蒸發(fā)化工原理ppt課件

1、第第7 7章章 蒸發(fā)蒸發(fā)EvaporationEvaporation第7章 蒸發(fā)7.1概概 述述利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質不揮發(fā)的特性，將含利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質不揮發(fā)的特性，將含有不揮發(fā)溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而有不揮發(fā)溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。 7.1.1 蒸發(fā)的目的蒸發(fā)的目的蒸發(fā)操作的目的：蒸發(fā)操作的目的：獲得濃縮的溶液，直接作為廢品或半廢品。獲得濃縮的溶液，直接作為廢品或半廢品。脫除溶劑。此過程常伴隨有結晶過程脫除溶劑。此過程常伴隨有結晶過程去除雜質。去除雜質。 被蒸發(fā)的溶液可以是水溶液，也

2、可以是其它溶液，而工業(yè)上處置的溶液大多為水溶液，所以本章僅討論水溶液的蒸發(fā)。溶劑溶劑S溶質溶質A不揮發(fā)不揮發(fā)溶劑溶劑S加熱加熱第7章 蒸發(fā)7.1.2 蒸發(fā)流程蒸發(fā)流程加熱溶液使溶劑汽化加熱溶液使溶劑汽化蒸發(fā)器蒸發(fā)器不斷除去氣化的蒸發(fā)溶劑不斷除去氣化的蒸發(fā)溶劑冷凝器冷凝器蒸發(fā)流程的兩個必要的組成部分：蒸發(fā)流程的兩個必要的組成部分：二次蒸汽二次蒸汽水蒸氣水蒸氣熱源熱源水蒸氣水蒸氣蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽二次蒸二次蒸汽汽加熱蒸汽加熱蒸汽水蒸氣水蒸氣熱源熱源第7章 蒸發(fā)7.1.3 蒸發(fā)操作的特點蒸發(fā)操作的特點溶液的沸點升高：由于不揮發(fā)溶質的存在，溶液的蒸氣壓低于同溫度溶液的沸點升高：由于不揮發(fā)溶質的存

3、在，溶液的蒸氣壓低于同溫度下純溶劑的蒸氣壓。因此，在一樣壓力下，溶液的沸點高于純溶劑的沸下純溶劑的蒸氣壓。因此，在一樣壓力下，溶液的沸點高于純溶劑的沸點，這種景象稱為溶液的沸點升高。溶液的沸點升高導致蒸發(fā)的傳熱溫點，這種景象稱為溶液的沸點升高。溶液的沸點升高導致蒸發(fā)的傳熱溫度差的降低。度差的降低。能耗較大：蒸發(fā)操作所汽化的溶劑量較大，需求耗費大量的加熱蒸能耗較大：蒸發(fā)操作所汽化的溶劑量較大，需求耗費大量的加熱蒸氣。因此需求思索熱量的利用的問題。氣。因此需求思索熱量的利用的問題。溶液特性：有些物料濃縮時易于結晶，結垢；有些熱敏性物料由于溶液特性：有些物料濃縮時易于結晶，結垢；有些熱敏性物料由于沸

4、點升高更易于變性；有些那么具有較大的粘度或較強的腐蝕性，等沸點升高更易于變性；有些那么具有較大的粘度或較強的腐蝕性，等等。需求根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設備。等。需求根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設備。第7章 蒸發(fā)7.1.4 蒸發(fā)操作的分類蒸發(fā)操作的分類多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)multi-effect evaporation：假設將二次蒸氣通到另一壓：假設將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，那么可提高加熱蒸氣再生蒸氣力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，那么可提高加熱蒸氣再生蒸氣的利用率，這種蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。的利用率，這種蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。1.按二次蒸氣

5、的利用情況分：單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)按二次蒸氣的利用情況分：單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)單效蒸發(fā)single-effect evaporation：將二次蒸氣不再利用而直接：將二次蒸氣不再利用而直接送到冷凝器冷凝除去的蒸發(fā)操作。送到冷凝器冷凝除去的蒸發(fā)操作。第7章 蒸發(fā)2.按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓真空蒸發(fā)按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓真空蒸發(fā)常壓蒸發(fā)：設備簡單，操作方便，可采用敞口設備，二次蒸汽常壓蒸發(fā)：設備簡單，操作方便，可采用敞口設備，二次蒸汽 可直接排放在大氣中，但會呵斥大氣污染，適用于暫時性或小可直接排放在大氣中，但會呵斥大氣污染，適用于暫時性或小批量的消費。批量的消費。加壓蒸發(fā)：

6、可提高二次蒸汽的溫度，有利于二次蒸汽的利用，加壓蒸發(fā)：可提高二次蒸汽的溫度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加熱蒸汽的壓力較高。但要求加熱蒸汽的壓力較高。 優(yōu)點：優(yōu)點： (1) 傳熱溫度差傳熱溫度差tm ； (2) 可利用低壓蒸汽或廢汽作為加熱蒸汽可利用低壓蒸汽或廢汽作為加熱蒸汽 ； (3)可防止熱敏性物料蛻變或分解可防止熱敏性物料蛻變或分解 ； (4)沸點低，減少熱損失。沸點低，減少熱損失。缺陷：真空安裝，需耗費動力和添加設備缺陷：真空安裝，需耗費動力和添加設備適用于處置熱敏性物料。適用于處置熱敏性物料。減壓蒸發(fā)：減壓蒸發(fā)： 沸點低沸點低第7章 蒸發(fā)3.按操作過程能否延續(xù)分按操作過程能否延續(xù)分:

