第五章蒸发(3节)

1、O返回2022-6-7 为什么采用多效蒸发？为什么采用多效蒸发？ 可以节能！可以节能！平流流程错流流程逆流流程并流流程向分为按料液与二次蒸汽的走不论何种流程不论何种流程总的规律如下总的规律如下： 生蒸汽进入第一效，蒸出的生蒸汽进入第一效，蒸出的二次蒸汽二次蒸汽进入第二效进入第二效作为作为加热加热蒸汽蒸汽用，以次类推；第三效（最后一效）的二次蒸汽进入大气用，以次类推；第三效（最后一效）的二次蒸汽进入大气冷凝器；造成蒸发室真空，即真空操作。冷凝器；造成蒸发室真空，即真空操作。多效蒸发中各效的加热温度及沸点：多效蒸发中各效的加热温度及沸点：T (T1)t1T 2 t2T3t3Tk各效中操作压强依次为

2、各效中操作压强依次为：Ps pPs p1 1 p p2 2 pp3 3 p pk k以上是多效蒸发的操作原理。以上是多效蒸发的操作原理。 生蒸汽只用一次，产生的二次蒸汽作为加热蒸汽被反复利生蒸汽只用一次，产生的二次蒸汽作为加热蒸汽被反复利用，节能！用，节能！O返回2022-6-71 1、并流（顺流）流程、并流（顺流）流程( (料液与加热蒸汽并流料液与加热蒸汽并流) )并流特点并流特点( (以三效为例以三效为例) )的流程的流程原料液原料液t1t2生蒸汽生蒸汽Ps、T(T1)p1p2p3安全罐安全罐真空泵真空泵pkTkT2T3完成液完成液O返回2022-6-7物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸气蒸汽

3、：生蒸气1 2 3 1 2 3 冷凝器冷凝器 溶液：溶液： 1 23 1 23 储罐；储罐；x x0 0 xx1 1xx2 2xtTt1 1 , , P Ps s p p1 1 p p2 2 p p3 3 p pk k; ; 又由于蒸汽流动有阻力损失，又由于蒸汽流动有阻力损失， pp3 3 p pk k ; ;即一般多效即一般多效 蒸发中，蒸发中，最后一效均为真空蒸发最后一效均为真空蒸发。2 2、沸点关系：、沸点关系： TtTt1 1tt2 2tt3 3; ;3 3、由于并流是溶液从高压罐向低压罐流动，则溶液在、由于并流是溶液从高压罐向低压罐流动，则溶液在 效间输送不需要泵效间输送不需要泵，溶

4、液靠压强差流动即可溶液靠压强差流动即可。4 4、在并流操作中、在并流操作中存在存在自蒸发现象。自蒸发现象。5 5、流程简单，、流程简单，操作稳定可靠操作稳定可靠。O返回2022-6-7并流蒸发流程的缺点：并流蒸发流程的缺点： 后一效的溶液比前一效的溶液浓度大，后一效的溶液比前一效的溶液浓度大，但温度但温度却低，却低，则溶液黏度变大，传热系数则溶液黏度变大，传热系数K K变小，蒸发效变小，蒸发效果越来越差。果越来越差。因此因此并流蒸发流程：并流蒸发流程： 不适合蒸发黏度随溶液浓度变化较大的溶液及不适合蒸发黏度随溶液浓度变化较大的溶液及易结晶溶液的蒸发。易结晶溶液的蒸发。O返回2022-6-7逆流

5、流程特点：逆流流程特点：以三效为例以三效为例p2p1p3生蒸汽生蒸汽Ps、T(T1)T2T3安全罐安全罐真空泵真空泵PkTkt3t2完成液完成液t1原料液原料液2 2、逆流流程、逆流流程( (料液与加热蒸汽相反料液与加热蒸汽相反) )O返回2022-6-7物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸气蒸汽：生蒸气1 2 3 冷凝器冷凝器溶液：溶液： 3 21储罐；储罐； x0 x3x2t1,P3 P2P1tTt1 1tt2 2tt3 3; ;3 3、由于逆流是溶液从低压罐到高压罐流动，则溶液在、由于逆流是溶液从低压罐到高压罐流动，则溶液在 效间输送必须用泵效间输送必须用泵。4 4、在逆流操作中、在逆流操作中

