化工原理蒸發(fā)課件

料液加熱蒸汽完成液冷凝水二次蒸汽第5章蒸發(fā)5.1概述5.1.1蒸發(fā)及應(yīng)用

(1)

蒸發(fā)：蒸發(fā)是溶液濃縮的單元操作。它采用加熱的方法，使溶有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰，其中的部分溶劑被氣化除去，而溶液得到濃縮。

設(shè)備：蒸發(fā)器，冷凝器。（2）應(yīng)用：①將溶液濃縮后，冷卻結(jié)晶，獲得固體產(chǎn)品；②濃縮溶液，獲得純凈的溶劑產(chǎn)品；③獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。1/4/2023料液加熱蒸汽完成液冷凝水二次蒸汽第5章蒸發(fā)5.11單效蒸發(fā)流程：3-中央循環(huán)管；不凝性氣體冷卻水二次蒸汽料液加熱蒸汽冷凝水完成液水

硝酸銨水溶液蒸發(fā)流程蒸發(fā)流程123451-加熱管；2-加熱室；4-蒸發(fā)室；5-除沫器；6-冷凝器單效蒸發(fā)流程：3-中央循環(huán)管；不凝性氣體冷卻水二次蒸汽料液加2(3)幾個概念

*加熱蒸汽(生蒸汽)：蒸發(fā)過程所用的加熱蒸汽；*完成液：濃縮后的溶液；*單效蒸發(fā)：產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出；*多效蒸發(fā)：二次蒸汽作為串聯(lián)使用的下一個蒸發(fā)器的加熱蒸汽。5.1.2分類按操作方式：間歇式、連續(xù)式；按二次蒸汽的利用情況：單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)；按操作壓力：常壓、加壓、減壓（真空）；真空蒸發(fā)的優(yōu)點：提高傳熱溫差、利用低壓蒸汽作為熱源、對熱敏性物料的蒸發(fā)有利。(3)幾個概念5.1.2分類按操作方式：間歇式、連續(xù)式35.1.3蒸發(fā)操作的特點（1）蒸發(fā)器實質(zhì)是一種兩側(cè)流體發(fā)生相變的換熱器；（2）溶液的沸點升高生蒸汽溫度一定時，傳熱溫差小于加熱純?nèi)軇r的傳熱溫差。（3）溶劑汽化時消耗大量能量為減小能耗必須提高加熱蒸汽利用率。（4）根據(jù)物料本身特性(如粘度、結(jié)晶性、熱敏性等)合理選擇設(shè)備和操作流程。1/4/20235.1.3蒸發(fā)操作的特點12/27/202245.2單效蒸發(fā)5.2.1物料衡算

目的：計算蒸發(fā)水量和完成液濃度對溶質(zhì)：加熱蒸汽qmv,T,H料液qm0,w0,t0,c0,h0二次蒸汽qmwT’,H’完成液qm0-qmw,w,t,c,h蒸汽冷凝水qmv,T,hw加熱室單效蒸發(fā)的物料衡算，熱量衡算示意圖1/4/20235.2單效蒸發(fā)加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液蒸汽冷凝水qmv5

5.3.2熱量衡算目的：計算生蒸汽消耗量(1)熱量衡算式加熱蒸汽qmv,T,H料液qm0,w0,t0,c0,h0二次蒸汽qmwT’,H’完成液qm0-qmw,w,t,c,h蒸汽冷凝水qmv,T,hw加熱室1/4/20235.3.2熱量衡算加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液蒸汽冷凝水q6(2)熱量衡算式的簡化

忽略溶解熱、稀釋熱時，溶液的熱焓和比熱容取質(zhì)量平均，以0C為熱焓基準(zhǔn)，則有：代入熱流量公式得：1/4/2023(2)熱量衡算式的簡化代入熱流量公式得：12/27/2027若沸點進(jìn)料，忽略熱損失時，加熱蒸汽消耗量：生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（經(jīng)濟(jì)程度）qmw/qmv*蒸發(fā)操作重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，反映蒸發(fā)操作能耗的大小;*實際由于沸點升高和熱損失，單效蒸發(fā)qmw/qmv≈0.9。1/4/2023若沸點進(jìn)料，忽略熱損失時，加熱蒸汽消耗量：生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（經(jīng)8(3)焓濃圖