7、間歇蒸發(fā)，延續(xù)蒸發(fā)間歇蒸發(fā)，延續(xù)蒸發(fā) 間歇蒸發(fā)間歇蒸發(fā) :一次加料一次加料最終出料或延續(xù)加料最終出料或延續(xù)加料 維持液面，一次出料。維持液面，一次出料。 溶液濃度和沸點隨時間改動，為不穩(wěn)定操作，適于小規(guī)模，多溶液濃度和沸點隨時間改動，為不穩(wěn)定操作，適于小規(guī)模，多種類的場所。種類的場所。延續(xù)蒸發(fā)延續(xù)蒸發(fā):延續(xù)進料，延續(xù)出料。穩(wěn)定操作，適于大規(guī)模的消費過延續(xù)進料，延續(xù)出料。穩(wěn)定操作，適于大規(guī)模的消費過程。程。第7章 蒸發(fā)7.2蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備輔助設備輔助設備蒸發(fā)器蒸發(fā)器加熱室加熱室 分別室分別室 除沫器汽液分別器除沫器汽液分別器 冷凝器冷凝器 疏水器疏水器真空安裝真空安裝 蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備用來進展

8、蒸發(fā)的設備主要是蒸發(fā)器和冷凝器用來進展蒸發(fā)的設備主要是蒸發(fā)器和冷凝器蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，由加熱室和分別室兩部分組成。由加熱室和分別室兩部分組成。冷凝器與蒸發(fā)器的分別室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。冷凝器與蒸發(fā)器的分別室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。第7章 蒸發(fā)按加熱室的構造和操作時溶液的流動情況，分為兩大類：循環(huán)型和單程型按加熱室的構造和操作時溶液的流動情況，分為兩大類：循環(huán)型和單程型(不循環(huán)不循環(huán))。7.2.1 蒸發(fā)器蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，溶液在蒸發(fā)器內停留時間長，溶特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)

9、流動，溶液在蒸發(fā)器內停留時間長，溶液濃度接近于完成液濃度。液濃度接近于完成液濃度。1 1 循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器由于引起循環(huán)運動的緣由不同，分為自然循環(huán)型和強迫循環(huán)型兩類。由于引起循環(huán)運動的緣由不同，分為自然循環(huán)型和強迫循環(huán)型兩類。自然循環(huán)型：自然循環(huán)型：強迫循環(huán)型：依托外力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動強迫循環(huán)型：依托外力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動 。由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。第7章 蒸發(fā)1中央循環(huán)管式中央循環(huán)管式(規(guī)范式規(guī)范式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器n加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)隙內加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)隙內n溶液：加熱室管束及中央循環(huán)管內，溶液：加熱室管束

10、及中央循環(huán)管內，受熱時，由于中央循環(huán)管單位體積受熱時，由于中央循環(huán)管單位體積溶液受熱面小，使得溶液構成由中溶液受熱面小，使得溶液構成由中央循環(huán)管下降，而由其他加熱管上央循環(huán)管下降，而由其他加熱管上升的循環(huán)流動。升的循環(huán)流動。中央循環(huán)管中央循環(huán)管料液料液加熱蒸汽加熱蒸汽優(yōu)點：溶液循環(huán)好；傳熱效率高；構造緊湊、制造方便、操作可靠優(yōu)點：溶液循環(huán)好；傳熱效率高；構造緊湊、制造方便、操作可靠缺陷：循環(huán)速度低；溶液粘度大、沸點高；不易清洗缺陷：循環(huán)速度低；溶液粘度大、沸點高；不易清洗適于處置結垢不嚴重、腐蝕性小的溶液適于處置結垢不嚴重、腐蝕性小的溶液第7章 蒸發(fā)2懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器 n加熱室像個筐，

11、懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，可加熱室像個筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，可由頂部取出。加熱蒸汽由殼體上部進入加熱室，由頂部取出。加熱蒸汽由殼體上部進入加熱室，在管間放熱加熱管內溶液使其上升，而沿懸筐在管間放熱加熱管內溶液使其上升，而沿懸筐外壁與蒸發(fā)器內壁間環(huán)隙通道向下循環(huán)流動。外壁與蒸發(fā)器內壁間環(huán)隙通道向下循環(huán)流動。n優(yōu)點：優(yōu)點：n溶液循環(huán)速度高，改善了管內結垢情況溶液循環(huán)速度高，改善了管內結垢情況n傳熱速率較高傳熱速率較高n缺陷：缺陷：n設備費高設備費高n占地面積大占地面積大n加熱管內溶液滯留量大加熱管內溶液滯留量大n適于處置易結垢，有晶體析出的溶液適于處置易結垢，有晶體析出的溶液第7章 蒸發(fā)3外熱

12、式蒸發(fā)器外熱式蒸發(fā)器 優(yōu)點：優(yōu)點：降低了整個蒸發(fā)器的高度，便降低了整個蒸發(fā)器的高度，便于清洗和改換；于清洗和改換；循環(huán)速度較高，使得對流傳熱循環(huán)速度較高，使得對流傳熱系數(shù)提高；系數(shù)提高；結垢程度小。結垢程度小。 這種蒸發(fā)器將加熱室與分這種蒸發(fā)器將加熱室與分別室分開，采用較長的加熱管。別室分開，采用較長的加熱管。適于處置易結垢、有晶體析出、處置量大的溶液適于處置易結垢、有晶體析出、處置量大的溶液 蒸發(fā)室蒸發(fā)室循環(huán)循環(huán)管管加加熱熱室室第7章 蒸發(fā)4列文蒸發(fā)器列文蒸發(fā)器 n特點是在加熱室上部設置沸騰室，加熱室特點是在加熱室上部設置沸騰室，加熱室中的溶液因遭到附加液柱的作用，必需上中的溶液因遭到附加液

