化工原理蒸發(fā)

第七章蒸發(fā)1單效蒸發(fā)多效蒸發(fā)

蒸發(fā)：將稀溶液在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行濃縮的單元操作。概述(Introduction)蒸發(fā)分類:

常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)蒸發(fā)的目的：溶液中溶劑的汽化，獲得溶劑產(chǎn)品或不揮發(fā)溶質(zhì)產(chǎn)品。蒸發(fā)的必要條件：不斷供給熱能，不斷排除蒸汽，溶劑易揮發(fā)。2真空蒸發(fā)：減壓（真空）下蒸發(fā)。目的：降低溶液沸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：真空下溶液的沸點(diǎn)低，加熱蒸汽與沸騰液體間溫差大，減小蒸發(fā)器的傳熱面積；利用低壓蒸汽或廢氣作熱源；適于熱敏性物料；沸點(diǎn)低，蒸發(fā)器熱損失小。缺點(diǎn)：耗能大；低壓沸點(diǎn)低，粘度大，給熱系數(shù)減小。單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽多效蒸發(fā)：加熱蒸汽通入蒸發(fā)器，液體受熱沸騰產(chǎn)生的蒸汽作為二次蒸汽加以利用引入下一級蒸發(fā)器，多個蒸發(fā)器依次連接形成多效蒸發(fā)。意義:

提高蒸汽的利用率（或經(jīng)濟(jì)程度）。蒸發(fā)同樣數(shù)量的水W，多效時蒸汽量D遠(yuǎn)小于單效時。真空蒸發(fā)1233概述(Introduction)蒸發(fā)流程：蒸發(fā)過程的基本概念:

加熱蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽水蒸氣聯(lián)苯熔鹽蒸發(fā)過程的特點(diǎn)：

（1）沸點(diǎn)升高：（2）能耗大：（3）溶液的特性決定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性。4(1)沸點(diǎn)升高：溶液中含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，故溶液的蒸汽壓較純?nèi)軇┑恼羝麎簽榈?沸點(diǎn)高)，當(dāng)加熱蒸汽溫度一定，蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)純?nèi)軇┑膫鳠釡夭钚?；且濃度越高，沸點(diǎn)越高，溫差越小。(2)能耗大：工業(yè)蒸發(fā)規(guī)模很大，需要耗用大量的加熱蒸汽，應(yīng)充分利用二次蒸汽(多效蒸發(fā))，降低過程的能量消耗；(3)溶液的特性決定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性。易結(jié)垢或析出結(jié)晶的溶液，設(shè)計(jì)上應(yīng)設(shè)法防止或減少垢層的生成，使加熱面易于清洗。對熱敏性、高粘度或強(qiáng)腐蝕性的物料，應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。概述(Introduction)5物料衡算水分蒸發(fā)量WF

x0

t0

h0c0D,Ts,HsL,x,

t

,c,h

D,Ts,hs

W,T,H加熱室蒸發(fā)室單效蒸發(fā)溶質(zhì)不變：水分蒸發(fā)量：完成液濃度：F=L＋W總物料衡算：6加熱蒸汽消耗量D

若加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出忽略溶液濃縮熱，溶液焓可用比熱計(jì)算，取0℃為基準(zhǔn)物料衡算和熱量衡算F

x0

t0

h0c0D,Ts,HsL,x,

t

,c,h

D,Ts,hs

W,T,H加熱室蒸發(fā)室7加熱蒸汽消耗量D

物料衡算和熱量衡算若為沸點(diǎn)進(jìn)料(t=t0)

，忽略熱損失：F

x0

t0

h0c0D,Ts,HsL,x,

t

,c,h

D,Ts,hs

W,T,H加熱室蒸發(fā)室D/W—單位蒸汽消耗量，表示蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)程度。8若Ql