溶解熱、稀釋熱不能忽略時,用平均比熱計算誤差很大，此時，生蒸汽消耗量可用焓濃圖計算。1/4/2023(3)焓濃圖12/27/202295.2.3傳熱計算由蒸發(fā)器的傳熱方程得：

(1)傳熱度溫差

在蒸發(fā)器中，管外為蒸氣冷凝，溫度恒定為T，管內(nèi)為溶液沸騰，溫度也多為定值，可視為恒溫差傳熱，故

(2)傳熱系數(shù)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K，目前主要還是根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)來選定。5.2.3傳熱計算由蒸發(fā)器的傳熱方程得：

10常見蒸發(fā)器管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)：普通自然循環(huán)蒸發(fā)器：強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器：常見蒸發(fā)器管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)：普通自然循環(huán)蒸發(fā)器11升膜式蒸發(fā)器：升膜式蒸發(fā)器：12（3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度

生產(chǎn)能力——為單位時間蒸發(fā)水分的質(zhì)量，由于它主要取決于過程的熱流量，所以常又以熱流量來衡量蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。

生產(chǎn)強(qiáng)度——為單位傳熱面積的生產(chǎn)能力，以U表示，單位為kg/(㎡h)

（3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度135.2.4

溶液的沸點升高和傳熱溫差損失(1)溶液的沸點和溫度差損失

溶液沸點>二次蒸汽飽和溫度①引起沸點升高的原因a）溶質(zhì)存在，使溶液飽和蒸汽壓降低；溶液沸點＞相同壓力下水沸點。b）維持一定液位，液柱作用使下部溶液沸點上升；即：液柱靜壓頭引起沸點升高。c）二次蒸汽從蒸發(fā)室流向冷凝器時，由于存在阻力而壓力降低使冷凝器中二次蒸汽溫度低于室中二次蒸汽的溫度。1/4/20235.2.4溶液的沸點升高和傳熱溫差損失①引起沸點升高14因此，溶液的沸點：

如果采用蒸發(fā)器中的二次蒸氣溫度，則：

②傳熱溫差損失溶液沸點升高，造成傳熱溫差減小。說明：如果采用冷凝器中的二次蒸氣溫度，則：

因此，溶液的沸點：如果采用蒸發(fā)器中的二次蒸氣溫度，則：15（2）溶液的沸點升高的計算

①溶液蒸汽壓降低引起的沸點升高

方法1：實驗測定溶液的沸點tb，由二次蒸汽壓力確定其飽和溫度T′。

方法2：用杜林規(guī)則求溶液的沸點。

杜林規(guī)則：一定濃度溶液的沸點，和相同壓力下標(biāo)準(zhǔn)液體的沸點呈線性關(guān)系，即有：

式中，

tw：標(biāo)準(zhǔn)液體(一般取水)的沸點；

k、m：與溶液種類、濃度有關(guān)。1/4/2023（2）溶液的沸點升高的計算方法2：用杜林規(guī)則求溶液的沸點。16杜林規(guī)則也可用圖形表示說明：由圖可見，低濃度下，壓力對Δt′影響不大。Δt′也可按下式估算：1/4/2023杜林規(guī)則也可用圖形表示說明：由圖可見，低濃度下，壓力對Δt′17②液柱靜壓頭引起的沸點升高溶液內(nèi)部沸點，按平均壓力計算：③二次蒸汽阻力損失引起的沸點升高用冷凝器壓力計算二次蒸汽溫度時，需考慮。按經(jīng)驗數(shù)值選?。孩谝褐o壓頭引起的沸點升高③二次蒸汽阻力損失引起的沸點升18特點：*料液輸送不需要泵（各效壓力差）；*后一效沸點低，可進(jìn)行自蒸發(fā)(閃蒸)；*一般傳熱系數(shù)逐次下降(由粘度增大造成)。5.3