13、柱的作用，必需上升到沸騰室才開場沸騰，這樣防止了溶液升到沸騰室才開場沸騰，這樣防止了溶液在加熱管中結垢或析出晶體。在加熱管中結垢或析出晶體。n優(yōu)點：優(yōu)點：n流動阻力小流動阻力小n循環(huán)速度高循環(huán)速度高n傳熱效果好傳熱效果好n加熱管內不易堵塞加熱管內不易堵塞n缺陷：缺陷：n設備費高設備費高n廠房高，耗用金屬多廠房高，耗用金屬多n適于處置有晶體析出或易結垢的溶液適于處置有晶體析出或易結垢的溶液 第7章 蒸發(fā)5強迫循環(huán)型蒸發(fā)器強迫循環(huán)型蒸發(fā)器n在加熱室設置循環(huán)泵，使溶液沿加熱室方在加熱室設置循環(huán)泵，使溶液沿加熱室方向以較高的速度循環(huán)流動。向以較高的速度循環(huán)流動。n優(yōu)點：優(yōu)點：n循環(huán)速度高循環(huán)速度高n晶

14、體不易粘結在加熱管壁晶體不易粘結在加熱管壁n對流傳熱系數(shù)高對流傳熱系數(shù)高n缺陷：缺陷：n動力耗費大動力耗費大n對泵的密封要求高對泵的密封要求高n加熱面積小加熱面積小n適于處置粘度大，易結垢、有晶體析出的適于處置粘度大，易結垢、有晶體析出的溶液。溶液。第7章 蒸發(fā)2 單程型單程型(膜式膜式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短，因此特別適用于熱敏性物料溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短，因此特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；的蒸發(fā)；整個溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，整個溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，因此這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。因此這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。溶液在

15、蒸發(fā)器中只經(jīng)過加熱室一次，不作循環(huán)流動。溶液經(jīng)溶液在蒸發(fā)器中只經(jīng)過加熱室一次，不作循環(huán)流動。溶液經(jīng)過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習慣上又稱為液膜式蒸過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習慣上又稱為液膜式蒸發(fā)器。發(fā)器。用于熱敏性、高粘性、易結垢產(chǎn)品的濃縮、蒸餾或提純。用于熱敏性、高粘性、易結垢產(chǎn)品的濃縮、蒸餾或提純。優(yōu)點：優(yōu)點：第7章 蒸發(fā) 適于處置蒸發(fā)量較大的稀溶適于處置蒸發(fā)量較大的稀溶液，熱敏性和易生泡沫的溶液；液，熱敏性和易生泡沫的溶液；不適于濃度高、粘度大、有不適于濃度高、粘度大、有晶體析出溶液的蒸發(fā)。晶體析出溶液的蒸發(fā)。 1 升膜蒸發(fā)器升膜蒸發(fā)器原理：溶液預熱到接近沸點時由原理：溶液

16、預熱到接近沸點時由蒸發(fā)器底部送入，進入加熱管時蒸發(fā)器底部送入，進入加熱管時立刻受熱沸騰汽化，溶液在高速立刻受熱沸騰汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽帶動下，沿管壁上升的二次蒸汽帶動下，沿管壁邊呈膜狀向上流動邊蒸發(fā)。到達邊呈膜狀向上流動邊蒸發(fā)。到達分別室后，完成液與二次蒸汽分分別室后，完成液與二次蒸汽分別后由分別室底部排出。別后由分別室底部排出。第7章 蒸發(fā)2 2降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器溶液預熱后由加熱室頂部溶液預熱后由加熱室頂部參與，經(jīng)管端的液體分布器均參與，經(jīng)管端的液體分布器均勻分配在各加熱管內，在重力勻分配在各加熱管內，在重力作用下沿管內壁呈膜狀向下流作用下沿管內壁呈膜狀向下流動，并進展蒸發(fā)。汽液

17、混合物動，并進展蒸發(fā)。汽液混合物從管下端流出，在分別器內進從管下端流出，在分別器內進展汽液分別后完成液由分別室展汽液分別后完成液由分別室底部排出。底部排出。z適于處置：濃度高、粘度較大適于處置：濃度高、粘度較大0.050.45 Pas的溶液。的溶液。z不適于處置：易結晶、結垢的溶液。不適于處置：易結晶、結垢的溶液。第7章 蒸發(fā)3 升降膜式蒸發(fā)器升降膜式蒸發(fā)器n蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束組蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器的底部封頭內有合而成，蒸發(fā)器的底部封頭內有一隔板，將加熱管束分成兩部分。一隔板，將加熱管束分成兩部分。溶液由升膜管束底部進入，流向溶液由升膜管束底部進入，流向頂部，然后

18、從降膜管束流下，進頂部，然后從降膜管束流下，進入分別室，得到完成液。入分別室，得到完成液。n適于處置濃縮過程中粘度變化大適于處置濃縮過程中粘度變化大的溶液、廠房有限制的場所的溶液、廠房有限制的場所預熱室預熱室升膜加升膜加熱室熱室降膜加降膜加熱室熱室第7章 蒸發(fā)4刮板薄膜式蒸發(fā)器刮板薄膜式蒸發(fā)器 n溶液由蒸發(fā)器上部沿切線方向參與，在重力和溶液由蒸發(fā)器上部沿切線方向參與，在重力和旋轉刮板帶動下，在加熱管內壁上構成旋轉下降旋轉刮板帶動下，在加熱管內壁上構成旋轉下降的液膜，在下降過程中經(jīng)過接納加熱管外加熱蒸的液膜，在下降過程中經(jīng)過接納加熱管外加熱蒸汽夾套中蒸汽冷凝熱量而被不斷蒸發(fā)，底部得到汽夾套中蒸汽

