《化工原理蒸发》PPT课件

化工原理（上册）,化工原理,6蒸发6.1概述定义：浓缩溶液不挥发溶质与挥发性溶剂分离，获得浓度高的溶液或溶剂；加热（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸发器分类：蒸汽利用：单效、多效蒸发；压力：常压蒸发，加压蒸发，减压（真空）蒸发.减压（真空）优点：1）省传热面积；2）利用低压（废热）蒸汽；3）适用热敏性溶液；4）热损失减少。缺点：1）、K；2）减压装置、能耗。流程：叙述P281图6-1传热过程蒸发基本流程.swf,真空泵,缓冲罐,水,分离器,混合冷凝器,冷却水,二次蒸汽,冷凝水,疏水器,加热室,加热蒸汽,原料液,蒸发室,完成液,不凝气体,特点：.沸点升高，t变小节省能源，大量汽化大量蒸汽消耗物料的工艺特性，析晶、结垢、分解、热敏性、高粘、强腐蚀设备差异：与换热器相比加热室分离室（蒸发室）详细在后面介绍重点：根据任务选择与设计蒸发器如何提高设备的生产能力和经济性可以替代的节能新单元操作：膜分离技术等用于海水脱盐，低浓度组分提取，药物浓缩，菌种等热敏性物质处理,6.2蒸发器的形式一结构和特点加热室+分离室循环型:自然循环型-中央循环型中央循环管式蒸发器.swf、悬筐式悬筐蒸发器.swf、外热式外加热式蒸发器.swf、列文式列文式蒸发器.swf强制循环型强制循环管式蒸发器.swfP282图6-2、6-3，6-4单程式（不循环）：升膜升膜式蒸发器.swf、降膜降膜式蒸发器.swf、升-降膜、刮板式转子式刮板蒸发器.swf、搅拌薄膜P285图6-5，6-6，6-7、10浸没燃烧式：烟道气直接式直接接触式蒸发器.swfP286图6-8二选型原则:满足工艺要求、保证质量，能力大，简单方便，经济。三辅助装置P287图6-9、10除沫器除沫器的主要形式.swf冷凝器干式逆流高位冷凝器.swf真空装置-气体压送装置,悬筐列文单效外循环搅拌薄膜,刮板浸没燃烧升膜降膜三效升降膜,蒸发器,果汁蒸发器三效蒸发器,加热室,蒸发室,原料F,x0,t0,c0,h0,加热蒸汽D,Ts,Hs,完成液L=F-W,x,t,c,h,冷凝液D,Ts,hs,二次蒸汽W,T1,H,热损失Ql,A,FWLDkg/h,x0 x质量%,Ts,T1,t0t,HshsHhkJ/kg,c0,ckJ/(kg.K),QlkJ/h,6.3单效蒸发的计算单效蒸发计算示意图P394图6-13符号说明,计算项目：蒸发量Wkg/h；加热蒸汽消耗量D（Q）kg/h；蒸发器的传热面积Am2已知条件：生产任务与操作条件-原料液的流量F、温度t0、浓度x0(质量分率)；完成液的浓度x；加热蒸汽的压强ps(pa)(Ts)；冷凝器内的压强P(pa)依据：物料衡算式、焓衡算式、传热速率方程式,一、蒸发量的计算总F=L+W溶质不挥发Fx0=Lx=(FW)x二、加热蒸汽消耗量的计算蒸汽在饱和温度下排出冷凝液DHs+Fh0=Lh+WH+Dhs+QlD(Hshs)+Fh0=(FW)h+WH+Ql则0液体焓为零（基准）、忽略浓缩热：hs=C*Ts0=C*Ts；h0=C0t00=C0t0；h=Ct0=Ct；则D(HsC*Ts)+FC0t0=(FW)Ct+WH+Ql,C0=C*(1x0)+CBx0C=C*(1x)+CBxC*溶剂、CB溶质kJ/kg.K当x0.2C0C*(1x0)CC*(1x)若忽略浓缩热则HsC*Ts=RHCtr(HC*T=r若CC*)如沸点进料t0=t,又CC0及Ql=0则D=W(HCt)/RWr/RorD/W=(HCt)/Rr/R-单位蒸汽消耗量表示经济程度，11.1,三、蒸发器的传热面积Q=D(Hshs)orQ=DR（热损失通过溶液再从外壁面走）或对于标准型的（热损失直接通过外壁面走）Q传=DR-Qltm=t=Tst沸点P291,关键是的提高,减少污垢、提高流速等1不凝性气体排放,例1单效蒸发计算在单效蒸发器中每小时将2000kg的某种水溶液从10连续浓缩到30，蒸发操作的平均压强为40kpa，相应的溶液沸点为80，加热蒸汽绝压为200kpa，原料液的比热为3.77kJ/kg.K，蒸发器的热损失为12000W，假设溶液的稀释热可忽略，不考虑C与C0的区别，若K=1500W/(m2.K)，试求：（1）蒸发量W；（2）原料液温度分别为30。