多效蒸發(fā)和提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的其他措施5.3.1

多效蒸發(fā)的流程

(1)并流加料流程不凝性氣體第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽料液加熱蒸氣完成液水冷卻水并流加料蒸發(fā)流程1/4/2023特點：*料液輸送不需要泵（各效壓力差）；5.3多效蒸發(fā)19(2)逆流加料流程特點：*需要泵輸送流體；*無自蒸發(fā)(閃蒸)，且多消耗部分熱量；*各物料粘度較一致，傳熱系數(shù)較均勻。逆流加料蒸發(fā)流程完成液加熱蒸氣料液冷卻水水不凝性氣體1/4/2023(2)逆流加料流程特點：*需要泵輸送流體；逆流加料蒸發(fā)流20(3)平流加料流程說明：適用于有結(jié)晶析出的蒸發(fā)操作。水冷卻水不凝性氣體料液加熱蒸氣平流加料蒸發(fā)流程1/4/2023(3)平流加料流程說明：適用于有結(jié)晶析出的蒸發(fā)操作。水冷卻21(1)溫度差損失和有效溫度差

▲當(dāng)完成液濃度相同時，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)；

即：溫度差損失多效蒸發(fā)＞單效蒸發(fā)▲當(dāng)理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發(fā)的各效有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)。

即：有效傳熱溫差多效蒸發(fā)<單效蒸發(fā)5.3.2

多效蒸發(fā)問題分析

▲多效蒸發(fā)的生蒸汽經(jīng)濟(jì)性理論值與效數(shù)成正比，其經(jīng)驗值也隨效數(shù)增多而增加，但不成正比。即：多效蒸發(fā)，可提高生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。

(2)經(jīng)濟(jì)性(1)溫度差損失和有效溫度差

▲當(dāng)完成液濃度相同22

(3)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度

▲在相同條件下，雖然多效蒸發(fā)傳熱面積為單效蒸發(fā)的m倍，但生產(chǎn)能力小于單效蒸發(fā)；

▲當(dāng)多效蒸發(fā)的及各效Ai，Ki，與單效相同時，多效蒸發(fā)的生產(chǎn)強(qiáng)度小于單效的1/m；

▲為完成相同的生產(chǎn)任務(wù)，多效蒸發(fā)所需要的傳熱面積大于單效蒸發(fā)的m倍，多效蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)性的提高是以增加設(shè)備費為代價的。

即：生產(chǎn)能力：多效蒸發(fā)<單效蒸發(fā)生產(chǎn)強(qiáng)度：多效蒸發(fā)<單效蒸發(fā)1/4/2023(3)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度12/27/202223(4)多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制和選擇

▲傳熱溫度差的限制；

▲設(shè)備費用的限制；

▲效數(shù)選擇。生蒸汽經(jīng)濟(jì)性隨效數(shù)提高幅度減小，而設(shè)備費用始終正比于效數(shù)。選取原則：設(shè)備費用和操作費用總和最小，通常選取2~3效。5.4.3多效蒸發(fā)的設(shè)計型計算需要計算的未知量：復(fù)雜性：效數(shù)增加，許多變量間呈非線性關(guān)系，計算過程復(fù)雜。計算基礎(chǔ)：物料衡算、熱量衡算和傳熱方程單效雙效△s△ts△2△t2△t1△1TT'△TT=T-T'單效蒸發(fā)和雙效蒸發(fā)有效溫度差的比較(4)多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制和選擇