19、冷凝熱量而被不斷蒸發(fā)，底部得到完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分別器后進入冷完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分別器后進入冷凝器。凝器。z缺陷：構造復雜，動力耗費大，傳熱面積小，缺陷：構造復雜，動力耗費大，傳熱面積小，處置才干低。處置才干低。 z適于處置易結晶、易結垢、高粘度的溶液適于處置易結晶、易結垢、高粘度的溶液z它是在加熱管內部安裝一可旋轉的攪拌刮板它是在加熱管內部安裝一可旋轉的攪拌刮板，刮板端部與加熱管內壁間隙固定在，刮板端部與加熱管內壁間隙固定在0.750.751.5mm1.5mm之間，依托刮板的作用使溶液成膜狀分之間，依托刮板的作用使溶液成膜狀分布在加熱管內壁面上。布在加熱管內壁面上。第7章

20、 蒸發(fā)1直接加熱蒸發(fā)器浸沒熄滅式直接加熱蒸發(fā)器浸沒熄滅式n優(yōu)點：構造簡單，不需求固定的傳熱面，優(yōu)點：構造簡單，不需求固定的傳熱面，熱利用率高熱利用率高n適于處置易結垢、易結晶或有腐蝕性的適于處置易結垢、易結晶或有腐蝕性的溶液。溶液。n不適于處置能被熄滅氣污染及熱敏性的不適于處置能被熄滅氣污染及熱敏性的溶液。溶液。3 其它蒸發(fā)器其它蒸發(fā)器 將一定比例的熄滅氣與空氣直接噴入將一定比例的熄滅氣與空氣直接噴入溶液中，熄滅氣的溫度可高達溶液中，熄滅氣的溫度可高達12001800，由于氣、液間的溫度差大，且氣，由于氣、液間的溫度差大，且氣體對溶液產(chǎn)生劇烈的鼓泡作用，使水分迅體對溶液產(chǎn)生劇烈的鼓泡作用，使水

21、分迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽與煙道氣一同由速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽與煙道氣一同由頂部排出。頂部排出。第7章 蒸發(fā)2螺旋管蒸發(fā)器螺旋管蒸發(fā)器 在螺旋加熱管中，要被蒸發(fā)的液體從頂部在螺旋加熱管中，要被蒸發(fā)的液體從頂部流向底部，同時，沸騰膜與蒸汽并流流動，由流向底部，同時，沸騰膜與蒸汽并流流動，由于加熱管當然螺旋外形，在中等高度的設備中于加熱管當然螺旋外形，在中等高度的設備中可以包容很長的管子，經(jīng)過很長的管道流動中可以包容很長的管子，經(jīng)過很長的管道流動中產(chǎn)生的蒸汽對液膜施加一個很高的剪切力。為產(chǎn)生的蒸汽對液膜施加一個很高的剪切力。為此，彎曲的螺旋管將引起二次流，二次流被施此，彎曲的螺旋管將引起二次流，二

22、次流被施加在沿管軸的流動上，這此作用可促進湍流并加在沿管軸的流動上，這此作用可促進湍流并強化高粘情況下的熱傳送。強化高粘情況下的熱傳送。適用于到達高濃度和高粘度。為獲得高的蒸發(fā)適用于到達高濃度和高粘度。為獲得高的蒸發(fā)比，這類蒸發(fā)器在高溫度差下和單程操作。比，這類蒸發(fā)器在高溫度差下和單程操作。 第7章 蒸發(fā)7.2.2 蒸發(fā)器的選型蒸發(fā)器的選型選型時，普通思索以下原那么：選型時，普通思索以下原那么：z溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度變化的情況，是選型時很重溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度變化的情況，是選型時很重要的要素。要的要素。z高粘度的溶液應選用對其順應性好的蒸發(fā)器，如強迫循環(huán)型、降高粘度的溶

23、液應選用對其順應性好的蒸發(fā)器，如強迫循環(huán)型、降膜式、刮板攪拌薄膜式等；膜式、刮板攪拌薄膜式等；z溶液的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差的物料，應選用滯料量少，停留時溶液的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差的物料，應選用滯料量少，停留時間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器z有晶體析出的溶液：選用溶液流動速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在有晶體析出的溶液：選用溶液流動速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在加熱管內停留時間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、加熱管內停留時間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、強迫循環(huán)蒸發(fā)器強迫循環(huán)蒸發(fā)器第7章 蒸發(fā)n有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質制成，或內壁襯有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此

24、種物料，加熱管采用特殊材質制成，或內壁襯以耐腐蝕資料。假設溶液不怕污染，也可采用浸沒熄滅蒸發(fā)器。以耐腐蝕資料。假設溶液不怕污染，也可采用浸沒熄滅蒸發(fā)器。z易發(fā)泡的溶液：泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應易發(fā)泡的溶液：泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應選用溶液湍動程度猛烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強選用溶液湍動程度猛烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強迫循環(huán)式、升膜式等；條件允許時，也可將分別室加大。迫循環(huán)式、升膜式等；條件允許時，也可將分別室加大。易結垢的溶液：蒸發(fā)器運用一段時間后，就會有污垢產(chǎn)生，垢層的易結垢的溶液：蒸發(fā)器運用一段時間后，就會有污垢產(chǎn)生，