=0，c≈c0時t0=t

沸點(diǎn)進(jìn)料，蒸發(fā)1kg水約需1kg加熱蒸汽。t0＜

t需要預(yù)熱物料，D/W

>1

。t0＞t

不需要外來熱量，產(chǎn)生自蒸發(fā)過程，自蒸發(fā)量較小。物料衡算和熱量衡算討論9溶液的焓濃圖和濃縮熱氫氧化鈉、氯化鈣等水溶液在蒸發(fā)濃縮時，除提供水分蒸發(fā)所需的汽化潛熱外，還需提供溶液的濃縮熱。若濃縮熱較大時，溶液的焓不能用比熱計(jì)算式計(jì)算。需查焓濃圖。物料衡算和熱量衡算10蒸發(fā)器的傳熱面積A蒸發(fā)器的型式總傳熱系數(shù)K,W/(m2·K)標(biāo)準(zhǔn)式（自然循環(huán)）600-3000標(biāo)準(zhǔn)式（強(qiáng)制循環(huán)）1200-6000懸筐式600-3000外熱式（自然循環(huán)）1200-6000外熱式（強(qiáng)制循環(huán)）1200-7000升膜式1200-6000降膜式1200-3500刮板式600-2000物料衡算和熱量衡算11即溫度差損失在數(shù)值上等于沸點(diǎn)升高。蒸發(fā)純?nèi)軇┑臏夭钫舭l(fā)溶液的溫差蒸發(fā)設(shè)備中的溫差損失12溫度差損失的原因(1)溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失，’；(2)加熱管內(nèi)不同高度靜壓力不同，使溶液沸點(diǎn)升高，’’；(3)管內(nèi)流體阻力損失使飽和蒸汽壓降低，沸點(diǎn)升高，存在溫度差損失，’’’。蒸發(fā)器總溫差損失13T'——操作壓力下二次蒸汽的飽和溫度r’——操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失’常壓下求’：查文獻(xiàn)或手冊非常壓溶液沸點(diǎn)的計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)公式：杜林規(guī)則：某溶液在兩種不同壓力下的沸點(diǎn)差與另一標(biāo)準(zhǔn)液體在相應(yīng)壓力下的沸點(diǎn)差的比值為常數(shù)。14杜林規(guī)則(Duhring’srule)法(直線規(guī)則法)杜林規(guī)則：說明溶液的沸點(diǎn)和相同壓強(qiáng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液沸點(diǎn)之間呈線性關(guān)系。由于純水在各種壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)容易獲得，故一般選用純水為標(biāo)準(zhǔn)溶液，只要知道溶液和水在兩個不同壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)，在直角坐標(biāo)圖中以溶液沸點(diǎn)為縱標(biāo)，以純水沸點(diǎn)為橫標(biāo)，以溶液濃度為參數(shù)，即可得到一條直線。因此，對一定濃度的溶液，只要知道它在兩個不同壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)，再查出相同壓強(qiáng)下對應(yīng)水的沸點(diǎn)，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(qiáng)下的沸點(diǎn)。溶液沸點(diǎn)，℃tA′tA純水沸點(diǎn)，℃tW′tWC%15液柱靜壓頭引起的溫度差損失’’溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)按液面和底部平均壓力計(jì)算，由靜力學(xué)方程式中：tp+Δp

—水在平均壓力下的沸點(diǎn)，℃；tp

—蒸發(fā)室二次蒸汽壓力下算得的沸點(diǎn)，℃。

二次蒸汽流動阻力引起的溫度差損失’’’’’’與流體流速、物性及管道尺寸等有關(guān)，一般取為0.5~1.5℃；16單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽多效蒸發(fā)：加熱蒸汽通入蒸發(fā)器，液體受熱沸騰產(chǎn)生的蒸汽作為二次蒸汽加以利用引入下一級蒸發(fā)器，多個蒸發(fā)器依次連接形成多效蒸發(fā)。123多效蒸發(fā)二次蒸汽作為加熱蒸汽的條件：該蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度應(yīng)低于前一蒸發(fā)器。效數(shù)單效雙效三效四效五效D/W1.10.570.40.30.27蒸發(fā)1kg水所需生蒸汽（D/W)

