第三节 多效蒸发

第三节多效蒸发在单效蒸发中，蒸发1kg水分需消耗1kg多的加热蒸汽，在大规模生产中为了节省蒸汽用量，同时也为了使析出的晶体及时与溶液分离，一般采用多效蒸发。常见有双效、三效、四效。1.操作原理：将前一效产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽，这样仅第一效需要消耗生蒸汽同时要求后一效的操作压力和溶液的沸点相应降低，这时引入的二次蒸汽才仍能起到加热作用，则后一效的加热室成为前一效的冷凝器。多个蒸发器串联起来一同操作的过程，组成了多效蒸发操作流程。2.多效蒸发的优点：①降低能耗。由于各效(末效除外)的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，因而提高了加热蒸汽的利用率；②便于分离晶体。当蒸发过程溶液有晶体析出时，可使晶体在某一效间析出，然后与溶液分离后继续蒸发，这样就避免了单效操作时晶粒和完成液一起排出，可减少结垢、磨损现象，同时提高对流传热系数。③可强化传热过程提高蒸发效率。溶液的流向与蒸汽相同，均由第一效顺序流至末效的蒸发流程，称为并流加料流程7-7多效蒸发流程P295完成液冷却水原料液不凝气加热蒸汽水1.并流加料流程7-7多效蒸发流程P2951.并流加料流程优点：1.由于后一效操作压力低于前一效，故溶液的输送靠效间压力差进行，不另用泵；2.由于后一效溶液的沸点低于前一效，故前一效溶液进入后一效时，会因过热而自行蒸发，可使后一效产生较多的二次蒸汽，即水分蒸发量多缺点：随效数的增加，溶液浓度逐效增高而温度逐效降低，致使溶液粘度增大较快，使传热系数逐效下降，传热效果一效不如一效。适于：热敏性物料的蒸发2.逆流加料流程

溶液的流向与蒸汽相反，由第末效流至第一效的蒸发流程，称为逆流加料流程优点：随溶液浓度的逐效提高，温度相应升高，因而各效溶液粘度大致接近，各效传热系数差别不大缺点：1.效间溶液输送需用泵；2.各效进料温度均低于沸点，产生的二次蒸汽量较并流法少适于：粘度随温度和浓度变化较大的溶液蒸发3.平流加料流程

溶液分别由各效加入并排出完成液，各效溶液流向互相平行的流程称为平流加料流程适于：粘度随温度和浓度变化较大的溶液蒸发在实际蒸发中除了采用这些基本流程外，常根据具体情况进行合并和组合。错流法多效蒸发和单效蒸发的比较

1溶液的温度差损失若单效和多效蒸发操作条件(即加热蒸汽压力和冷凝器的操作压力)相同时，其理论传热温差相同而和效数无关，多效蒸发只是将此传热温差分配到各效而已。由于多效蒸发的每一效中都存在传热温差损失，因而总的有效传热温差必小于单效时，使得传热推动力下降。效数愈多，总有效温差愈小，当效数增加到一定程度时，可使总有效温度差为零，此时蒸发将无法进行，即为效数的最大极限。加热蒸气的温度TS和二次蒸气温度T的差值ΔtT=TS-T

加热蒸气的温度TS和溶液沸点温度t的差值Δt=TS-t多效蒸发和单效蒸发的比较

2加热蒸汽的经济性：当蒸发水分量相同时，多效蒸发所需加热蒸汽消耗量比单效明显减少，因而提高了加热蒸汽的利用率，即经济性。因此在蒸发大量水分时，应采用多效。7-8.蒸发器的生产能力和蒸发强度P297无论是生产能力还是生产强度，其大小取决于蒸发器的传热速率，当操作条件一定时，单效的传热速率为Q=KAΔt，Δt=TS-t,而多效的传热速率Qi=KAΣΔti(设TS,T末,K,A相同)。很明显，由于Δt>ΣΔti，将使Q>Qi，即多效的生产能力W小于单效时的生产能力，又因多效传热面积为单效时的n倍，因而多效时生产强度远较单效时为小。可见多效蒸发是以牺牲生产能力和生产强度为代价换取加热蒸汽的利用率。2.多效蒸发效数的限制和选择(1)技术上的限制随着效数的增加，总的有效温差因温度差损失的增加而减小，除使设备生产强度降低外，在技术上受到总的有效温差的限制，否则效数过多导致蒸发不能操作下去。根据生产经验，分配到每效蒸发器的有效温差不应小于7～10℃，因而效数有一限制。(2)经济上的限制随着效数的增加，虽然D/W在不断降低，但这种降低不与效数成正比而在逐渐减少。将单效增为多效时，设备费用则几乎是成倍增加，所以当增加的设备费已大于减少的加热蒸汽费用时，就再无必要增加效数。由此可看出效数的增加在经济上也有一限制。(3)多效蒸发效数的选择根据以上分析，效数的确定在满足技术上的要求外，原则上应根据设备费与操作费之和最小进行经济核算来选择最佳效数。实际的蒸发过程，效数并不多。一般对电解质溶液的蒸发，象NaOH，NH4NO3等水溶液，因沸点升高较大通常仅2～3效；对非电解质溶液，如糖水溶液，有机溶液等的蒸发，由于沸点升高较小采用4～5效；海水淡化的温差损失极小，可用20～30效进行蒸发。结论：▲当完成液浓度相同时，多效蒸发中各效温度差损失之和大于单效蒸发；▲当理论传热温度差一定时，多效蒸发的各效有效传热温度差之和小于单效蒸发。▲多效蒸发的生蒸气经济性（W/D）理论值与效数成正比，其经验值也随效数增多而增加，但不成正比。▲效数选择：原则上应使单位生产能力的设备费与操作费之和为最小。▲在相同条件下（在相同条件下：多效蒸发中各效的Ai和Ki相等，并等于单效的Ai和Ki又设两者理论传热温度差相同ΔtT=TS-T

），虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的n倍