第五章蒸发(3节)

第三节多效蒸发(1)

为什么采用多效蒸发？可以节能！一、多效蒸发及其流程不论何种流程总的规律如下：生蒸汽进入第一效，蒸出的二次蒸汽进入第二效作为加热蒸汽用，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。多效蒸发中各效的加热温度及沸点：T

(T1)>t1>T2>t2>T3>t3>Tk各效中操作压强依次为：Ps>p1>p2>p3>pk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用，节能！2023/2/5第三节多效蒸发(2)1、并流（顺流）流程(料液与加热蒸汽并流)并流特点(以三效为例)的流程——原料液t1t2生蒸汽Ps、T(T1)p1p2p3安全罐真空泵pkTkT2T3完成液多效蒸发流程（以三效为例）2023/2/5第三节多效蒸发(3)物流方向：蒸汽：生蒸气→1→2→3→冷凝器溶液：→1→2→3→储罐；x0<x1<x2<x3(完成液)特点：1、压强关系：∵T>t1,∴Ps>p1>p2>p3>pk;

又由于蒸汽流动有阻力损失，∴p3>pk;即一般多效蒸发中，最后一效均为真空蒸发。2、沸点关系：T>t1>t2>t3;3、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，溶液靠压强差流动即可。4、在并流操作中存在自蒸发现象。5、流程简单，操作稳定可靠。并流特点（1）：2023/2/5第三节多效蒸发(4)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，但温度却低，则溶液黏度变大，传热系数K变小，蒸发效果越来越差。因此并流蒸发流程：

不适合蒸发黏度随溶液浓度变化较大的溶液及易结晶溶液的蒸发。并流特点（2）：2023/2/5第三节多效蒸发(5)逆流流程特点：以三效为例p2p1p3生蒸汽Ps、T(T1)T2T3安全罐真空泵PkTkt3t2完成液t1原料液2、逆流流程(料液与加热蒸汽相反)2023/2/5第三节多效蒸发(6)物流方向：蒸汽：生蒸气→1→2→3→冷凝器溶液：→3→2→1→储罐；x0<x3<x2<x1(完成液)特点：1、压强关系：∵T>t1,∴P3<P2<P1<Ps;2、沸点关系：T>t1>t2>t3;3、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。4、在逆流操作中无自蒸发现象，产生的蒸汽量少于前者。5、溶液在各效的温度升高，则黏度下降，K值上升，所需的传热面积S小于前者。逆流特点（1）：2023/2/5第三节多效蒸发(7)

效间输送，由于溶液是由低压蒸发器进入高压的蒸发器内，效间输送需要用泵完成，增加了设备费用。

溶液由沸点低的蒸发器进入沸点高的蒸发器，无自蒸发，产生的蒸汽量少于前者。

完成液的温度（沸点）较高，耗热量较大。逆流特点（2）：逆流蒸发流程缺点：2023/2/5第三节多效蒸发(8)以五效为例说明：部分并流,部分逆流。物流方向：蒸汽：生蒸气→1→2→3→4→5→冷凝器溶液：储罐←1←2

←3→4→5→储罐；↑（原料液）温度高，x大，但黏度小；

温度低，x大，黏度大；

错流的目的：利用并、逆流的优点，克服或减轻两者的缺点。

一般：末尾几效为并流，虽然黏度较大，但可以不用泵，存在自蒸发，产生较多的蒸汽。3、错流流程：2023/2/5第三节多效蒸发(9)P二次蒸汽123优、缺点：①兼有并、逆流的优点；②操作复杂。以三效为例说明：部分并流,部分逆流。2023/2/5第三节多效蒸发(10)

物流方向：蒸汽：生蒸气→1→2→3→冷凝器

特点：原料液平行、同时进入各效中，各效也同时产生完成液。溶液不在效间流动。

例易结晶的盐类的蒸发可以不用在效间输送。溶液：

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储罐储罐储罐平流适用于：易结晶的料液。例无机盐的蒸发。4、平流流程：2023/2/5第三节多效蒸发(12)平流流程优、缺点：①各效独立进料，传热状况均较好；②物料停留时间较短思考：

1、黏度随浓度变化很大的料液，宜采用哪一种流程？

平流、逆流或错流2、当最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？

并流3、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？

平流平流流程：2023/2/5第三节多效蒸发(12)

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，例：用于预热原料液；在制糖中用于蒸发后的结晶加热；预热浴室用水等等。但最后一效的二次蒸汽由于压强低，一般不引出额外二次蒸汽，而是全部送入冷凝器。二、关于蒸发操作的节能措施：1、有额外蒸汽引出的三效蒸发流程2023/2/5第三节多效蒸发(13)特点：蒸发器中每一效排除冷凝水的温度都比下一效中溶液温度高。因此，可以让冷凝水通过一自蒸发器，减压为下一效加热室的压力，自蒸发产生的蒸汽与前一效的二次蒸汽合并，可作为作为下一效的加热蒸汽用。达到了节能的目的。2、冷凝水自蒸发热的利用2023/2/5第三节多效蒸发(14)3、冷凝水显热的利用

