第三節(jié) 多效蒸發(fā)

第三節(jié)多效蒸發(fā)在單效蒸發(fā)中，蒸發(fā)1kg水分需消耗1kg多的加熱蒸汽，在大規(guī)模生產(chǎn)中為了節(jié)省蒸汽用量，同時(shí)也為了使析出的晶體及時(shí)與溶液分離，一般采用多效蒸發(fā)。常見有雙效、三效、四效。1.操作原理：將前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，這樣僅第一效需要消耗生蒸汽同時(shí)要求后一效的操作壓力和溶液的沸點(diǎn)相應(yīng)降低，這時(shí)引入的二次蒸汽才仍能起到加熱作用，則后一效的加熱室成為前一效的冷凝器。多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)起來一同操作的過程，組成了多效蒸發(fā)操作流程。2.多效蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：①降低能耗。由于各效(末效除外)的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，因而提高了加熱蒸汽的利用率；②便于分離晶體。當(dāng)蒸發(fā)過程溶液有晶體析出時(shí)，可使晶體在某一效間析出，然后與溶液分離后繼續(xù)蒸發(fā)，這樣就避免了單效操作時(shí)晶粒和完成液一起排出，可減少結(jié)垢、磨損現(xiàn)象，同時(shí)提高對流傳熱系數(shù)。③可強(qiáng)化傳熱過程提高蒸發(fā)效率。溶液的流向與蒸汽相同，均由第一效順序流至末效的蒸發(fā)流程，稱為并流加料流程7-7多效蒸發(fā)流程P295完成液冷卻水原料液不凝氣加熱蒸汽水1.并流加料流程7-7多效蒸發(fā)流程P2951.并流加料流程優(yōu)點(diǎn)：1.由于后一效操作壓力低于前一效，故溶液的輸送靠效間壓力差進(jìn)行，不另用泵；2.由于后一效溶液的沸點(diǎn)低于前一效，故前一效溶液進(jìn)入后一效時(shí)，會因過熱而自行蒸發(fā)，可使后一效產(chǎn)生較多的二次蒸汽，即水分蒸發(fā)量多缺點(diǎn)：隨效數(shù)的增加，溶液濃度逐效增高而溫度逐效降低，致使溶液粘度增大較快，使傳熱系數(shù)逐效下降，傳熱效果一效不如一效。適于：熱敏性物料的蒸發(fā)2.逆流加料流程

溶液的流向與蒸汽相反，由第末效流至第一效的蒸發(fā)流程，稱為逆流加料流程優(yōu)點(diǎn)：隨溶液濃度的逐效提高，溫度相應(yīng)升高，因而各效溶液粘度大致接近，各效傳熱系數(shù)差別不大缺點(diǎn)：1.效間溶液輸送需用泵；2.各效進(jìn)料溫度均低于沸點(diǎn)，產(chǎn)生的二次蒸汽量較并流法少適于：粘度隨溫度和濃度變化較大的溶液蒸發(fā)3.平流加料流程

溶液分別由各效加入并排出完成液，各效溶液流向互相平行的流程稱為平流加料流程適于：粘度隨溫度和濃度變化較大的溶液蒸發(fā)在實(shí)際蒸發(fā)中除了采用這些基本流程外，常根據(jù)具體情況進(jìn)行合并和組合。錯(cuò)流法多效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)的比較

1溶液的溫度差損失若單效和多效蒸發(fā)操作條件(即加熱蒸汽壓力和冷凝器的操作壓力)相同時(shí)，其理論傳熱溫差相同而和效數(shù)無關(guān)，多效蒸發(fā)只是將此傳熱溫差分配到各效而已。由于多效蒸發(fā)的每一效中都存在傳熱溫差損失，因而總的有效傳熱溫差必小于單效時(shí)，使得傳熱推動力下降。效數(shù)愈多，總有效溫差愈小，當(dāng)效數(shù)增加到一定程度時(shí)，可使總有效溫度差為零，此時(shí)蒸發(fā)將無法進(jìn)行，即為效數(shù)的最大極限。加熱蒸氣的溫度TS和二次蒸氣溫度T的差值ΔtT=TS-T