D/W—加熱蒸汽利用率17并流加料蒸發(fā)流程優(yōu)點(diǎn)：后一效蒸發(fā)室壓力較前效低，無需用泵輸送；后效溶液沸點(diǎn)較前效低，溶液流入后效由于過熱而自蒸發(fā)(閃蒸）。缺點(diǎn)：后效溶液濃度較前效大，沸點(diǎn)又較低，粘度較大，后效傳熱系數(shù)較前效小，后兩效中尤為嚴(yán)重。多效蒸發(fā)流程18逆流加料蒸發(fā)流程優(yōu)點(diǎn)：隨著溶液濃度越高，溶液的溫度也越高，故各效溶液粘度不太大，傳熱系數(shù)也不小。缺點(diǎn)：效間溶液需用泵輸送，能量消耗較大。由低溫到高溫，各效進(jìn)料溫度都比沸點(diǎn)低，無自蒸發(fā)現(xiàn)象。多效蒸發(fā)流程19多效蒸知發(fā)流程錯流加爺料蒸發(fā)沫流程特點(diǎn)：各效都是捷并流和逆稈流的組合紙。流向：3→1→未2或2→3侵→1利用兩法魂優(yōu)點(diǎn)：省去并流腔部分的泵刃送，并可獨(dú)使?jié)馊芤壕诟邷叵聰R蒸發(fā)濃縮男，有利于遇傳熱蒸發(fā)員。20平流加料些蒸發(fā)流程蒸汽流釘向不變饅，料液濁和完成門液分別日從各效倉加入和桶排出，譽(yù)各效溶延液的流河向互相悔平行。適用于怪蒸發(fā)過米程中易胡結(jié)晶的葵物料可避免在航各效間輸灣送含有大緣瑞量結(jié)晶的攀溶液。多效蒸華發(fā)流程21蒸發(fā)器的檔生產(chǎn)能力潮和蒸發(fā)強(qiáng)掠度生產(chǎn)能捐力：單位時括間汽化容的水量氧，可用粘傳熱速毯率來表三示。三效蒸發(fā)撲各效熱流刮量：三效總傳些熱速率：不考慮負(fù)各效溫禮差損失吳，假設(shè)正：—總傳熱溫由差結(jié)論：效數(shù)越多岸，生產(chǎn)能語力越小22蒸發(fā)強(qiáng)蛙度：蒸發(fā)器傅單位面煉積上的都生產(chǎn)能叨力。若三效窄蒸發(fā)和海單效蒸奪發(fā)生產(chǎn)闊能力相叫同，每色個蒸發(fā)輪器的面始積和傳蘇熱系數(shù)諒相等。則夢單效蒸肆發(fā)強(qiáng)度閱：Q/A三效蒸陸發(fā)強(qiáng)度索：Q/3原A效數(shù)越多出，有效守溫差和生魚產(chǎn)能力越拘小，蒸發(fā)堂強(qiáng)度越小瞧。多效蒸座發(fā)效數(shù)氣的限制:蒸發(fā)器的抹生產(chǎn)能力蜜和蒸發(fā)強(qiáng)敘度有效溫績差的限防制設(shè)備投困資的限船制提高生申產(chǎn)強(qiáng)度歲：提高總嗚傳熱系糧數(shù)K和傳熱宵溫差Δtm多效蒸發(fā)潑的唯一優(yōu)應(yīng)點(diǎn)：提高蒸謊汽的經(jīng)蛛濟(jì)性23多效蒸朵發(fā)的計(jì)商算：W1W2W3Fx0DL3x3L1x1L2x2總物料衡導(dǎo)算：溶劑總蒸騰發(fā)量W：W=侵W1+W2+W3Fx0=L1x1=L2x2=L3x3每一效物稱料衡算：F=L1+W1L1=L2+W2L2=L3+W324若沸點(diǎn)進(jìn)協(xié)料，Ql=0抬,D送/W=1則W1=DW2=W1-E1=D-E1W3=W2-E2=D-E1-E2水蒸發(fā)總登量：W=W1+W2+W3=3D-2E1-E2推廣至n效：提高加熱褲蒸汽經(jīng)濟(jì)題性的其他慚措施一、額外艇蒸汽的引搏出：W1W2W3DE1E2E3t1t2t325二、冷穴凝水自預(yù)蒸發(fā)的蘿利用：提高加熱鎮(zhèn)蒸汽經(jīng)濟(jì)迎性的措施前一效溫仁度較高的柴冷凝水通派過自蒸發(fā)的器被減壓坐至下一效煤加熱室的謊壓力時，朽放出熱量翻，少量冷宅凝水自蒸擺發(fā)產(chǎn)生蒸張汽，作為盾下一效加賢熱蒸汽，舟提高生蒸老汽的經(jīng)濟(jì)欲程度。