化工原理蒸发

第七章蒸发1单效蒸发多效蒸发

蒸发：将稀溶液在沸腾状态下进行浓缩的单元操作。概述(Introduction)蒸发分类:

常压蒸发加压蒸发减压蒸发蒸发的目的：溶液中溶剂的汽化，获得溶剂产品或不挥发溶质产品。蒸发的必要条件：不断供给热能，不断排除蒸汽，溶剂易挥发。2真空蒸发：减压（真空）下蒸发。目的：降低溶液沸点。优点：真空下溶液的沸点低，加热蒸汽与沸腾液体间温差大，减小蒸发器的传热面积；利用低压蒸汽或废气作热源；适于热敏性物料；沸点低，蒸发器热损失小。缺点：耗能大；低压沸点低，粘度大，给热系数减小。单效蒸发：1kg水/1kg多生蒸汽多效蒸发：加热蒸汽通入蒸发器，液体受热沸腾产生的蒸汽作为二次蒸汽加以利用引入下一级蒸发器，多个蒸发器依次连接形成多效蒸发。意义:

提高蒸汽的利用率（或经济程度）。蒸发同样数量的水W，多效时蒸汽量D远小于单效时。真空蒸发1233概述(Introduction)蒸发流程：蒸发过程的基本概念:

加热蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽水蒸气联苯熔盐蒸发过程的特点：

（1）沸点升高：（2）能耗大：（3）溶液的特性决定蒸发器的结构特性。4(1)沸点升高：溶液中含有不挥发性溶质，故溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压为低(沸点高)，当加热蒸汽温度一定，蒸发溶液的传热温差就比蒸发纯溶剂的传热温差小；且浓度越高，沸点越高，温差越小。(2)能耗大：工业蒸发规模很大，需要耗用大量的加热蒸汽，应充分利用二次蒸汽(多效蒸发)，降低过程的能量消耗；(3)溶液的特性决定蒸发器的结构特性。易结垢或析出结晶的溶液，设计上应设法防止或减少垢层的生成，使加热面易于清洗。对热敏性、高粘度或强腐蚀性的物料，应设计或选择适当结构的蒸发器。概述(Introduction)5物料衡算水分蒸发量WF

x0

t0

h0c0D,Ts,HsL,x,

t

,c,h

D,Ts,hs

W,T,H加热室蒸发室单效蒸发溶质不变：水分蒸发量：完成液浓度：F=L＋W总物料衡算：6加热蒸汽消耗量D

若加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出忽略溶液浓缩热，溶液焓可用比热计算，取0℃为基准物料衡算和热量衡算F

x0

t0

h0c0D,Ts,HsL,x,

t

,c,h

D,Ts,hs

W,T,H加热室蒸发室7加热蒸汽消耗量D

物料衡算和热量衡算若为沸点进料(t=t0)