▲傳熱溫度差24(1)額外蒸汽的引出額外蒸汽：在多效蒸發(fā)中，可在前幾效引出部分二次蒸汽，作為其它加熱設(shè)備的熱源。說明：引出額外蒸汽時，生蒸汽的消耗量增加，但所增加的生蒸汽量小于引出的額外蒸汽總量，從總體來看，生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性提高了。5.3.4提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施料液加熱蒸氣完成液水冷卻水不凝性氣體引出額外蒸汽的蒸發(fā)流程(1)額外蒸汽的引出額外蒸汽：在多效蒸發(fā)中，可在前幾效引出25額外蒸汽的引出額外蒸汽的引出26說明：上一效的冷凝水溫度較高，可將其通過閃蒸器減壓至下一效加熱室的壓力，則冷凝水由于過熱將閃蒸，產(chǎn)生部分蒸氣。將它和上一效的二次蒸氣一起作為下一效的加熱蒸氣，就相當(dāng)于提高了生蒸氣的經(jīng)濟(jì)性。(2)冷凝水的閃蒸加熱蒸氣進(jìn)料二次蒸氣冷凝水12二次蒸氣冷凝水完成液ABA,B-蒸發(fā)器；1-冷凝水排出器；2-冷凝水閃蒸器冷凝水的閃蒸說明：上一效的冷凝水溫度較高，可將其通過閃蒸器減壓至下一效加27(3)多效多級閃蒸優(yōu)點：解決了物料易于在加熱管管壁結(jié)垢的問題，經(jīng)濟(jì)性較高，可利用低壓蒸氣作為熱源，設(shè)備簡單緊湊，不需要高大的廠房，因而近年來應(yīng)用漸廣。缺點：動力消耗較大，所需的傳熱面積稍多。另外，也不適用于沸點上升較大物料的蒸發(fā)。(3)多效多級閃蒸優(yōu)點：解決了物料易于在加熱管管壁結(jié)垢的問28(4)熱泵蒸發(fā)熱泵蒸發(fā)：單效蒸發(fā)時，可將二次蒸氣絕熱壓縮以提高其溫度，然后送回加熱室作為加熱蒸氣重新利用。熱泵蒸發(fā)的節(jié)能效果一般可相當(dāng)于3～5效的多效蒸發(fā)。說明：該方法不適用于沸點升高較大物料的蒸發(fā)。另外，壓縮機(jī)的投資費用較高等，限制了它的應(yīng)用。完成液加料壓縮機(jī)冷凝水完成液加料冷凝水高壓蒸汽噴射泵去冷凝器(a)(b)熱泵蒸發(fā)流程(4)熱泵蒸發(fā)熱泵蒸發(fā)：單效蒸發(fā)時，可將二次蒸氣絕熱壓縮295.4蒸發(fā)設(shè)備

主體設(shè)備：蒸發(fā)器-----主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。

輔助設(shè)備：除沫器、冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。5.4.1蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點按溶液在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：（1）循環(huán)型蒸發(fā)器

特點：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度，操作穩(wěn)定。根據(jù)引起循環(huán)的原因不同，又可分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)。5.4蒸發(fā)設(shè)備5.4.1蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點（1）循環(huán)型30自然循環(huán)蒸發(fā)器：①中央循環(huán)管式蒸發(fā)器完成液二次蒸氣料液加熱蒸氣冷凝水123451-外殼；2-加熱室；3-中央循環(huán)管；4-蒸發(fā)室；5-除沫器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器自然循環(huán)蒸發(fā)器：①中央循環(huán)管式蒸發(fā)器完成液二次蒸氣料液加熱31優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好、操作可靠；缺點：循環(huán)速度在0.4~0.5m/s以下，清洗和維修不方便。②懸筐式蒸發(fā)器優(yōu)點：循環(huán)速度可稍大、易于檢修、熱損失較??；缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、單位傳熱面的金屬消耗量大；適用：易結(jié)晶、結(jié)垢溶液的蒸發(fā)。1－外殼2－加熱蒸氣管3－除沫器4－加熱室5－液沫回流罐優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好、操作可靠；②懸筐式蒸發(fā)32③外熱式蒸發(fā)器優(yōu)點：降低了蒸發(fā)器的高度、便于清洗和更換、循環(huán)速度較大。外熱式蒸發(fā)器③外熱式蒸發(fā)器優(yōu)點：降低了蒸發(fā)器的高度、便于清洗和更換、循33④列文式蒸發(fā)器優(yōu)點：氣化在沸騰室進(jìn)行，循環(huán)速度大，有利于減輕或避免加熱管表面的結(jié)晶和結(jié)垢，傳熱效果好。缺點：溫差損失大，設(shè)備龐大，消耗材料多，需要高大廠房。列文式蒸發(fā)器二次蒸汽加熱蒸汽冷凝水料液完成液12376541-加熱室；2-加熱管；3-循環(huán)管；4-蒸發(fā)室5-除沫器；6-擋板；7-沸騰室④列文式蒸發(fā)器優(yōu)點：氣化在沸騰室進(jìn)行，循環(huán)速度大，有利于減34強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器：優(yōu)點：適用于粘度大、易結(jié)晶、易結(jié)垢物料的蒸發(fā)，循環(huán)速度大小可調(diào)節(jié)，傳熱系數(shù)較大。缺點：能量消耗大。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器加熱蒸氣冷凝水完成液123451-加熱室2-循環(huán)泵3-循環(huán)管4-蒸發(fā)室5-除沫器二次蒸氣強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器：優(yōu)點：適用于粘度大、易結(jié)晶、易結(jié)垢物料的蒸35（2）單程型蒸發(fā)器