25、垢層的導熱系數(shù)小，從而使傳熱速率下降。應選用便于清洗和溶液循環(huán)速度導熱系數(shù)小，從而使傳熱速率下降。應選用便于清洗和溶液循環(huán)速度大的蒸發(fā)器，如懸筐式、強迫循環(huán)式、浸沒熄滅式等。大的蒸發(fā)器，如懸筐式、強迫循環(huán)式、浸沒熄滅式等。z溶液的處置量：溶液的處置量也是選型時應思索的要素。處置量小溶液的處置量：溶液的處置量也是選型時應思索的要素。處置量小的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處置量大的，選用尺寸適宜的多效的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處置量大的，選用尺寸適宜的多效蒸發(fā)。蒸發(fā)。第7章 蒸發(fā) 1蒸發(fā)器的熱阻分析 蒸發(fā)器的傳熱熱阻可由下式計算 管外蒸汽冷凝熱阻 普通很小，但須留意及時排除加熱室中不凝性氣體，否那

26、么不凝性氣體在加熱室內不斷積累，將使此項熱阻明顯添加； 管壁熱阻 普通可以忽略； 12111iRK117.2.3 蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)第7章 蒸發(fā) 管內壁液一側的垢層熱阻Ri取決于溶液的性質及管內液體的運動情況。降低垢層熱阻的方法是定期清理加熱管，加快流體的循環(huán)速度，或參與微量阻垢劑以延緩構成垢層；在處置有結晶析出的物料時可參與少量晶種，使結晶盡能夠地在溶液的主體中，而不是在加熱面上析出； 管內沸騰給熱阻 主要決議于沸騰液體的流動情況。2管內汽液兩相流動方式3管內沸騰給熱21第7章 蒸發(fā)常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K的閱歷值的閱歷值蒸發(fā)器的型式蒸發(fā)器的型式總傳熱系數(shù)總傳熱系

27、數(shù)K, W / (m2K)規(guī)范式自然循環(huán)規(guī)范式自然循環(huán)6003000規(guī)范式強迫循環(huán)規(guī)范式強迫循環(huán)12006000懸筐式懸筐式6003000升膜式升膜式12006000降膜式降膜式12003500第7章 蒸發(fā)7.2.4 蒸發(fā)器的輔助設備蒸發(fā)器的輔助設備1 除沫器汽液分別器除沫器汽液分別器 蒸發(fā)操作時產(chǎn)生的二次蒸汽，在分別室與液體分別后，仍夾帶大量液滴，尤其是處置易產(chǎn)生泡沫的液體，夾帶更為嚴重。為了防止產(chǎn)品損失或冷卻水被污染，常在蒸發(fā)器內或外設除沫器。 圖中圖中a ad d直直接安裝在蒸發(fā)器頂部，接安裝在蒸發(fā)器頂部，e eg g安裝在蒸發(fā)器外安裝在蒸發(fā)器外部。部。第7章 蒸發(fā)2 冷凝器冷凝器 冷凝

28、器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有間壁式和直接接觸式兩種。器有間壁式和直接接觸式兩種。3 疏水器疏水器將冷凝水及時排走，防止蒸汽由排出將冷凝水及時排走，防止蒸汽由排出管逃逸管逃逸 機械式、熱膨脹式、熱動力式機械式、熱膨脹式、熱動力式4 真空安裝真空安裝 當蒸發(fā)器在負壓下操作時，無論采用當蒸發(fā)器在負壓下操作時，無論采用哪一種冷凝器，均需在冷凝器后安裝真哪一種冷凝器，均需在冷凝器后安裝真空安裝。常用的真空安裝有放射泵、水空安裝。常用的真空安裝有放射泵、水環(huán)式真空泵、往復式或旋轉式真空泵等環(huán)式真空泵、往復式或旋轉式真空泵等。 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單

29、效蒸發(fā)器第7章 蒸發(fā)7.3單效蒸發(fā)單效蒸發(fā)z知過程選定：加熱蒸汽壓強知過程選定：加熱蒸汽壓強p(或溫度或溫度T)，冷凝器操作壓強，冷凝器操作壓強p(或或溫度溫度t0)；z計算內容：單位時間內水分蒸發(fā)量計算內容：單位時間內水分蒸發(fā)量W(kg/h)和完成液的量；和完成液的量； z 加熱蒸汽用量加熱蒸汽用量D(kg/h)； z 蒸發(fā)器的傳熱面積蒸發(fā)器的傳熱面積A(m2)。求解上述問題運用物料衡算方程、熱量衡算方程和傳熱速率方程。求解上述問題運用物料衡算方程、熱量衡算方程和傳熱速率方程。z知條件：原料液流量知條件：原料液流量F(kg/h)，原料液濃度，原料液濃度o(質量分率質量分率)和溫度和溫度to(

30、)，完成液的濃度，完成液的濃度(質量分率質量分率)(消費要求消費要求)；第7章 蒸發(fā)7.3.1 7.3.1 蒸發(fā)量蒸發(fā)量蒸發(fā)器的物料衡算蒸發(fā)器的物料衡算對溶質做物料衡算：對溶質做物料衡算： 000W1wFwwFWFwFwwFW得：水分蒸發(fā)量：完成液量：完成液組成：式中：式中： 溶液的進料量；溶液的進料量； 水份蒸發(fā)量二次蒸汽的量；水份蒸發(fā)量二次蒸汽的量； 原料液中溶質的濃度，質量分率；原料液中溶質的濃度，質量分率； 完成液中溶質的濃度，質量分率。完成液中溶質的濃度，質量分率。F1kg hW1hkg0ww0FwFW w蒸發(fā)室加熱室W,t0,IF,w0,t0,i0D,T0,I0D,T0,IcQLF