，忽略热损失：F

x0

t0

h0c0D,Ts,HsL,x,

t

,c,h

D,Ts,hs

W,T,H加热室蒸发室D/W—单位蒸汽消耗量，表示蒸汽利用的经济程度。8若Ql

=0，c≈c0时t0=t

沸点进料，蒸发1kg水约需1kg加热蒸汽。t0＜

t需要预热物料，D/W

>1

。t0＞t

不需要外来热量，产生自蒸发过程，自蒸发量较小。物料衡算和热量衡算讨论9溶液的焓浓图和浓缩热氢氧化钠、氯化钙等水溶液在蒸发浓缩时，除提供水分蒸发所需的汽化潜热外，还需提供溶液的浓缩热。若浓缩热较大时，溶液的焓不能用比热计算式计算。需查焓浓图。物料衡算和热量衡算10蒸发器的传热面积A蒸发器的型式总传热系数K,W/(m2·K)标准式（自然循环）600-3000标准式（强制循环）1200-6000悬筐式600-3000外热式（自然循环）1200-6000外热式（强制循环）1200-7000升膜式1200-6000降膜式1200-3500刮板式600-2000物料衡算和热量衡算11即温度差损失在数值上等于沸点升高。蒸发纯溶剂的温差蒸发溶液的温差蒸发设备中的温差损失12温度差损失的原因(1)溶液蒸汽压降低而引起的温度差损失，’；(2)加热管内不同高度静压力不同，使溶液沸点升高，’’；(3)管内流体阻力损失使饱和蒸汽压降低，沸点升高，存在温度差损失，’’’。蒸发器总温差损失13T'——操作压力下二次蒸汽的饱和温度r’——操作压力下二次蒸汽的汽化潜热溶液蒸汽压降低而引起的温度差损失’常压下求’：查文献或手册非常压溶液沸点的计算：经验公式：杜林规则：某溶液在两种不同压力下的沸点差与另一标准液体在相应压力下的沸点差的比值为常数。14杜林规则(Duhring’srule)法(直线规则法)杜林规则：说明溶液的沸点和相同压强下标准溶液沸点之间呈线性关系。由于纯水在各种压强下的沸点容易获得，故一般选用纯水为标准溶液，只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，在直角坐标图中以溶液沸点为纵标，以纯水沸点为横标，以溶液浓度为参数，即可得到一条直线。因此，对一定浓度的溶液，只要知道它在两个不同压强下的沸点，再查出相同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。溶液沸点，℃tA′tA纯水沸点，℃tW′tWC%15液柱静压头引起的温度差损失’’溶液内部的沸点按液面和底部平均压力计算，由静力学方程式中：tp+Δp

—水在平均压力下的沸点，℃；tp

—蒸发室二次蒸汽压力下算得的沸点，℃。

二次蒸汽流动阻力引起的温度差损失’’’’’’与流体流速、物性及管道尺寸等有关，一般取为0.5~1.5℃；16单效蒸发：1kg水/1kg多生蒸汽多效蒸发：加热蒸汽通入蒸发器，液体受热沸腾产生的蒸汽作为二次蒸汽加以利用引入下一级蒸发器，多个蒸发器依次连接形成多效蒸发。123多效蒸发二次蒸汽作为加热蒸汽的条件：该蒸发器的操作压力和溶液温度应低于前一蒸发器。效数单效双效三效四效五效D/W1.10.570.40.30.27蒸发1kg水所需生蒸汽（D/W)

