化工原理第六章蒸发课件

第六章蒸发第一节概述第二节单效蒸发第三节多效蒸发第六章蒸发第一节概述1第一节概述一、蒸发的概念：挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾－→溶剂局部汽化；溶液浓缩热量供给→汽化→热量衡算传热特速率点蒸汽移出→浓缩→物料衡算方程沸腾现象溶液→沸点升高第一节概述一、蒸发的概念：2装置：下部有加热室〔管式换热器〕管外：加热饱和蒸汽蒸发器管内：溶液沸腾汽化浓缩液底部排出上部：别离室蒸汽与液沫别离，挡板除沫冷凝器装置：下部有加热室〔管式换热器〕3二、蒸发过程的分类：1、操作压力常压沸点>100℃饱和蒸汽压力高减压沸点低：(1)↑Δtm,(2)可利用废汽(3)热敏性物质沸点温度低，减少热损失缺点：(1)真空装置(2)沸点↓，μ↑，α↓，K↓(3)二次蒸汽t↓,冷凝器温差二、蒸发过程的分类：42、二次蒸汽利用单效蒸发多效蒸发二次蒸汽用于下一效操作压力、沸点低于上效3、操作情况连续式以X1出料沸点最高间隙式一次加料→最终X1出料连续加料维持液面，X1一次出料2、二次蒸汽利用5间隙式时，x值一直变化

间隙式生产能力>连续式〔操作情况下〕，但间隙式存在非生产时间。间隙式时，x值一直变化6三、蒸发过程总结1、实质是传热过程2、沸点升高，传热温差小于蒸发纯溶剂3、重视体系特性结垢、结晶热敏物质粘度与腐蚀性等三、蒸发过程总结7第二节单效蒸发讨论对象：连续稳态操作条件：加料量Fkg/h；质量分数x0；初温t0；要求完成液浓度x1；加热蒸汽TS(pS)饱和蒸汽；操作压力pC任务：(1)计算水分蒸发量〔二次蒸汽量〕Wkg/h(2)加热蒸汽消耗量Dkg/h(3)蒸发器传热面积S第二节单效蒸发讨论对象：连续稳态操作8一、单效蒸发器的计算物料衡算热量衡算传热速率方程沸点升高关系式一、单效蒸发器的计算91、蒸发量w

以单位时间为基准，物料衡算：1、蒸发量w102、加热蒸汽消耗量D：

以单位时间为基准，焓衡算，0℃焓值为0

H：TS(PS)下饱和蒸汽的焓值；

H’：二次蒸汽焓值；h0,h1使用焓浓图查得

hw：TS下饱和冷凝水的焓值。2、加热蒸汽消耗量D：11

如果不考虑溶液的稀释热如果不考虑溶液的稀释热12

r’：二次蒸汽的汽化潜热r：饱和蒸汽〔加热〕汽化潜热

13讨论：(1)假设沸点进料，t0=t1，且QL=0

〔蒸发1kg水蒸汽量〕(2)由于蒸汽汽化潜热随温度〔p〕变化不大

考虑到r与r’的差异及QL，D1.1w讨论：143、蒸发器的传热面积：假设不考虑热损失：Q=Dr且整个蒸发过程是恒温差过程：K值的计算：α冷凝>α沸腾3、蒸发器的传热面积：15管内溶液沸腾传热的影响因素物性蒸发器形状沸腾传热形式操作条件

K值一般为实验求取。管内溶液沸腾传热的影响因素16二、浓缩热与溶液的焓浓图NaCl、CaCl2稀释时放热，浓缩时需加热，浓度变大时影响越大。溶液的焓值由焓浓图查出。实例：不考虑浓缩热，一样传热面积S下，处理量F与实际的高6％。二、浓缩热与溶液的焓浓图17三、蒸发设备中的温度差损失t1实际条件(1)溶液沸点升高下的沸点(2)蒸发器液层压强(3)蒸发器冷凝器的压降三、蒸发设备中的温度差损失181、溶液沸点升高――杜林规那么’：与溶液的种类、浓度、蒸汽压力有关(1)手册上可以查到常压下的溶液沸点(2)杜林规那么：〔压强影响〕1、溶液沸点升高――杜林规那么19两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压力下的沸点差的比值为常数。(1)水的关系可以查图表(2)两组数据tA与tA0，可求另一tA’两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压202、液体静压头和加热管内磨擦损失影响：(1)保持一定的液位：(加热管长的1/2－2/3〕(2)动液位取平均压强―加热管中部p：液面上的压强；L：加热管底部以上液层高；ρ：液体的平均密度。*加热管内流速较大时，磨擦损失增大液体平均压强。2、液体静压头和加热管内磨擦损失影响：(1)保持一定的液位：213、管道流体阻力产生压降的影响pC<p二次蒸汽饱和温度↓