31、-Ww,t,iT第7章 蒸發(fā)7.3.2 加熱蒸汽的耗費量加熱蒸汽的耗費量蒸發(fā)器的熱量衡算蒸發(fā)器的熱量衡算對進出蒸發(fā)器的熱量進展衡算：對進出蒸發(fā)器的熱量進展衡算：00()()LF iiW IiQDr00L()DrFiF W i WIQ1 .溶液的濃縮熱顯著的溶液溶液的濃縮熱顯著的溶液蒸發(fā)室加熱室W,t0,IF,w0,t0,i0D,T0,I0D,T0,IcQLF-Ww,t,iTD加熱蒸汽耗費量，加熱蒸汽耗費量，kg/s；T0,t加料液與完成液的溫度，加料液與完成液的溫度，；i0,i加料液，完成液熱焓，加料液，完成液熱焓，kJ/kg； I,Ic 二次蒸汽和加熱蒸汽的熱焓，二次蒸汽和加熱蒸汽的熱焓，k

32、J/kg。 式中熱損失式中熱損失QL 可視詳細條件來取加熱蒸汽放熱量可視詳細條件來取加熱蒸汽放熱量 Dr0 的的 某一百分數(shù)。某一百分數(shù)。 第7章 蒸發(fā).溶液的濃縮熱可以忽略溶液的濃縮熱可以忽略當溶液的濃縮熱不大，溶液的焓值可用比熱計算。當溶液的濃縮熱不大，溶液的焓值可用比熱計算。以以0的液體為基準，那么：的液體為基準，那么：00 0ic t0ic t00L0()Fc ttWrQDr00()()LF iiW IiQDr第7章 蒸發(fā)例例7-1 在延續(xù)操作的蒸發(fā)器中，將在延續(xù)操作的蒸發(fā)器中，將2000kg/h的某無機鹽水溶液由的某無機鹽水溶液由0.1濃縮濃縮到到0.3(均為質量分數(shù)均為質量分數(shù))。

33、蒸發(fā)器的操作壓強為。蒸發(fā)器的操作壓強為40kPa，相應的溶液沸點為，相應的溶液沸點為80。加熱蒸汽的壓強為。加熱蒸汽的壓強為200kPa。知原料液的比熱為。知原料液的比熱為3.77kJ/(kg)，蒸，蒸發(fā)器的熱損失為發(fā)器的熱損失為12000W。設溶液的稀釋熱可以忽略，試求。設溶液的稀釋熱可以忽略，試求:1.水的蒸發(fā)量；水的蒸發(fā)量；2.原料液分別為原料液分別為30、80、120時的加熱蒸汽耗費量。時的加熱蒸汽耗費量。解：解：查附錄查附錄200kPa200kPa和和8080的飽和水蒸汽的汽化潛熱分別為的飽和水蒸汽的汽化潛熱分別為2205kJ/kg2205kJ/kg、2308kJ/kg2308kJ/

34、kg. .加熱蒸汽耗費量加熱蒸汽耗費量. .水的蒸發(fā)量水的蒸發(fā)量00.1(1)2000(1)1333/0.3wWFkghw第7章 蒸發(fā)a.原料溫度為原料溫度為30000()DLWrFc ttQrhkg/158822051000/360012000)3080(77. 3200023081330b.原料溫度為原料溫度為80000()DLWrFc ttQrhkg /141722051000/360012000)8080(77. 3200023081330000()DLWrFc ttQrhkg/128022051000/360012000)12080(77. 3200023081330c.原料溫度為原

35、料溫度為120結論：原料溫度越高，加熱蒸汽耗費越小。結論：原料溫度越高，加熱蒸汽耗費越小。第7章 蒸發(fā)7.3.3 蒸發(fā)速率與傳熱溫度差蒸發(fā)速率與傳熱溫度差 Q=KAtm據(jù)此計算蒸發(fā)器傳熱面積據(jù)此計算蒸發(fā)器傳熱面積A。其中。其中tm 計算如下計算如下:mQAK t1 平均溫度差平均溫度差tm蒸發(fā)屬兩相均有相變的恒溫傳熱過程，故傳熱的平均溫度差為蒸發(fā)屬兩相均有相變的恒溫傳熱過程，故傳熱的平均溫度差為 tm=T0-t當加熱蒸汽選定時，蒸發(fā)計算需知道溶液的沸點當加熱蒸汽選定時，蒸發(fā)計算需知道溶液的沸點t，即可計算傳，即可計算傳熱溫度差，在一定壓強下，溶液的沸點熱溫度差，在一定壓強下，溶液的沸點t較純水

36、的沸點高。較純水的沸點高。在實踐消費中，知的是加熱蒸汽的溫度在實踐消費中，知的是加熱蒸汽的溫度T0和冷凝器和冷凝器(或分別室或分別室)二次蒸汽的溫度二次蒸汽的溫度t0。(T0-t0)=tT，稱為實際傳熱溫差。，稱為實際傳熱溫差。第7章 蒸發(fā)由于各種緣由導致溶液沸點升高使的實踐傳熱溫差(T0-t)較實際傳熱溫差要小，其差值稱為溫度差損失：(1)因溶質存在，使溶液沸點升高導致與純水沸點之差因溶質存在，使溶液沸點升高導致與純水沸點之差 ；(2)蒸發(fā)器操作時需維持一定液位，因加熱管內液柱靜壓強而使沸蒸發(fā)器操作時需維持一定液位，因加熱管內液柱靜壓強而使沸點點 升高升高；(3)二次蒸汽由蒸發(fā)器分別室流動到