80与120时的加热蒸汽消耗量D，并比较它们的经济性；（3）30，80，120进料下所需的传热面积A.解：（1）蒸发量WW=F(1-x0/x)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg/h（2）加热蒸汽消耗量DD=F(Ct-C0t0)+Wr+Q1/R压强为40kpa,200kpa饱和蒸汽的汽化潜热分别为2312和2205kJ/kg料液温度为30时的蒸汽消耗量：D=20003.77(80-30)+13332312+120003.6/2205=1588kg/h单位蒸汽消耗量D/W=1588/1333=1.19,料液温度为80时，则D=(13332312+120003.6)/2205=1417kg/hD/W=1417/1333=1.06料液温度为120时，则D=20003.77(80-120)+13332312+120003.6/2205=1280kg/hD/W=1280/1333=0.96由以上计算可知，原料液的温度越高，蒸发1kg水所消耗的加热蒸汽量越少.（3）A=Q/K(Ts-t1)=DR/K(Ts-t1)200kpa沸点Ts=120.2t1=8030A=158822051000/36001500(120.2-80)=16m280A=141722051000/36001500(120.2-80)=14.4m2120A=128022051000/36001500(120.2-80)=13m2,四焓浓图热效应稀释热（浓缩热）,焓浓图P293图6-12纵坐标焓,横坐标溶液浓度,曲线-等温线其中h,h0查图五蒸发器的生产能力与生产强度P299生产能力Wkg/hQA生产强度评价性能Ukg/m2.hTsttm但受限制KtmU2K,不凝性气体排出，增大u，清除垢层等可增K。,焓,浓度,一组温度线,焓-浓图,水沸点,溶液沸点,质量浓度线,杜林规则图,6.4溶液沸点和温度差损失沸点升高原因：浓度，液柱高度=t-T1t溶液沸点，T1相同压力下水的沸点，二次蒸汽饱和温度。有效温度差t0c冷凝水自蒸发产生低压蒸汽,蒸发重点：,生蒸汽、二次蒸汽、区别P280蒸发流程P281真空蒸发特点蒸发设备P282温度差损失、原因与计算P289提高K的方法P292焓浓图P293物料衡算WP294焓衡算DP294传热面积计算AP295多效流程及特点P296优缺点P298经济性W/DP298生产强度W/AP299提高经济性的措施P303,习题课,例1在单效真空蒸发器中，将流率为10000kg/h的某水溶液从10%浓缩到50%，原料液温度为31，估计溶液沸点升高为7，蒸发室的绝对压强为20kPa，加热蒸汽压强为200kPa（绝压），冷凝水出口温度为79，已知总传热系数为1000W/(m2.K)，热损失可忽略，试估算加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积。20kPa下饱和蒸汽温度为60.1，汽化潜热2355kJ/kg，200kPa下饱和蒸汽温度为120.2，汽化潜热2205kJ/kg，焓H=2709kJ/kg。,解：溶液沸点t=T1+=60.1+7=67.1水分蒸发量W=F(1x0/x)=10000(1-0.1/0.5)=8000kg/h溶液比热C0=4.187(1-x0)=4.187(1-0.1)=3.77kJ/kg.K由蒸发器热量衡算可知：Q=FC0(tt0)+Wr+Ql=100003.77(67.1-31)+80002355+0=2.02107kJ/h=5.611106W加热蒸汽消耗量D=Q/(H-C*T)=2.02107/(2709-4.18779)=8500kg/h由传热速率方程可知A=Q/K(Ts-t)=5.611106/106/1000(120.2-67.1)=106m2原料液过冷，但t=Ts-t冷凝水过冷，温度下降只有很少的Q贡献，K取平均。,例2在真空度为71.3kPa下，将20000kg的饱和水急速送至真空度为81.3kPa的蒸发器内，忽略热损失，已知水的平均比热为4.18kJ/kg.K，当地大气压为101.3kPa，试求汽化水量。已知：71.3kPa绝压30kPa，T1=66.5,r1=2333.7kJ/kg,1=0.19093kg/m3