温度差损失十清楚显，注意选择加热蒸汽压强！3、管道流体阻力产生压降的影响22第三节多效蒸发单效与多效的区别:在于二次蒸汽的利用。单效：D/W≈1或≈1.1多效：后效的蒸发室压力和溶液沸点比原蒸发量低，二次蒸汽做为加热蒸汽。第三节多效蒸发单效与多效的区别:23理论上：一效1kg蒸汽1kg水沸点进料〔各级〕，QL=0，二效1kg蒸汽2kg水温度差损失，三效1kg蒸汽3kg水不同压力下的值。实际上：D/W123451.10.570.40.30.27理论上：24一、多效蒸发的流程溶液与加热蒸汽成并流－――→并流溶液与加热蒸汽成逆流―――→逆流溶液与加热蒸汽间或并逆流－→错流每一效参加原料液―――――→平流一、多效蒸发的流程251、并流法：(1)P>P1>P2>…>PC自流(2)t>t1>t2>…>tC闪蒸〔高于沸点进料〕(3)浓度↑，T↓，μ↑，α↓(最后两效严重〕1、并流法：262、逆流法：利用泵将物料打入下一效除末效外，低于沸点进料X↑，T↑，μ不致太大，α不致过小3、错流法：合并1，2，如NaOH2-3-1，3-1-2等4、平流法：有结晶析出*局部二次蒸汽可作预热料液2、逆流法：利用泵将物料打入下一效27二、多效蒸发器的温差损失和效数限制以三效为例：加热蒸汽T二、多效蒸发器的温差损失和效数限制28化工原理第六章蒸发课件29一样条件下t总<单效t总，沸点↑越大，下降幅度越大，效数↑，t总↓，各效越小。*维持泡核沸腾5－7℃，〔效数限制〕电解质溶液2－3效；糖水4－6效；海水淡化，〔稀溶液〕多一些。一样条件下t总<单效t总，沸点↑越大，下降幅度越大，效数30三、单效蒸发器与多效蒸发器生产能力比较1、生产能力和生产强度生产能力：单位时间内的蒸发水量。假设QL=0，t0=t1，传热量全部用于蒸发蒸发量正比于传热速率：三、单效蒸发器与多效蒸发器生产能力比较31生产强度：单位时间单位面积蒸发水量U=W/S假设QL=0，t0=t1〔忽略稀释热〕Cp0=Cp1生产强度：单位时间单位面积蒸发水量U=W/S32Δt↑饱和蒸汽压↑操作压力↓不凝气提高K结垢i：物性、操作条件Δt↑饱和蒸汽压↑332、单效与多效的比较QL=0，浓缩热Cp0=Cp1，沸点进料。2、单效与多效的比较34假设不考虑温度损失：QI≈Q，∴单效生产强度＝3倍三效生产强度去掉假设：多效生产强度小于单效生产强度.提高了加热蒸汽利用率.假设不考虑温度损失：QI≈Q，35效数的选择1、t有效

泡核2、生蒸汽的消耗3、设备投资单双D/W:(1.1-0.57)/1.1=50%,45(0.3-0.27)/0.3=10%效数的选择36第六章蒸发第一节概述第二节单效蒸发第三节多效蒸发第六章蒸发第一节概述37第一节概述一、蒸发的概念：挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾－→溶剂局部汽化；溶液浓缩热量供给→汽化→热量衡算传热特速率点蒸汽移出→浓缩→物料衡算方程沸腾现象溶液→沸点升高第一节概述一、蒸发的概念：38装置：下部有加热室〔管式换热器〕管外：加热饱和蒸汽蒸发器管内：溶液沸腾汽化浓缩液底部排出上部：别离室蒸汽与液沫别离，挡板除沫冷凝器装置：下部有加热室〔管式换热器〕39二、蒸发过程的分类：1、操作压力常压沸点>100℃饱和蒸汽压力高减压沸点低：(1)↑Δtm,(2)可利用废汽(3)热敏性物质沸点温度低，减少热损失缺点：(1)真空装置(2)沸点↓，μ↑，α↓，K↓(3)二次蒸汽t↓,冷凝器温差二、蒸发过程的分类：402、二次蒸汽利用单效蒸发多效蒸发二次蒸汽用于下一效操作压力、沸点低于上效3、操作情况连续式以X1出料沸点最高间隙式一次加料→最终X1出料连续加料维持液面，X1一次出料2、二次蒸汽利用41间隙式时，x值一直变化