6、无自蒸发现象无自蒸发现象，产生的蒸汽量少于前者，产生的蒸汽量少于前者。5 5、溶液在各效的温度升高，则黏度下降，、溶液在各效的温度升高，则黏度下降，K K值上升，所值上升，所 需的传热面积需的传热面积S S小于前者。小于前者。O返回2022-6-7 效间输送效间输送，由于溶液是由低压蒸发器，由于溶液是由低压蒸发器 进入高压进入高压的蒸发器内，效间输送需要用泵的蒸发器内，效间输送需要用泵 完成，增加了设备完成，增加了设备费用。费用。 溶液溶液由沸点低的蒸发器进入沸点高的由沸点低的蒸发器进入沸点高的 蒸发器，蒸发器，无自蒸发，产生的蒸汽量少于前者。无自蒸发，产生的蒸汽量少于前者。 完成液完成液的温

7、度（沸点）较高，耗热量较大。的温度（沸点）较高，耗热量较大。逆流蒸发流程缺点：逆流蒸发流程缺点：O返回2022-6-7以五效为例说明：部分并流以五效为例说明：部分并流, ,部分逆流。部分逆流。物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸气蒸汽：生蒸气1 2 3 4 51 2 3 4 5冷凝器冷凝器溶液：溶液：储罐储罐 1 1 2 2 3 3 45 45储罐；储罐； （原料液）原料液）温度高，温度高，x x大，但黏度小；大，但黏度小； 温度低，温度低，x x大，黏度大；大，黏度大； 错流的目的：利用并、逆流的优点，克服或减轻两错流的目的：利用并、逆流的优点，克服或减轻两 者的缺点。者的缺点。 一般：一般：末尾

8、几效为并流末尾几效为并流，虽然黏度较大，但可以不用，虽然黏度较大，但可以不用泵，存在自蒸发，产生较多的蒸汽。泵，存在自蒸发，产生较多的蒸汽。3 3、错流流程：、错流流程：O返回2022-6-7 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二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T优、缺点：优、缺点： 兼有并、逆流的优点；兼有并、逆流的优点； 操作复杂操作复杂。以三效为例说明：部分并流以三效为例说明：部分并流, ,部分逆流。部分逆流。O返回2022-6-7 物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸气蒸汽：生蒸气1 2 3 1 2 3 冷凝器冷凝器 特点：特点：原料液平行、同时进入原

9、料液平行、同时进入 各效中，各效也同时产生完各效中，各效也同时产生完 成液。溶液不在效间流动。成液。溶液不在效间流动。 例易结晶的盐类的蒸发可以不例易结晶的盐类的蒸发可以不 用在效间输送。用在效间输送。溶液：溶液： 3 2 1 储罐储罐 储罐储罐 储罐储罐平流适用于：平流适用于：易结晶的料液。易结晶的料液。 例无机盐的蒸发。例无机盐的蒸发。4、平流流程：、平流流程：O返回2022-6-7 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸发器平流流程优、缺点：平流流程优、缺点： 各效独立进料，传热状各效独立进料，传热状况均较好；况均较好； 物料停留时间较短物料停留时间较短思考：思考： 1

10、1、黏度随浓度变化很大的料液，、黏度随浓度变化很大的料液，宜采用哪一种流程？宜采用哪一种流程？ 平流、逆流或错流平流、逆流或错流2 2、当最后浓缩液在高温下易被破坏、当最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？时，宜采用哪一种流程？ 并流并流3 3、当进料几乎是饱和液时，宜采用、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？哪一种流程？ 平流平流平流流程：平流流程：O返回2022-6-7 在多效蒸发操作中，有时并不是将每效所产生的二次蒸汽全部引入后在多效蒸发操作中，有时并不是将每效所产生的二次蒸汽全部引入后一效，作为加热蒸汽用，而是将其中的一部分引出，用于其它，一效，作为加热蒸汽用，而是将其中

11、的一部分引出，用于其它，例：用于例：用于预热原料液；预热原料液；在制糖中用于蒸发后的结晶加热；在制糖中用于蒸发后的结晶加热；预热浴室用水等等。预热浴室用水等等。 但但最后一效的二次蒸汽最后一效的二次蒸汽由于压由于压强低，一般不引出额外二次蒸汽，强低，一般不引出额外二次蒸汽，而是而是全部送入冷凝器。全部送入冷凝器。O返回2022-6-7特点：特点：蒸发器中每一效蒸发器中每一效排除冷凝水的温度都比排除冷凝水的温度都比下一效中溶液温度高。下一效中溶液温度高。因此，因此，可以让冷凝水通可以让冷凝水通过一自蒸发器，过一自蒸发器，减压为减压为下一效加热室的压力，下一效加热室的压力，自蒸发产生的蒸汽与前自蒸

