化工單元操作與設(shè)備之蒸發(fā)

1、第五章第五章 蒸蒸 發(fā)發(fā)主講人：呂利霞主講人：呂利霞 第一節(jié) 概述一、蒸發(fā)過(guò)程及其特點(diǎn)1、定義：將含有非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液加熱沸騰使部分溶劑氣化并使溶液得到濃縮的過(guò)程。2、目的：（1）濃縮溶液；（2）制取或回收純?nèi)軇?、特點(diǎn)（1）蒸發(fā)是傳熱過(guò)程；（2）溶劑揮發(fā)而溶質(zhì)不揮發(fā)；（3）溶劑的氣化會(huì)消耗大量的熱量；（4）蒸發(fā)的溶液種類(lèi)不同時(shí)，所需設(shè)備和操作方 式有區(qū)別；二、蒸發(fā)過(guò)程的分類(lèi)1、按加熱方式：直接加熱和間接加熱；2、按操作壓強(qiáng)：常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)3、按蒸發(fā)的效數(shù)：?jiǎn)涡д舭l(fā)和多效蒸發(fā)；單效蒸發(fā)：二次蒸汽沒(méi)有被利用的蒸發(fā)；多效蒸發(fā)：有多個(gè)蒸發(fā)器，二次蒸汽作為下一臺(tái)蒸 發(fā)器的加熱蒸汽被

2、再次利用；效數(shù)：蒸發(fā)器串聯(lián)的個(gè)數(shù)。4、按操作方式：間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)。第二節(jié) 單效蒸發(fā)過(guò)程一、單效蒸發(fā)流程2、單效蒸發(fā)過(guò)程的計(jì)算（1）水分蒸發(fā)量的計(jì)算對(duì)溶質(zhì)進(jìn)行物料衡算，得：則完成液的濃度為：10wWFFw蒸發(fā)室加熱室W,hF,w0D,h0F-W,w1,h1D,hc101wwFWWFFww01例題：見(jiàn)P188。（2）加熱蒸汽消耗量的計(jì)算 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱量衡算， 得：加熱蒸汽用量為：lcSQhWFWhDhFhDh10蒸發(fā)室加熱室W,T,hF,w0,t0,h0D,T,hsD,T,hcF-WQLw1,t1,h1csLhhQFhhWFWhD01注：溶液的焓由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，值隨濃度和溫度而變化。當(dāng)溶液的濃縮熱

3、不大時(shí)，可用平均比熱容近似計(jì)算：000tch 111tch 0001wcwccBw1111wcwccBW000wwccccWWBWFFwcWFFwccBW0011WWcFccWF01又因?yàn)椋核裕簉hhcs1rhhrQWrttFchhQttFctchWhhQtFctWcFcWhhhQtFctcWFWhDlcslWcslwcsl010010100100011意義：加熱蒸汽放出的熱量用于：（1）預(yù)熱原料液；（2）氣化水份；（3）補(bǔ)償蒸發(fā)器的熱損失；令 單位蒸汽消耗量，kg蒸汽/kg水；是蒸發(fā)器的一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。WDe 當(dāng)溶液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，且忽略熱損失的情況下，注：由于溶液的熱效應(yīng)和

4、熱損失的存在，使得e大 于1.1。 例題：P190。0lQ10tt 1rrWDe(3)加熱室傳熱面積的計(jì)算 有效溫度差DrQ mtKQAiiiiddddRRK0000111（4）蒸發(fā)器的有效溫度差A(yù)、蒸發(fā)裝置的最大可能溫度差B、溫差損失（沸點(diǎn)升高） 杜林規(guī)則:cstttmaxcBtt mKttwBBsmttt 的計(jì)算 考慮1-1.5。 例題：P193。2glppmKttttwwBBppmtt 三、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度1、生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑（水）量， kg/s 。2、生產(chǎn)強(qiáng)度：?jiǎn)挝粋鳠崦娣e上單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑 （水）量，kg/m2.s。 AWU 第三節(jié) 多效蒸發(fā)過(guò)程目的：再次

5、利用二次蒸汽，節(jié)約能量，提高蒸發(fā)器 的經(jīng)濟(jì)性。一、多效蒸發(fā)的操作流程 1、并流法 2、逆流法 3、平流法特點(diǎn)：1、溶液在效間的輸送不需要泵；2、有自蒸發(fā)現(xiàn)象；3、完成液在末效排出，熱量消耗低；4、各效由于溫度漸升而導(dǎo)致傳熱系數(shù)下 降，生產(chǎn)能力降低或傳熱面積增加。特點(diǎn)：1、溶液在效間的輸送需要泵；2、無(wú)自蒸發(fā)現(xiàn)象，產(chǎn)生的二次蒸汽量少；3、完成液在第一效排出，溫度較高，損失的熱量 多，且不利于熱敏性材料的蒸發(fā)；4、傳熱系數(shù)均勻，保持在較高的水平。特點(diǎn)： 溶液不在效間流動(dòng)，有利于有結(jié)晶析出的情況或得到不同濃度的料液。4、錯(cuò)流加料流程 部分產(chǎn)流部分逆流。二、多效蒸發(fā)的最佳效數(shù)蒸發(fā)過(guò)程的單位蒸汽消耗量蒸

6、發(fā)過(guò)程的單位蒸汽消耗量最佳效數(shù):根據(jù)設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)之和為最小來(lái)確定。三、多效蒸發(fā)的計(jì)算（略）效數(shù)n單效雙效三效四效五效理想值10.50.330.250.2實(shí)際平均值1.10.570.40.30.27第四節(jié) 蒸發(fā)裝置及其選型一、蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器 非循環(huán)型（單程型）1、循環(huán)型（1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠，投資少；缺點(diǎn)：循環(huán)速度低，傳熱系數(shù)低，清洗難度大。（2）懸筐式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度加快，清洗、檢修方便，傳熱系數(shù)高，熱損失小；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。（3）外熱式特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：便于清洗和更換，降低蒸發(fā)器的總高 度，循環(huán)速度快，傳熱系數(shù)大；缺點(diǎn)：?jiǎn)挝幻娣e金屬耗量大，熱損失大；（4）列文式優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度加快，加熱管內(nèi)不易結(jié)垢，增加了傳熱推動(dòng)力；缺點(diǎn)：設(shè)備龐大，溫差損失大；適用范圍：適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢及粘度大的溶液。（5）強(qiáng)制循環(huán)型特點(diǎn)：循環(huán)速度大且可以調(diào)節(jié)，但動(dòng)力消耗大；適用范圍：適于處理高黏度、易結(jié)垢或有結(jié)晶析出 的溶液。2、非循環(huán)型蒸發(fā)器共同點(diǎn)：傳熱效果好，加熱時(shí)間短，適于熱敏性材 料的蒸發(fā)。（1）升膜式 傳熱及蒸發(fā)速度快，適用于處理大量稀溶液或易起泡的蒸發(fā)。（2）降膜式特點(diǎn)：有利于液膜的維持和高粘度液體的蒸發(fā)。（3）刮板式蒸發(fā)器二、蒸發(fā)器的選用膜式：適用于熱敏性材料；刮板型：適用于高粘度溶液；循環(huán)型：常用液體