间隙式生产能力>连续式〔操作情况下〕，但间隙式存在非生产时间。间隙式时，x值一直变化42三、蒸发过程总结1、实质是传热过程2、沸点升高，传热温差小于蒸发纯溶剂3、重视体系特性结垢、结晶热敏物质粘度与腐蚀性等三、蒸发过程总结43第二节单效蒸发讨论对象：连续稳态操作条件：加料量Fkg/h；质量分数x0；初温t0；要求完成液浓度x1；加热蒸汽TS(pS)饱和蒸汽；操作压力pC任务：(1)计算水分蒸发量〔二次蒸汽量〕Wkg/h(2)加热蒸汽消耗量Dkg/h(3)蒸发器传热面积S第二节单效蒸发讨论对象：连续稳态操作44一、单效蒸发器的计算物料衡算热量衡算传热速率方程沸点升高关系式一、单效蒸发器的计算451、蒸发量w

以单位时间为基准，物料衡算：1、蒸发量w462、加热蒸汽消耗量D：

以单位时间为基准，焓衡算，0℃焓值为0

H：TS(PS)下饱和蒸汽的焓值；

H’：二次蒸汽焓值；h0,h1使用焓浓图查得

hw：TS下饱和冷凝水的焓值。2、加热蒸汽消耗量D：47

如果不考虑溶液的稀释热如果不考虑溶液的稀释热48

r’：二次蒸汽的汽化潜热r：饱和蒸汽〔加热〕汽化潜热

49讨论：(1)假设沸点进料，t0=t1，且QL=0

〔蒸发1kg水蒸汽量〕(2)由于蒸汽汽化潜热随温度〔p〕变化不大

考虑到r与r’的差异及QL，D1.1w讨论：503、蒸发器的传热面积：假设不考虑热损失：Q=Dr且整个蒸发过程是恒温差过程：K值的计算：α冷凝>α沸腾3、蒸发器的传热面积：51管内溶液沸腾传热的影响因素物性蒸发器形状沸腾传热形式操作条件

K值一般为实验求取。管内溶液沸腾传热的影响因素52二、浓缩热与溶液的焓浓图NaCl、CaCl2稀释时放热，浓缩时需加热，浓度变大时影响越大。溶液的焓值由焓浓图查出。实例：不考虑浓缩热，一样传热面积S下，处理量F与实际的高6％。二、浓缩热与溶液的焓浓图53三、蒸发设备中的温度差损失t1实际条件(1)溶液沸点升高下的沸点(2)蒸发器液层压强(3)蒸发器冷凝器的压降三、蒸发设备中的温度差损失541、溶液沸点升高――杜林规那么’：与溶液的种类、浓度、蒸汽压力有关(1)手册上可以查到常压下的溶液沸点(2)杜林规那么：〔压强影响〕1、溶液沸点升高――杜林规那么55两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压力下的沸点差的比值为常数。(1)水的关系可以查图表(2)两组数据tA与tA0，可求另一tA’两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压562、液体静压头和加热管内磨擦损失影响：(1)保持一定的液位：(加热管长的1/2－2/3〕(2)动液位取平均压强―加热管中部p：液面上的压强；L：加热管底部以上液层高；ρ：液体的平均密度。*加热管内流速较大时，磨擦损失增大液体平均压强。2、液体静压头和加热管内磨擦损失影响：(1)保持一定的液位：573、管道流体阻力产生压降的影响pC<p二次蒸汽饱和温度↓

温度差损失十清楚显，注意选择加热蒸汽压强！3、管道流体阻力产生压降的影响58第三节多效蒸发单效与多效的区别:在于二次蒸汽的利用。单效：D/W≈1或≈1.1多效：后效的蒸发室压力和溶液沸点比原蒸发量低，二次蒸汽做为加热蒸汽。第三节多效蒸发单效与多效的区别:59理论上：一效1kg蒸汽1kg水沸点进料〔各级〕，QL=0，二效1kg蒸汽2kg水温度差损失，三效1kg蒸汽3kg水不同压力下的值。实际上：D/W123451.10.570.40.30.27理论上：60一、多效蒸发的流程溶液与加热蒸汽成并流－――→并流溶液与加热蒸汽成逆流―――→逆流溶液与加热蒸汽间或并逆流－→错流每一效参加原料液―――――→平流一、多效蒸发的流程611、并流法：(1)P>P1>P2>…>PC自流(2)t>t1>t2>…>tC闪蒸〔高于沸点进料〕(3)浓度↑，T↓，μ↑，α↓(最后两效严重〕1、并流法：622、逆流法：利用泵将物料打入下一效除末效外，低于沸点进料X↑，T↑，μ不致太大，α不致过小3、错流法：合并1，2，如NaOH2-3-1，3-1-2等4、平流法：有结晶析出*局部二次蒸汽可作预热料