL=0.1Dr0 D=1.1Wr+ FC0(t-t0)/r0 其中：其中：t=t0+=81.2

45、+的计算采用杜林规那么的计算采用杜林规那么因溶液在蒸发器中循环接近完成液，故取因溶液在蒸发器中循环接近完成液，故取w=0.50查表：水的沸点在查表：水的沸点在81.2,50%NaOH的沸点为的沸点为121.1 =tA- tW =121.1-81.2=39.9 第7章 蒸发1400 9.81 25055.4952 1000mgLppkPa211103700:39.6()1500 (143.4 124.8)oQAmK Tt传热面积的计算：的计算：查得：查得：pm=55.49kPa下水沸点下水沸点tpm=83.7 =tpm-tp=83.7-81.2=2.5取取=1.2 t=81.2+39.9+2.5

46、+1.2=124.8 故：故： D=1.114402304.5+18003.4(124.8-60)/2.5=1911kg/h(4)传热面积传热面积传热量传热量:Q=Dr0=19112.5/3600=1.2 kW第7章 蒸发7.4蒸发操作的经济性与多效蒸发蒸发操作的经济性与多效蒸发7.4.1 7.4.1 蒸发的经济性评价蒸发的经济性评价1 蒸发器的消费才干和消费强度蒸发器的消费才干和消费强度蒸发器的消费才干：单位时间内蒸发的水量蒸发器的消费才干：单位时间内蒸发的水量W(kg/h)：QWr蒸发器的消费强度蒸发器的消费强度U：指单位时间单位传热面积上所蒸发的水量，：指单位时间单位传热面积上所蒸发的水

47、量，kg/(m2h) WUA沸点进料，且不计热损失沸点进料，且不计热损失 m0QKA tDrWr1WQUKtAA rr第7章 蒸发2.2.提高蒸发器消费强度的途径提高蒸发器消费强度的途径(1)提高传热温度差提高传热温度差tm方法：方法：2增大总传热系数增大总传热系数K提高热源的温度提高热源的温度 ：如采用高温热源：如采用高温热源mtTt降低溶液的沸点降低溶液的沸点 ：如采用真空蒸发：如采用真空蒸发 增大管内对流传热系数增大管内对流传热系数ii减少管内侧污垢热阻减少管内侧污垢热阻第7章 蒸发3 3 加热蒸汽的经济性加热蒸汽的经济性加热蒸汽的经济性是指加热蒸汽的经济性是指1kg1kg加热蒸汽可蒸发

48、的水量，即加热蒸汽可蒸发的水量，即W/DW/D。假设原料液在沸点下进入蒸发器，忽略热损失，那么有：假设原料液在沸点下进入蒸发器，忽略热损失，那么有：0rDeWr 称为单位蒸汽耗费量，表示每蒸发称为单位蒸汽耗费量，表示每蒸发1kg1kg水所需耗费的加热蒸水所需耗费的加热蒸汽量，可用来阐明加热蒸汽的利用率。汽量，可用来阐明加热蒸汽的利用率。e 为节约能源，降低能耗，需提高加热蒸汽的经济性。其中最为节约能源，降低能耗，需提高加热蒸汽的经济性。其中最主要的途径是采用多效蒸发。主要的途径是采用多效蒸发。第7章 蒸发1.并流流程并流流程又称为顺流加料加料流程，是工又称为顺流加料加料流程，是工业上最常见的加料方式。业上最常见的加料方式。7.4.2 多效蒸发流程多效蒸发流程蒸汽流动方向：蒸汽流动方向： 123溶液流动方向：溶液流动方向： 123 料液可自动流入下一效，无需泵料液可自动流入下一效，无需泵保送；保送； 溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；汽；传热推进力依次减小；传热推进力依次减小； K依次减小；依次减小；并流多效蒸发并流多效蒸发第7章 蒸发优、缺陷：优、缺陷： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 传热推进力较为均匀；传热推进力较为均匀；2.逆流流程逆流流程蒸汽流动方向：蒸汽流动方向： 321溶