12、发产生的蒸汽与前一效的二次蒸汽合并，一效的二次蒸汽合并，可作为作为下一效的加可作为作为下一效的加热蒸汽用。热蒸汽用。达到了节能达到了节能的目的。的目的。O返回2022-6-7 蒸发器加热室排出大量高温冷凝水，这些水理应返回锅炉房重新使蒸发器加热室排出大量高温冷凝水，这些水理应返回锅炉房重新使用，这样既节省能源又节省水源。用，这样既节省能源又节省水源。 但应用这种方法时，应注意水质监测，避免因蒸发器损坏或阀门泄但应用这种方法时，应注意水质监测，避免因蒸发器损坏或阀门泄漏，污染锅炉补水系统。当然高温冷凝水还可用于其他加热或需工业用漏，污染锅炉补水系统。当然高温冷凝水还可用于其他加热或需工业用水的场

13、合。水的场合。热泵蒸发流程：热泵蒸发流程：将蒸发器蒸出的二次蒸汽用压缩机压缩，提高将蒸发器蒸出的二次蒸汽用压缩机压缩，提高它的压力，倘若压力又达加热蒸汽压力时，则它的压力，倘若压力又达加热蒸汽压力时，则可送回入口，循环使用。可送回入口，循环使用。加热蒸汽（或生蒸汽）只作为启动或补充泄漏、加热蒸汽（或生蒸汽）只作为启动或补充泄漏、损失等用。因此节省了大量损失等用。因此节省了大量生蒸汽，热泵蒸发的生蒸汽，热泵蒸发的流程如图流程如图4-44-4所示。所示。图9-4 热泵蒸发流程O返回2022-6-7以三效为了说明：以三效为了说明：p1Ps、T1T 1t1T2p2T 2t2p3Pk、TkT 3t3T3

14、 如果无温差损失：如果无温差损失：第一效温差第一效温差t1=T1-t1; t1=T 1=T2第二效温差第二效温差t2=T2-t2; t2=T 2=T3第三效温差第三效温差t3=T3-t3; t3=T 3=Tk理论上理论上各效间最大可能的各效间最大可能的总温差总温差: :t=T1-Tk,t2= t1- T3 ; t3= t2-TkO返回2022-6-7 实际各效间的溶液由于实际各效间的溶液由于蒸汽压下降蒸汽压下降及及静液体柱静液体柱的存的存在，均使溶液的沸点高于相同条件下的纯水的沸点，使在，均使溶液的沸点高于相同条件下的纯水的沸点，使传热推动力降低。传热推动力降低。将将多效蒸发多效蒸发与与单效蒸

15、发单效蒸发的温差损失对比：的温差损失对比： 多效蒸发中每一效均存在多效蒸发中每一效均存在 、 =ti-T i; =T(pi+L)/2-Tp; =Tp-Tk=1 有效温差有效温差t=T1-Tk-结论：结论：多效蒸发时的温度差损失比单效要大，且每一效的多效蒸发时的温度差损失比单效要大，且每一效的 温差小。温差小。O返回2022-6-7O返回2022-6-7100kPa 1PS=500kPa70kPa 28kPa 31=21=1t1=? 2=52=2t2=?3=203=4t3=?T 1=?T 2=?T 3=?1=1 2=1 3=1 t1=?t2=?t3=?T2T3TK =?t=?O返回2022-6-

16、7解：查表解：查表Ps=500kPa，T1=151.7；p1=100kPa，T1=99.6，t1=T1 + 1 +1 =102.6p2=50kPa, T2=81.2，t2=T2+ 2+2=88.2p3=8kPa, T3=41.3；t3=T3+ 3+3=65.3T2=99.6-1=98.6；T3=81.2-1=80.2；Tk=41.3-1=40.3；t1=T1-t1=151.7-102.6=49.1； t2=T2-t2=98.6-88.2=10.4；t3=T3-t3=80.2-65.3=14.9t= t1+t2+t3=74.4O返回2022-6-7对于单效蒸发对于单效蒸发：Q=KSt=KS(T-

17、t) 对于多效蒸发：一般每效的传热面积相等，传热系数相同，对于多效蒸发：一般每效的传热面积相等，传热系数相同，则则Q=KS(ti) 虽然多效蒸发，使生蒸汽虽然多效蒸发，使生蒸汽D D耗用量减少，二次蒸汽的热量得到耗用量减少，二次蒸汽的热量得到一定利用一定利用，但是由于存在温差损失加大，效数越多温差损失越大，但是由于存在温差损失加大，效数越多温差损失越大，生产能力和生产强度却降低，水蒸气的热量利用率降低，因此，并生产能力和生产强度却降低，水蒸气的热量利用率降低，因此，并不是效数越多越有利于蒸发操作，不是效数越多越有利于蒸发操作，一般由经济权衡最佳效数。一般由经济权衡最佳效数。结论：结论：单效蒸发