特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。

優(yōu)點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。

①升膜式蒸發(fā)器說明：不適于較濃溶液、粘度大、易結(jié)晶、易結(jié)垢物料的蒸發(fā)。缺點：設(shè)計或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。（2）單程型蒸發(fā)器

特點：溶液以液膜的形式一次通過加36②降膜式蒸發(fā)器優(yōu)點：傳熱系數(shù)較高，與升膜相比，可以蒸發(fā)濃度較高的溶液，對粘度較大的物料也能適用。缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。②降膜式蒸發(fā)器優(yōu)點：傳熱系數(shù)較高，與升膜相比，可以蒸發(fā)濃度37（3）直接接觸傳熱蒸發(fā)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，適用于易結(jié)晶、易結(jié)垢和具有腐蝕性物料的蒸發(fā)。傳熱效果好，熱利用率高。缺點：不適用于不可被煙氣污染物料的處理，且二次蒸汽利用受到限制。直接接觸傳熱(浸沒燃燒)蒸發(fā)器氣汽混合物燃料氣空氣出料進(jìn)料14231-外殼2-燃燒室3-點火口4-測溫管（3）直接接觸傳熱蒸發(fā)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，適用于易結(jié)晶、易結(jié)垢385.2.2除沫器、冷凝器和真空裝置（1）除沫器作用：利用液體的慣性使氣液分離，以除去液沫。型式：5.2.2除沫器、冷凝器和真空裝置（1）除沫器作用：利用39（2）冷凝器和真空裝置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用氣液直接接觸的混合式冷凝器，如逆流高位冷凝器。真空裝置：排除少量不凝性氣體，維持蒸發(fā)所需要的真空度。水環(huán)式真空泵、噴射泵、往復(fù)式真空泵。（2）冷凝器和真空裝置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用氣液直接接40作業(yè)：P36012作業(yè)：P3601241料液加熱蒸汽完成液冷凝水二次蒸汽第5章蒸發(fā)5.1概述5.1.1蒸發(fā)及應(yīng)用

(1)

蒸發(fā)：蒸發(fā)是溶液濃縮的單元操作。它采用加熱的方法，使溶有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰，其中的部分溶劑被氣化除去，而溶液得到濃縮。

設(shè)備：蒸發(fā)器，冷凝器。（2）應(yīng)用：①將溶液濃縮后，冷卻結(jié)晶，獲得固體產(chǎn)品；②濃縮溶液，獲得純凈的溶劑產(chǎn)品；③獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。1/4/2023料液加熱蒸汽完成液冷凝水二次蒸汽第5章蒸發(fā)5.142單效蒸發(fā)流程：3-中央循環(huán)管；不凝性氣體冷卻水二次蒸汽料液加熱蒸汽冷凝水完成液水

硝酸銨水溶液蒸發(fā)流程蒸發(fā)流程123451-加熱管；2-加熱室；4-蒸發(fā)室；5-除沫器；6-冷凝器單效蒸發(fā)流程：3-中央循環(huán)管；不凝性氣體冷卻水二次蒸汽料液加43(3)幾個概念

*加熱蒸汽(生蒸汽)：蒸發(fā)過程所用的加熱蒸汽；*完成液：濃縮后的溶液；*單效蒸發(fā)：產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出；*多效蒸發(fā)：二次蒸汽作為串聯(lián)使用的下一個蒸發(fā)器的加熱蒸汽。5.1.2分類按操作方式：間歇式、連續(xù)式；按二次蒸汽的利用情況：單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)；按操作壓力：常壓、加壓、減壓（真空）；真空蒸發(fā)的優(yōu)點：提高傳熱溫差、利用低壓蒸汽作為熱源、對熱敏性物料的蒸發(fā)有利。(3)幾個概念5.1.2分類按操作方式：間歇式、連續(xù)式445.1.3蒸發(fā)操作的特點（1）蒸發(fā)器實質(zhì)是一種兩側(cè)流體發(fā)生相變的換熱器；（2）溶液的沸點升高生蒸汽溫度一定時，傳熱溫差小于加熱純?nèi)軇r的傳熱溫差。（3）溶劑汽化時消耗大量能量為減小能耗必須提高加熱蒸汽利用率。（4）根據(jù)物料本身特性(如粘度、結(jié)晶性、熱敏性等)合理選擇設(shè)備和操作流程。1/4/20235.1.3蒸發(fā)操作的特點12/27/2022455.2單效蒸發(fā)5.2.1物料衡算