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。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水的场合。4、热泵加热器的利用热泵蒸发流程：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。加热蒸汽（或生蒸汽）只作为启动或补充泄漏、损失等用。因此节省了大量生蒸汽，热泵蒸发的流程如图4-4所示。图9-4热泵蒸发流程2023/2/5第三节多效蒸发(15)以三效为了说明：p1Ps、T1T´1t1T2p2T´2t2p3Pk、TkT´3t3T3

如果无温差损失：第一效温差Δt1=T1-t1;t1=T´1=T2第二效温差Δt2=T2-t2;t2=T´2=T3第三效温差Δt3=T3-t3;t3=T´3=Tk理论上各效间最大可能的总温差:ΣΔt=T1-Tk,Δt2=t1-T3;Δt3=t2-Tk三、多效蒸发的温差损失(1)：2023/2/5第三节多效蒸发(16)

实际各效间的溶液由于蒸汽压下降及静液体柱的存在，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。将多效蒸发与单效蒸发的温差损失对比：

多效蒸发中每一效均存在Δ'、Δ"、Δ"'

Δ'=ti-T´i;Δ″=T(pi+L)/2-Tp;Δ'"=Tp-Tk=1℃

∴有效温差Δt=T1-Tk-ΣΔ结论：多效蒸发时的温度差损失比单效要大，且每一效的温差小。三、多效蒸发的温差损失(2)：2023/2/5第三节多效蒸发(17)2023/2/5课堂练习：100kPa1PS=500kPa70kPa28kPa3Δ'1=2℃Δ"1=1℃Δt1=?

Δ'2=5℃Δ"2=2℃Δt2=?Δ'3=20℃Δ"3=4℃Δt3=?T´1=?T´2=?T´3=?Δ'"1=1℃Δ"'2=1℃Δ'"3=1℃t1=?t2=?t3=?T2T3TK=?Δt=?2023/2/5课堂练习(2)解：查表Ps=500kPa，T1=151.7℃；p1=100kPa，T'1=99.6℃，t1=T'1+Δ'1+Δ"1

=102.6℃p2=50kPa,T'2=81.2℃，t2=T'2+Δ'2+Δ"2=88.2℃p3=8kPa,T'3=41.3℃；t3=T'3+Δ'3+Δ"3=65.3℃T2=99.6-1=98.6℃；T3=81.2-1=80.2℃；Tk=41.3-1=40.3℃；Δt1=T1-t1=151.7-102.6=49.1℃；Δt2=T2-t2=98.6-88.2=10.4℃；Δt3=T3-t3=80.2-65.3=14.9℃Δt=Δt1+Δt2+Δt3=74.4℃2023/2/5第三节多效蒸发(18)对于单效蒸发：Q=KS△t=KS(T-t)

对于多效蒸发：一般每效的传热面积相等，传热系数相同，则——Q=KSΣ(△ti)五、多效蒸发的效数限制及最佳效数

虽然多效蒸发，使生蒸汽D耗用量减少，二次蒸汽的热量得到一定利用，但是由于存在温差损失加大，效数越多温差损失越大，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，一般由经济权衡最佳效数。四、多效蒸发的生产能力及强度结论：单效蒸发与多效蒸发比较：①较少的生蒸汽的用量；②温度差损失增大，每效的传热温差小；③蒸发器的生产强度降低。2023/2/5习题p329329－1：在单效中央循环管式蒸发器内，将10％的NaOH溶液浓缩至25％，分离室内绝对压强为15kPa；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：依题意，查图101.3kPa时，25％的NaOH的沸点升高为Δa'=13℃;操作压强p=15kPa时T´=53.5℃，r'=2370.0kJ/kg;Δ'=fΔa',329－2：上题中加热管高度L=1.6m,溶液密度为1230kg/m3;求：因液柱高而引起的沸点升高及溶液的沸点。2023/2/5习题（2）解：依题意，L=1.6m,ρ=1230kg/m3;329－3：前两题的溶液在传热面积为40m2的蒸发器内，用绝压为120kPa的饱和蒸汽加热。原料液于40℃时进入蒸发器，总传热系数K为1300W/(m2℃)，热损失为总传热量的20％，冷凝水在饱和温度下排出。求：1)加热蒸汽的消耗量；2)每小时能处理的原料液质量。2023/2/5习题（3）解：依题意，S=40m2,K=1300W/m2℃;Ps=120kPa时，T=104.5℃r=2246.8kJ/kg;2023/2/5习题（4）330－4：在单效蒸发器中，每小时将104kg的NaNO3水溶液从5％浓缩至25％，原料液温