37、冷凝器二次蒸汽由蒸發(fā)器分別室流動到冷凝器(或下一效蒸發(fā)器加熱室或下一效蒸發(fā)器加熱室)時產(chǎn)生壓強降，導致的溫度差損失時產(chǎn)生壓強降，導致的溫度差損失(假設假設t0指分別室溫度時，指分別室溫度時，=0)。呵斥溫度差損失的主要緣由呵斥溫度差損失的主要緣由總的溫度差損失為三項之和，即總的溫度差損失為三項之和，即= + +第7章 蒸發(fā)1因溶液蒸汽壓下降所引起的溫度差損失因溶液蒸汽壓下降所引起的溫度差損失設設tA為僅思索因溶質存在時引起蒸汽壓下降時溶液的沸點，那么為僅思索因溶質存在時引起蒸汽壓下降時溶液的沸點，那么=tA-t0。 值的大小與溶液的種類、濃度以及操作壓強有關，通常值的大小與溶液的種類、濃度以及

38、操作壓強有關，通常采用閱歷法那么計算：采用閱歷法那么計算：.閱歷估算法閱歷估算法(吉辛科法吉辛科法)對常壓下由于蒸汽壓下降而引起的沸點升高對常壓下由于蒸汽壓下降而引起的沸點升高a進展修正用于操作進展修正用于操作壓強下的溫度差損失。壓強下的溫度差損失。 =fa 式中：式中： a 常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高，常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高， a=tA-100； tA 常壓下溶液的沸點，常壓下溶液的沸點，其值可從有關手冊查得；，其值可從有關手冊查得； f 校正系數(shù)，無因次，校正系數(shù)，無因次，f=0.0162(t0)2/r t0，r 分別為實踐操作壓強下水的沸點分別為實踐操作壓

39、強下水的沸點(K)和汽和汽化潛熱化潛熱(kJ/kg)。 第7章 蒸發(fā)溶液沸點tAtA純水沸點tWtWC%.杜林規(guī)那么法杜林規(guī)那么法(Duhrings rule)杜林規(guī)那么：溶液的沸點和一杜林規(guī)那么：溶液的沸點和一樣壓強下溶劑的沸點之間呈線性關樣壓強下溶劑的沸點之間呈線性關系。系。因此，對一定濃度的溶液，只需知道它在兩個不同壓強下的沸點，因此，對一定濃度的溶液，只需知道它在兩個不同壓強下的沸點，再查出一樣壓強下對應水的沸點，即可繪出該濃度溶液的杜林直線，由再查出一樣壓強下對應水的沸點，即可繪出該濃度溶液的杜林直線，由此直線即可求得該溶液在其它壓強下的沸點。此直線即可求得該溶液在其它壓強下的沸點。

40、第7章 蒸發(fā)5mgLpp 某些蒸發(fā)器的加熱管內積有一定高度的液位，使得液面以下液體接某些蒸發(fā)器的加熱管內積有一定高度的液位，使得液面以下液體接受更大的壓強，因此導致沸點升高。液層內部沸點與外表沸點之差即受更大的壓強，因此導致沸點升高。液層內部沸點與外表沸點之差即為因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失為因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失。2因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失 普通以為沸騰時發(fā)生在液面下普通以為沸騰時發(fā)生在液面下1/5處處取液層下取液層下1/5處壓強處壓強pm下對應的沸點下對應的沸點tpm為根據(jù)。設分別為根據(jù)。設分別室壓強為室壓強為p

41、，Pa，液面高度為，液面高度為L那么液層下那么液層下1/5處壓強為：處壓強為：溶液的平均密度，溶液的平均密度，kg/m2； L液層高度，液層高度，m。 第7章 蒸發(fā)tpm 壓強壓強pm下水的沸點，下水的沸點，(因溶液沸點難于查取，故取該壓強下因溶液沸點難于查取，故取該壓強下純水沸點近似作為溶液沸點純水沸點近似作為溶液沸點)； tp 與二次蒸汽壓強與二次蒸汽壓強p對應的水的沸點，對應的水的沸點，；對應的溫度差損失：對應的溫度差損失：mpptt 第7章 蒸發(fā)在三種溫差損失的計算中，以在三種溫差損失的計算中，以為最大，為主要影響要素。為最大，為主要影響要素。 3由于管路流動阻力而引起的溫度差損失由于

42、管路流動阻力而引起的溫度差損失 二次蒸汽由分別室流到冷凝器二次蒸汽由分別室流到冷凝器(或下一效加熱室或下一效加熱室)時，因管道流動時，因管道流動阻力使二次蒸汽的壓強有所降低，溫度也相應下降，由此引起的溫度阻力使二次蒸汽的壓強有所降低，溫度也相應下降，由此引起的溫度差損失即為差損失即為 。因二次蒸汽產(chǎn)生的壓強降，隨管路的布置情況而異，。因二次蒸汽產(chǎn)生的壓強降，隨管路的布置情況而異，其計算較繁。通常根據(jù)消費閱歷值選?。浩溆嬎爿^繁。通常根據(jù)消費閱歷值選?。?=1單效蒸發(fā)：二次蒸汽單效蒸發(fā)：二次蒸汽 蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷凝器冷凝器 =11.5 多效蒸發(fā)：二次蒸汽多效蒸發(fā)：二次蒸汽 蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷凝器。冷凝器

43、。多效蒸發(fā)：二次蒸汽多效蒸發(fā)：二次蒸汽 蒸發(fā)器蒸發(fā)器下一效加熱室下一效加熱室=11.5 第7章 蒸發(fā)2 單效蒸發(fā)計算例如單效蒸發(fā)計算例如00.1W11800 11440/0.5wFkg hw例例7-2 將將10%的的NaOH水溶液蒸發(fā)到水溶液蒸發(fā)到50%，處置量為，處置量為1800kg/h，原料液，原料液溫度溫度60，比熱為，比熱為3.4kJ/kg，加熱蒸汽和分別室壓強分別為，加熱蒸汽和分別室壓強分別為400kPa和和50kPa，蒸發(fā)器內液面高度為，蒸發(fā)器內液面高度為2m，溶液平均密度為，溶液平均密度為1400kg/m3，總，總傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K為為1500W/(m2)，假設熱損失為傳熱量的，