目的：計算蒸發(fā)水量和完成液濃度對溶質(zhì)：加熱蒸汽qmv,T,H料液qm0,w0,t0,c0,h0二次蒸汽qmwT’,H’完成液qm0-qmw,w,t,c,h蒸汽冷凝水qmv,T,hw加熱室單效蒸發(fā)的物料衡算，熱量衡算示意圖1/4/20235.2單效蒸發(fā)加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液蒸汽冷凝水qmv46

5.3.2熱量衡算目的：計算生蒸汽消耗量(1)熱量衡算式加熱蒸汽qmv,T,H料液qm0,w0,t0,c0,h0二次蒸汽qmwT’,H’完成液qm0-qmw,w,t,c,h蒸汽冷凝水qmv,T,hw加熱室1/4/20235.3.2熱量衡算加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液蒸汽冷凝水q47(2)熱量衡算式的簡化

忽略溶解熱、稀釋熱時，溶液的熱焓和比熱容取質(zhì)量平均，以0C為熱焓基準(zhǔn)，則有：代入熱流量公式得：1/4/2023(2)熱量衡算式的簡化代入熱流量公式得：12/27/20248若沸點進(jìn)料，忽略熱損失時，加熱蒸汽消耗量：生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（經(jīng)濟(jì)程度）qmw/qmv*蒸發(fā)操作重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，反映蒸發(fā)操作能耗的大小;*實際由于沸點升高和熱損失，單效蒸發(fā)qmw/qmv≈0.9。1/4/2023若沸點進(jìn)料，忽略熱損失時，加熱蒸汽消耗量：生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（經(jīng)49(3)焓濃圖

溶解熱、稀釋熱不能忽略時,用平均比熱計算誤差很大，此時，生蒸汽消耗量可用焓濃圖計算。1/4/2023(3)焓濃圖12/27/2022505.2.3傳熱計算由蒸發(fā)器的傳熱方程得：

(1)傳熱度溫差

在蒸發(fā)器中，管外為蒸氣冷凝，溫度恒定為T，管內(nèi)為溶液沸騰，溫度也多為定值，可視為恒溫差傳熱，故

(2)傳熱系數(shù)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K，目前主要還是根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)來選定。5.2.3傳熱計算由蒸發(fā)器的傳熱方程得：

51常見蒸發(fā)器管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)：普通自然循環(huán)蒸發(fā)器：強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器：常見蒸發(fā)器管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)：普通自然循環(huán)蒸發(fā)器52升膜式蒸發(fā)器：升膜式蒸發(fā)器：53（3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度

生產(chǎn)能力——為單位時間蒸發(fā)水分的質(zhì)量，由于它主要取決于過程的熱流量，所以常又以熱流量來衡量蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。

生產(chǎn)強(qiáng)度——為單位傳熱面積的生產(chǎn)能力，以U表示，單位為kg/(㎡h)

（3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度545.2.4

溶液的沸點升高和傳熱溫差損失(1)溶液的沸點和溫度差損失

溶液沸點>二次蒸汽飽和溫度①引起沸點升高的原因a）溶質(zhì)存在，使溶液飽和蒸汽壓降低；溶液沸點＞相同壓力下水沸點。b）維持一定液位，液柱作用使下部溶液沸點上升；即：液柱靜壓頭引起沸點升高。c）二次蒸汽從蒸發(fā)室流向冷凝器時，由于存在阻力而壓力降低使冷凝器中二次蒸汽溫度低于室中二次蒸汽的溫度。1/4/20235.2.4溶液的沸點升高和傳熱溫差損失①引起沸點升高55因此，溶液的沸點：