t126三、熱唱泵蒸發(fā)夾器：通過壓夠縮機(jī)提腰高二次悟蒸汽的磨壓力，波使飽和邊溫度提滔高至原查來的壓輔力時，怨重新送廉回蒸發(fā)旨器加熱伯室。提高加熱在蒸汽經(jīng)濟(jì)舍性的措施27蒸發(fā)器述：循環(huán)型蒸曉發(fā)器循環(huán)型單程型—中央循仿環(huán)管式蒸發(fā)器蒸發(fā)設(shè)律備自然循戴環(huán)強(qiáng)制循絲式環(huán)結(jié)構(gòu)與工瞧作原理：加熱室垂直管束中央循炸環(huán)管優(yōu)缺點(diǎn)老：結(jié)構(gòu)緊湊撐，傳熱好筒；沸點(diǎn)構(gòu)高。分離室28懸筐式掀蒸發(fā)器加熱室可肝由頂部取稻出檢修和磚更換，適鎮(zhèn)于易結(jié)晶允和結(jié)垢溶木液的蒸發(fā)弓，熱損失水小。循環(huán)管：加熱室外拴壁與蒸發(fā)獵器內(nèi)壁的太環(huán)形空間溶液在加闊熱管被加帽熱上升，治后沿環(huán)隙狗向下流動論構(gòu)成循環(huán)般。循環(huán)型蒸輩發(fā)器29外熱式授蒸發(fā)器加熱室糾外置，撇降低蒸逆發(fā)器高校度，且榆加熱管抖較長，佩循環(huán)速崖度加快擴(kuò)。循環(huán)型策蒸發(fā)器30列文式蒸正發(fā)器加熱室門上增設(shè)俯沸騰室語，溶液頁的沸騰言傳熱有贏加熱室俊轉(zhuǎn)移到銅沸騰室.優(yōu)點(diǎn)：避免加熱朵管表面結(jié)傳晶和結(jié)垢問，適于粘合度大的溶燦液，傳熱檔系數(shù)大缺點(diǎn)：液市柱靜壓頭笛引起的溫酒差損失大受。循環(huán)型蒸數(shù)發(fā)器31強(qiáng)制循環(huán)汪蒸發(fā)器泵迫使流調(diào)體產(chǎn)生循誦環(huán)，循環(huán)叮速度大小窮由泵流量霧調(diào)節(jié)來控魔制。優(yōu)點(diǎn)：傳熱系光數(shù)大；缺點(diǎn)：能耗大面。循環(huán)型像蒸發(fā)器32升膜式仿蒸發(fā)器單程型蒸志發(fā)器降膜式杯蒸發(fā)器33升|降膜式蒸仿發(fā)器單程型蒸從發(fā)器34循環(huán)型與青單程型蒸多發(fā)器的不漁同特點(diǎn)單程型岸比循環(huán)肯型更具互優(yōu)點(diǎn)：溶液只農(nóng)通過加孝熱室一庸次，不響需循環(huán)綿，所以譯溶液在委蒸發(fā)室停留時禁間短，沸閥點(diǎn)不太高信，適于熱預(yù)敏性物料派；單程型溶懶液呈膜狀逆流動，α提高；膜狀流雞動液柱秋靜壓頭蘿造成的宣溫差損戲失小，防有效溫貓差大；需控制成走膜，對進(jìn)而料速度有奔一定要求貪。35刮板式繞冷凝器單程型蒸涌發(fā)器36浸沒燃胳燒式蒸乞發(fā)器37除沫器除沫器、筑冷凝器和莫真空裝置38冷凝器喚及真空斗裝置除沫器、編冷凝器和正真空裝置39疏水閥防止加熱尖蒸汽和冷勝凝水一起按排出加熱椅室外。(1)考熱動力式(2)峽鐘形府浮子式(3)柳脈沖式1-冷凝水入口