44、假設熱損失為傳熱量的10%，忽略稀，忽略稀釋熱，試計算加熱蒸汽耗費量，水分蒸發(fā)量，產(chǎn)品量及所需傳熱面積。釋熱，試計算加熱蒸汽耗費量，水分蒸發(fā)量，產(chǎn)品量及所需傳熱面積。解：查附表：解：查附表： p=400kPa下蒸汽下蒸汽T0=143.4，r0=2.5kJ/kg p=50kPa下二次蒸汽下二次蒸汽t0=81.2，r=2304.5kJ/kg(1)水蒸發(fā)量水蒸發(fā)量(2)產(chǎn)品量產(chǎn)品量 F-W=1800-1440=360kg/h第7章 蒸發(fā)(3)加熱蒸汽用量加熱蒸汽用量Dr0=Wr+FC0(t-t0)+QL QL=0.1Dr0 D=1.1Wr+ FC0(t-t0)/r0 其中：其中：t=t0+=81.2

45、+的計算采用杜林規(guī)那么的計算采用杜林規(guī)那么因溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)接近完成液，故取因溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)接近完成液，故取w=0.50查表：水的沸點在查表：水的沸點在81.2,50%NaOH的沸點為的沸點為121.1 =tA- tW =121.1-81.2=39.9 第7章 蒸發(fā)1400 9.81 25055.4952 1000mgLppkPa211103700:39.6()1500 (143.4 124.8)oQAmK Tt傳熱面積的計算：的計算：查得：查得：pm=55.49kPa下水沸點下水沸點tpm=83.7 =tpm-tp=83.7-81.2=2.5取取=1.2 t=81.2+39.9+2.5

46、+1.2=124.8 故：故： D=1.114402304.5+18003.4(124.8-60)/2.5=1911kg/h(4)傳熱面積傳熱面積傳熱量傳熱量:Q=Dr0=19112.5/3600=1.2 kW第7章 蒸發(fā)7.4蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性與多效蒸發(fā)蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性與多效蒸發(fā)7.4.1 7.4.1 蒸發(fā)的經(jīng)濟性評價蒸發(fā)的經(jīng)濟性評價1 蒸發(fā)器的消費才干和消費強度蒸發(fā)器的消費才干和消費強度蒸發(fā)器的消費才干：單位時間內蒸發(fā)的水量蒸發(fā)器的消費才干：單位時間內蒸發(fā)的水量W(kg/h)：QWr蒸發(fā)器的消費強度蒸發(fā)器的消費強度U：指單位時間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水量，：指單位時間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水

47、量，kg/(m2h) WUA沸點進料，且不計熱損失沸點進料，且不計熱損失 m0QKA tDrWr1WQUKtAA rr第7章 蒸發(fā)2.2.提高蒸發(fā)器消費強度的途徑提高蒸發(fā)器消費強度的途徑(1)提高傳熱溫度差提高傳熱溫度差tm方法：方法：2增大總傳熱系數(shù)增大總傳熱系數(shù)K提高熱源的溫度提高熱源的溫度 ：如采用高溫熱源：如采用高溫熱源mtTt降低溶液的沸點降低溶液的沸點 ：如采用真空蒸發(fā)：如采用真空蒸發(fā) 增大管內對流傳熱系數(shù)增大管內對流傳熱系數(shù)ii減少管內側污垢熱阻減少管內側污垢熱阻第7章 蒸發(fā)3 3 加熱蒸汽的經(jīng)濟性加熱蒸汽的經(jīng)濟性加熱蒸汽的經(jīng)濟性是指加熱蒸汽的經(jīng)濟性是指1kg1kg加熱蒸汽可蒸發(fā)

48、的水量，即加熱蒸汽可蒸發(fā)的水量，即W/DW/D。假設原料液在沸點下進入蒸發(fā)器，忽略熱損失，那么有：假設原料液在沸點下進入蒸發(fā)器，忽略熱損失，那么有：0rDeWr 稱為單位蒸汽耗費量，表示每蒸發(fā)稱為單位蒸汽耗費量，表示每蒸發(fā)1kg1kg水所需耗費的加熱蒸水所需耗費的加熱蒸汽量，可用來闡明加熱蒸汽的利用率。汽量，可用來闡明加熱蒸汽的利用率。e 為節(jié)約能源，降低能耗，需提高加熱蒸汽的經(jīng)濟性。其中最為節(jié)約能源，降低能耗，需提高加熱蒸汽的經(jīng)濟性。其中最主要的途徑是采用多效蒸發(fā)。主要的途徑是采用多效蒸發(fā)。第7章 蒸發(fā)1.并流流程并流流程又稱為順流加料加料流程，是工又稱為順流加料加料流程，是工業(yè)上最常見的加料方式。業(yè)上最常見的加料方式。7.4.2 多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程蒸汽流動方向：蒸汽流動方向： 123溶液流動方向：溶液流動方向： 123 料液可自動流入下一效，無需泵料液可自動流入下一效，無需泵保送；保送； 溶液會發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸溶液會發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸汽；汽；傳熱推進力依次減??；傳熱推進力依次減?。?K依次減??；依次減??；并流多效蒸發(fā)并流多效蒸發(fā)第7章 蒸發(fā)優(yōu)、缺陷：優(yōu)、缺陷： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 傳熱推進力較為均勻；傳熱推進力較為均勻；2.逆流流程逆流流程蒸汽流動方向：蒸汽流動方向： 321溶