如果采用蒸發(fā)器中的二次蒸氣溫度，則：

②傳熱溫差損失溶液沸點升高，造成傳熱溫差減小。說明：如果采用冷凝器中的二次蒸氣溫度，則：

因此，溶液的沸點：如果采用蒸發(fā)器中的二次蒸氣溫度，則：56（2）溶液的沸點升高的計算

①溶液蒸汽壓降低引起的沸點升高

方法1：實驗測定溶液的沸點tb，由二次蒸汽壓力確定其飽和溫度T′。

方法2：用杜林規(guī)則求溶液的沸點。

杜林規(guī)則：一定濃度溶液的沸點，和相同壓力下標(biāo)準(zhǔn)液體的沸點呈線性關(guān)系，即有：

式中，

tw：標(biāo)準(zhǔn)液體(一般取水)的沸點；

k、m：與溶液種類、濃度有關(guān)。1/4/2023（2）溶液的沸點升高的計算方法2：用杜林規(guī)則求溶液的沸點。57杜林規(guī)則也可用圖形表示說明：由圖可見，低濃度下，壓力對Δt′影響不大。Δt′也可按下式估算：1/4/2023杜林規(guī)則也可用圖形表示說明：由圖可見，低濃度下，壓力對Δt′58②液柱靜壓頭引起的沸點升高溶液內(nèi)部沸點，按平均壓力計算：③二次蒸汽阻力損失引起的沸點升高用冷凝器壓力計算二次蒸汽溫度時，需考慮。按經(jīng)驗數(shù)值選?。孩谝褐o壓頭引起的沸點升高③二次蒸汽阻力損失引起的沸點升59特點：*料液輸送不需要泵（各效壓力差）；*后一效沸點低，可進(jìn)行自蒸發(fā)(閃蒸)；*一般傳熱系數(shù)逐次下降(由粘度增大造成)。5.3

多效蒸發(fā)和提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的其他措施5.3.1

多效蒸發(fā)的流程

(1)并流加料流程不凝性氣體第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽料液加熱蒸氣完成液水冷卻水并流加料蒸發(fā)流程1/4/2023特點：*料液輸送不需要泵（各效壓力差）；5.3多效蒸發(fā)60(2)逆流加料流程特點：*需要泵輸送流體；*無自蒸發(fā)(閃蒸)，且多消耗部分熱量；*各物料粘度較一致，傳熱系數(shù)較均勻。逆流加料蒸發(fā)流程完成液加熱蒸氣料液冷卻水水不凝性氣體1/4/2023(2)逆流加料流程特點：*需要泵輸送流體；逆流加料蒸發(fā)流61(3)平流加料流程說明：適用于有結(jié)晶析出的蒸發(fā)操作。水冷卻水不凝性氣體料液加熱蒸氣平流加料蒸發(fā)流程1/4/2023(3)平流加料流程說明：適用于有結(jié)晶析出的蒸發(fā)操作。水冷卻62(1)溫度差損失和有效溫度差

▲當(dāng)完成液濃度相同時，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)；

即：溫度差損失多效蒸發(fā)＞單效蒸發(fā)▲當(dāng)理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發(fā)的各效有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)。

即：有效傳熱溫差多效蒸發(fā)<單效蒸發(fā)5.3.2

多效蒸發(fā)問題分析

▲多效蒸發(fā)的生蒸汽經(jīng)濟(jì)性理論值與效數(shù)成正比，其經(jīng)驗值也隨效數(shù)增多而增加，但不成正比。即：多效蒸發(fā)，可提高生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。

(2)經(jīng)濟(jì)性(1)溫度差損失和有效溫度差

▲當(dāng)完成液濃度相同63

(3)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度

▲在相同條件下，雖然多效蒸發(fā)傳熱面積為單效蒸發(fā)的m倍，但生產(chǎn)能力小于單效蒸發(fā)；

▲當(dāng)多效蒸發(fā)的及各效Ai，Ki，與單效相同時，多效蒸發(fā)的生產(chǎn)強(qiáng)度小于單效的1/m；

▲為完成相同的生產(chǎn)任務(wù)，多效蒸發(fā)所需要的傳熱面積大于單效蒸發(fā)的m倍，多效蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)性的提高是以增加設(shè)備費為代價的。

即：生產(chǎn)能力：多效蒸發(fā)<單效蒸發(fā)生產(chǎn)強(qiáng)度：多效蒸發(fā)<單效蒸發(fā)1/4/2023(3)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度12/27/202264(4)多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制和選擇