D/W—加热蒸汽利用率17并流加料蒸发流程优点：后一效蒸发室压力较前效低，无需用泵输送；后效溶液沸点较前效低，溶液流入后效由于过热而自蒸发(闪蒸）。缺点：后效溶液浓度较前效大，沸点又较低，粘度较大，后效传热系数较前效小，后两效中尤为严重。多效蒸发流程18逆流加料蒸发流程优点：随着溶液浓度越高，溶液的温度也越高，故各效溶液粘度不太大，传热系数也不小。缺点：效间溶液需用泵输送，能量消耗较大。由低温到高温，各效进料温度都比沸点低，无自蒸发现象。多效蒸发流程19多效蒸知发流程错流加爷料蒸发沫流程特点：各效都是捷并流和逆秆流的组合纸。流向：3→1→未2或2→3侵→1利用两法魂优点：省去并流腔部分的泵刃送，并可独使浓溶液君在高温下搁蒸发浓缩男，有利于遇传热蒸发员。20平流加料些蒸发流程蒸汽流钉向不变馒，料液浊和完成门液分别日从各效仓加入和桶排出，誉各效溶延液的流河向互相悔平行。适用于怪蒸发过米程中易胡结晶的葵物料可避免在航各效间输湾送含有大缘瑞量结晶的攀溶液。多效蒸华发流程21蒸发器的档生产能力潮和蒸发强掠度生产能捐力：单位时括间汽化容的水量氧，可用粘传热速毯率来表三示。三效蒸发扑各效热流刮量：三效总传些热速率：不考虑负各效温礼差损失吴，假设正：—总传热温由差结论：效数越多岸，生产能语力越小22蒸发强蛙度：蒸发器傅单位面炼积上的都生产能叨力。若三效窄蒸发和海单效蒸夺发生产阔能力相叫同，每色个蒸发轮器的面始积和传苏热系数谅相等。则梦单效蒸肆发强度阅：Q/A三效蒸陆发强度索：Q/3原A效数越多出，有效守温差和生鱼产能力越拘小，蒸发堂强度越小瞧。多效蒸座发效数气的限制:蒸发器的抹生产能力蜜和蒸发强叙度有效温绩差的限防制设备投困资的限船制提高生申产强度岁：提高总呜传热系粮数K和传热宵温差Δtm多效蒸发泼的唯一优应点：提高蒸谎汽的经蛛济性23多效蒸朵发的计商算：W1W2W3Fx0DL3x3L1x1L2x2总物料衡导算：溶剂总蒸腾发量W：W=侵W1+W2+W3Fx0=L1x1=L2x2=L3x3每一效物称料衡算：F=L1+W1L1=L2+W2L2=L3+W324若沸点进协料，Ql=0抬,D送/W=1则W1=DW2=W1-E1=D-E1W3=W2-E2=D-E1-E2水蒸发总登量：W=W1+W2+W3=3D-2E1-E2推广至n效：提高加热裤蒸汽经济题性的其他惭措施一、额外艇蒸汽的引搏出：W1W2W3DE1E2E3t1t2t325二、冷穴凝水自预蒸发的萝利用：提高加热镇蒸汽经济迎性的措施前一效温仁度较高的柴冷凝水通派过自蒸发的器被减压坐至下一效煤加热室的谎压力时，朽放出热量翻，少量冷宅凝水自蒸摆发产生蒸张汽，作为盾下一效加贤热蒸汽，舟提高生蒸老汽的经济欲程度。t126三、热唱泵蒸发夹器：通过压够缩机提腰高二次悟蒸汽的磨压力，波使饱和边温度提滔高至原查来的压辅力时，怨重新送廉回蒸发旨器加热伯室。提高加热在蒸汽经济舍性的措施27蒸发器述：循环型蒸晓发器循环型单程型—中央循仿环管式蒸发器蒸发设律备自然循戴环强制循丝式环结构与工瞧作原理：加热室垂直管束中央循炸环管优缺点老：结构紧凑撑，传热好筒；沸点构高。分离室28悬筐式掀蒸发器加热室可肝由顶部取稻出检修和砖更换，适镇于易结晶允和结垢溶木液的蒸发弓，热损失水小。循环管：加热室外拴壁与蒸发猎器内壁的太环形空间溶液在加阔热管被加帽热上升，治后沿环隙狗向下流动论构成循环般。循环型蒸辈发器29外热式授蒸发器加热室纠外置，撇降低蒸逆发器高校度，且榆加热管抖较长，佩循环速崖度加快扩。循环型策蒸发器30列文式蒸正发器加热室门上增设俯沸腾室语，溶液页的沸腾言传热有赢加热室俊转移到铜沸腾室.优点：避免加热朵管表面结传晶和结垢问，适于粘合度大的溶灿液，传热档系数大缺点：液市柱静压头笛引起的温酒差损失大受。循环型蒸数发器31强制循环汪蒸发器泵迫使流调体产生循诵环，循环叮速度大小穷由泵流量雾调节来控魔制。优点：传热系光数大；缺点：能耗大面。循环型像蒸发器32升膜式仿蒸发器单程型蒸志发器降膜式杯蒸发器33升|降膜式蒸仿发器单程型蒸从发器34循环型与青单程型蒸多发器的不渔同特点单程型岸比循环肯型更具互优点：溶液只农通过加孝热室一庸次，不响需循环绵，所以译溶液在委蒸发室停留时禁间短，沸阀点不太高信，适于热预敏性物料派；单程型溶懒液呈膜状逆流动，α提高；膜状流鸡动液柱秋静压头萝造成的宣温差损戏失小，防有效温猫差大；需控制成走膜，对进而料速度有奔一定要求贪。35刮板式绕冷凝器单程型蒸涌发器36浸没燃胳烧式蒸乞发器37除沫器除沫器、筑冷凝器和莫真空装置38冷凝器唤及真空斗装置除沫器、编冷凝器和正真空装置39疏水阀防止加热尖蒸汽和冷胜凝水一起按排出加热椅室外。(1)考热动力式(2)峡钟形府浮子式(3)柳脉冲式1-冷凝水入口