化工原理學(xué)：第七章 蒸發(fā)

1、 第7章 蒸發(fā) 7.1 概述7.1.1 蒸發(fā)操作的目的和方法蒸發(fā)：含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液在沸騰條件下 受熱，使部分溶劑汽化為蒸汽的操作。目的: （1）獲得濃縮的溶液，直接作為化工 成品或半成品。 （2）與結(jié)晶聯(lián)合操作以獲得固體溶質(zhì) （3）脫除雜質(zhì)，制取純凈的溶劑 7.1.2 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)一、過程實(shí)質(zhì)：熱量傳遞而不是物質(zhì)傳遞 蒸發(fā)操作應(yīng)屬于傳熱過程二、過程特點(diǎn)：（1）濃溶劑在加熱面上析出溶質(zhì)而形成垢層, 使傳熱過程惡化。（2）溶液性質(zhì)對(duì)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了特殊 要求。（3）蒸發(fā)操作是大量耗熱的過程，節(jié)能是蒸 發(fā)操作應(yīng)予考慮的重要問題。三、過程中蒸汽溫位的變化： 高溫位 低溫位溫位的降低用于兩部

2、分：（1）傳熱需一定的溫差為推動(dòng)力（2）由于溶質(zhì)的存在造成溶液的沸點(diǎn)升高 7.2 蒸發(fā)設(shè)備7.2.1 各種蒸發(fā)器一、蒸發(fā)器的構(gòu)件 主要構(gòu)件： （1）加熱室 （2）流動(dòng)通道 （3）氣液分離空間 輔助設(shè)備： （1）除沫器 （2）冷凝器 （3）疏水器二、蒸發(fā)器的類型（1）循環(huán)型蒸發(fā)器 垂直短管式（中央循環(huán)管式）（動(dòng)畫） 流體在細(xì)管內(nèi)向上，粗管內(nèi)向下作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)速度0.10.5m/s 外加熱式 采用長加熱管，且循環(huán)管不再受熱，循環(huán)速度1.5m/s 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 采用泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，循環(huán)速度1.85m/s討論：提高循環(huán)速度的目的是什么？ a. 增加給熱系數(shù) b. 降低單程汽化率，延緩結(jié)垢時(shí)間（2）

3、單程型蒸發(fā)器 物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求， 受熱時(shí)間大為縮短，適合熱敏物料。旋轉(zhuǎn)刮片式蒸發(fā)器7.2.2 蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)一、蒸發(fā)器的熱阻分析 ：管外蒸汽冷凝熱阻，一般很小 ：加熱管壁的熱阻，一般可以忽略 ：管內(nèi)壁液體一側(cè)的垢層熱阻， 一般較大 ：管內(nèi)沸騰給熱熱阻，是蒸發(fā)傳熱的主 要熱阻二、管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)型式三、管內(nèi)沸騰給熱為提高全管長內(nèi)的平均給熱系數(shù)，應(yīng)擴(kuò)大環(huán)狀流動(dòng)區(qū)域。四 、傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值主要靠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定 7.3 單效蒸發(fā)7.3.1 物料衡算 溶質(zhì)不揮發(fā) 水分蒸發(fā)量：問題：若將某溶液從0.01濃縮至0.1與從 1濃縮至10相比，哪一個(gè)能耗大？答：一樣大 并不與 成正比，而與 有

4、關(guān) 7.3.2 熱量衡算一、濃縮熱顯著的溶液對(duì)蒸發(fā)器作熱量衡算，有： 或 取 的某一百分?jǐn)?shù)二、不計(jì)濃縮熱的熱量衡算 :料液的比熱容 蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 7.3.3 蒸發(fā)速率與傳熱溫度差一、蒸發(fā)速率 加熱蒸汽的飽和溫度 蒸發(fā)器內(nèi)溶液的沸點(diǎn)，即完成液的度 二次蒸氣的飽和溫度 蒸發(fā)器操作壓強(qiáng)，常以冷凝器壓強(qiáng)代替二、溶液沸點(diǎn)溶液沸點(diǎn)不僅取決于操作壓強(qiáng)，還與下述因素有關(guān)： （1）溶質(zhì)造成的沸點(diǎn)升高 原因：溶質(zhì)的存在 確定方法：杜林法則 例：101.3kPa、50的NaOH水溶液的 沸點(diǎn)為142（2）液柱靜壓頭引起的 取液面下 處的溶液沸騰溫度為平均溫度 ：液面上方的壓強(qiáng)， 通常以冷凝器壓強(qiáng)代替 ：蒸發(fā)器內(nèi)的

5、液面高度 溫度差損失 ，以 為主蒸發(fā)器中沸騰液體的平均溫度為： 蒸發(fā)過程的傳熱溫差：7.3.4 單效蒸發(fā)過程的計(jì)算 7.4 蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性和多效蒸發(fā)7.4.1 衡量蒸發(fā)操作經(jīng)濟(jì)性的方法一、蒸汽設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度 （1）生產(chǎn)強(qiáng)度的定義若不計(jì)熱損失和濃縮熱、料液預(yù)熱至沸點(diǎn)加入，則蒸發(fā)器的傳熱速率：（2）提高生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑 增大傳熱溫差： 提高加熱蒸汽的溫度； 真空蒸發(fā)（降低溶液沸點(diǎn)）。 提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)： 建立良好的溶液循環(huán)流動(dòng)； 及時(shí)排不凝性氣體； 經(jīng)常清除垢層。二、加熱蒸汽的利用率 將每1kg加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量 稱為加 熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性7.4.2 蒸發(fā)操作的節(jié)能方法一、多效蒸發(fā) 注意：后一效操作壓強(qiáng)及溫度必較前一較低 （1）并流加料 原料液無須泵送，末效傳熱條件較劣。 （2）逆流加料 原料液須泵送，各效傳熱條件大致相同（3）平流加料 對(duì)易結(jié)晶的物料較為合適 二、額外蒸汽引出 工程上，總蒸發(fā)量 規(guī)定，欲引出額外蒸汽，需增加加熱蒸汽量 ，而使 有所下降；但增