▲傳熱溫度差的限制；

▲設(shè)備費用的限制；

▲效數(shù)選擇。生蒸汽經(jīng)濟(jì)性隨效數(shù)提高幅度減小，而設(shè)備費用始終正比于效數(shù)。選取原則：設(shè)備費用和操作費用總和最小，通常選取2~3效。5.4.3多效蒸發(fā)的設(shè)計型計算需要計算的未知量：復(fù)雜性：效數(shù)增加，許多變量間呈非線性關(guān)系，計算過程復(fù)雜。計算基礎(chǔ)：物料衡算、熱量衡算和傳熱方程單效雙效△s△ts△2△t2△t1△1TT'△TT=T-T'單效蒸發(fā)和雙效蒸發(fā)有效溫度差的比較(4)多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制和選擇

▲傳熱溫度差65(1)額外蒸汽的引出額外蒸汽：在多效蒸發(fā)中，可在前幾效引出部分二次蒸汽，作為其它加熱設(shè)備的熱源。說明：引出額外蒸汽時，生蒸汽的消耗量增加，但所增加的生蒸汽量小于引出的額外蒸汽總量，從總體來看，生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性提高了。5.3.4提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施料液加熱蒸氣完成液水冷卻水不凝性氣體引出額外蒸汽的蒸發(fā)流程(1)額外蒸汽的引出額外蒸汽：在多效蒸發(fā)中，可在前幾效引出66額外蒸汽的引出額外蒸汽的引出67說明：上一效的冷凝水溫度較高，可將其通過閃蒸器減壓至下一效加熱室的壓力，則冷凝水由于過熱將閃蒸，產(chǎn)生部分蒸氣。將它和上一效的二次蒸氣一起作為下一效的加熱蒸氣，就相當(dāng)于提高了生蒸氣的經(jīng)濟(jì)性。(2)冷凝水的閃蒸加熱蒸氣進(jìn)料二次蒸氣冷凝水12二次蒸氣冷凝水完成液ABA,B-蒸發(fā)器；1-冷凝水排出器；2-冷凝水閃蒸器冷凝水的閃蒸說明：上一效的冷凝水溫度較高，可將其通過閃蒸器減壓至下一效加68(3)多效多級閃蒸優(yōu)點：解決了物料易于在加熱管管壁結(jié)垢的問題，經(jīng)濟(jì)性較高，可利用低壓蒸氣作為熱源，設(shè)備簡單緊湊，不需要高大的廠房，因而近年來應(yīng)用漸廣。缺點：動力消耗較大，所需的傳熱面積稍多。另外，也不適用于沸點上升較大物料的蒸發(fā)。(3)多效多級閃蒸優(yōu)點：解決了物料易于在加熱管管壁結(jié)垢的問69(4)熱泵蒸發(fā)熱泵蒸發(fā)：單效蒸發(fā)時，可將二次蒸氣絕熱壓縮以提高其溫度，然后送回加熱室作為加熱蒸氣重新利用。熱泵蒸發(fā)的節(jié)能效果一般可相當(dāng)于3～5效的多效蒸發(fā)。說明：該方法不適用于沸點升高較大物料的蒸發(fā)。另外，壓縮機(jī)的投資費用較高等，限制了它的應(yīng)用。完成液加料壓縮機(jī)冷凝水完成液加料冷凝水高壓蒸汽噴射泵去冷凝器(a)(b)熱泵蒸發(fā)流程(4)熱泵蒸發(fā)熱泵蒸發(fā)：單效蒸發(fā)時，可將二次蒸氣絕熱壓縮705.4蒸發(fā)設(shè)備

主體設(shè)備：蒸發(fā)器-----主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。

輔助設(shè)備：除沫器、冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。5.4.1蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點按溶液在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：（1）循環(huán)型蒸發(fā)器

特點：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度，操作穩(wěn)定。根據(jù)引起循環(huán)的原因不同，又可分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)。5.4蒸發(fā)設(shè)備5.4.1蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點（1）循環(huán)型71自然循環(huán)蒸發(fā)器：①中央循環(huán)管式蒸發(fā)器完成液二次蒸氣料液加熱蒸氣冷凝水123451-外