18、单效蒸发与与多效蒸发多效蒸发比较：比较：较少的生蒸汽的用量；较少的生蒸汽的用量；温度差损失增大，每效的传热温差小；温度差损失增大，每效的传热温差小；蒸发器的生产强度降低。蒸发器的生产强度降低。O返回2022-6-73291：在单效中央循环管式蒸发器内，将在单效中央循环管式蒸发器内，将1010的的NaOHNaOH溶液浓溶液浓缩至缩至2525，分离室内绝对压强为，分离室内绝对压强为1515kPakPa；试求：因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高及相应的沸点。试求：因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高及相应的沸点。解：解：依题意，查图依题意，查图101.3101.3kPakPa时，时，2525的的 NaOH

19、NaOH的沸点升高为的沸点升高为 a a =13 =13;操作压强操作压强p=15kPap=15kPa时时T T =53.5=53.5，r=2370.0kJ/kg;r=2370.0kJ/kg; =f =fa a, , 7287. 00 .2370)2735 .53(0162. 0)273(0162. 022rTf3292：上题中加热管高度上题中加热管高度L=1.6m,L=1.6m,溶液密度为溶液密度为12301230kg/mkg/m3 3; ;求：因液柱高而引起的沸点升高及溶液的沸点。求：因液柱高而引起的沸点升高及溶液的沸点。沸点；635 . 95 .535 . 9137287. 0TtfaO

20、返回2022-6-7解：解：依题意，依题意，L=1.6m,=1230kg/m3;时的；用插入法求出时的查表：6 .726 . 95 . 95 .53/0 .2370;6 . 95 .531 .635 .5315)(1 .63653.2404.2465326 . 181. 91230150002 TtkgkJrTTTkPapTpkPagLppPpPpmmmm3293：前两题的溶液在传热面积为前两题的溶液在传热面积为4040m m2 2的蒸发器内，用绝压的蒸发器内，用绝压为为120120kPakPa的饱和蒸汽加热。原料液于的饱和蒸汽加热。原料液于4040时进入蒸发器，总传时进入蒸发器，总传热系数热

21、系数K K为为13001300W/(mW/(m2 2)，热损失为总传热量的热损失为总传热量的2020，冷凝水，冷凝水在饱和温度下排出。在饱和温度下排出。求：求：1) 1)加热蒸汽的消耗量；加热蒸汽的消耗量； 2) 2)每小时能处理的原料液质量。每小时能处理的原料液质量。O返回2022-6-7/ 6 .4616hkgF 解：解：依题意依题意，S=40m2,K=1300W/m2;Ps=120kPa时，时，T=104.5r=2246.8kJ/kg;/3189/88595. 0108 .22462 . 1)6 .725 .104(401300)2 . 01()(;)(3hkgskgrtTKSDQtTK

22、SDrQL,/2902572;/160%,10,40,)(1001kgkJhkgkJhrhhFrWD，查表;31898 .224615528 .2246)160290(2370;6 . 025101FFWDFFWO返回2022-6-73304：在单效蒸发器中，每小时将在单效蒸发器中，每小时将10104 4kgkg的的NaNONaNO3 3水溶液从水溶液从5 5浓缩至浓缩至2525，原料液温度为，原料液温度为4040。分离室的真空度为。分离室的真空度为6060kPakPa；加热汽表压为加热汽表压为3030kPakPa。蒸发器的总传热系数为蒸发器的总传热系数为20002000W/(mW/(m2 2

23、)，热热损失忽略；溶液液柱高引起的温度差损失忽略。损失忽略；溶液液柱高引起的温度差损失忽略。试求：蒸发器的传热面积及加热蒸汽的耗用量。试求：蒸发器的传热面积及加热蒸汽的耗用量。( (当地大气压为当地大气压为101.33101.33kPa)kPa)解：解：依题意，依题意，F=104kg/h,K=2000W/m2;P=101.33-60=41.33kPa时，时，T=75.8; r=2302.96kJ/kg; Ps=30+101.33=131.33kPa,查表查表(插入法插入法)T=107.16，r=2239.78kJ/kg;）（tDrtTKQS6 .1072000)(rrWttFCDP)(010/800025511000010hkgxxFWO返回2022-6-7/928078.22399