加熱蒸氣的溫度TS和溶液沸點(diǎn)溫度t的差值Δt=TS-t多效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)的比較

2加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性：當(dāng)蒸發(fā)水分量相同時(shí)，多效蒸發(fā)所需加熱蒸汽消耗量比單效明顯減少，因而提高了加熱蒸汽的利用率，即經(jīng)濟(jì)性。因此在蒸發(fā)大量水分時(shí)，應(yīng)采用多效。7-8.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度P297無論是生產(chǎn)能力還是生產(chǎn)強(qiáng)度，其大小取決于蒸發(fā)器的傳熱速率，當(dāng)操作條件一定時(shí)，單效的傳熱速率為Q=KAΔt，Δt=TS-t,而多效的傳熱速率Qi=KAΣΔti(設(shè)TS,T末,K,A相同)。很明顯，由于Δt>ΣΔti，將使Q>Qi，即多效的生產(chǎn)能力W小于單效時(shí)的生產(chǎn)能力，又因多效傳熱面積為單效時(shí)的n倍，因而多效時(shí)生產(chǎn)強(qiáng)度遠(yuǎn)較單效時(shí)為小。可見多效蒸發(fā)是以犧牲生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度為代價(jià)換取加熱蒸汽的利用率。2.多效蒸發(fā)效數(shù)的限制和選擇(1)技術(shù)上的限制隨著效數(shù)的增加，總的有效溫差因溫度差損失的增加而減小，除使設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度降低外，在技術(shù)上受到總的有效溫差的限制，否則效數(shù)過多導(dǎo)致蒸發(fā)不能操作下去。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分配到每效蒸發(fā)器的有效溫差不應(yīng)小于7～10℃，因而效數(shù)有一限制。(2)經(jīng)濟(jì)上的限制隨著效數(shù)的增加，雖然D/W在不斷降低，但這種降低不與效數(shù)成正比而在逐漸減少。將單效增為多效時(shí)，設(shè)備費(fèi)用則幾乎是成倍增加，所以當(dāng)增加的設(shè)備費(fèi)已大于減少的加熱蒸汽費(fèi)用時(shí)，就再無必要增加效數(shù)。由此可看出效數(shù)的增加在經(jīng)濟(jì)上也有一限制。(3)多效蒸發(fā)效數(shù)的選擇根據(jù)以上分析，效數(shù)的確定在滿足技術(shù)上的要求外，原則上應(yīng)根據(jù)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和最小進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算來選擇最佳效數(shù)。實(shí)際的蒸發(fā)過程，效數(shù)并不多。一般對電解質(zhì)溶液的蒸發(fā)，象NaOH，NH4NO3等水溶液，因沸點(diǎn)升高較大通常僅2～3效；對非電解質(zhì)溶液，如糖水溶液，有機(jī)溶液等的蒸發(fā)，由于沸點(diǎn)升高較小采用4～5效；海水淡化的溫差損失極小，可用20～30效進(jìn)行蒸發(fā)。結(jié)論：▲當(dāng)完成液濃度相同時(shí)，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)；▲當(dāng)理論傳熱溫度差一定時(shí)，多效蒸發(fā)的各效有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)?！嘈д舭l(fā)的生蒸氣經(jīng)濟(jì)性（W/D）理論值與效數(shù)成正比，其經(jīng)驗(yàn)值也隨效數(shù)增多而增加，但不成正比。▲效數(shù)選擇：原則上應(yīng)使單位生產(chǎn)能力的設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和為最小?！谙嗤瑮l件下（在相同條件下：多效蒸發(fā)中各效的Ai和Ki相等，并等于單效的Ai和Ki又設(shè)兩者理論傳熱溫度差相同ΔtT=TS-T

），雖然多效蒸發(fā)傳熱面積為單效蒸發(fā)的n倍