华东理工大学 化工原理 白皮书答案 第七章01

1、第七章第七章 蒸发蒸发1 概述概述蒸发：含有不挥发性溶质的溶液，受热使部分蒸发：含有不挥发性溶质的溶液，受热使部分 溶剂汽化为蒸汽的操作溶剂汽化为蒸汽的操作蒸发与传热蒸发与传热 工业背景工业背景 氯碱工业：蒸发制碱氯碱工业：蒸发制碱 制糖工业：糖液的浓缩制糖工业：糖液的浓缩 制盐及海水淡化制盐及海水淡化 基本原理：溶剂挥发，溶质不挥发基本原理：溶剂挥发，溶质不挥发 蒸发操作特点：蒸发操作特点：1溶质在加热面上析出，形成垢层，热阻变大；溶质在加热面上析出，形成垢层，热阻变大；2物性对蒸发器的结构的特殊要求；物性对蒸发器的结构的特殊要求；3大量耗热，节能重要大量耗热，节能重要 加热蒸汽与二次蒸汽的

2、温差用于两部分：加热蒸汽与二次蒸汽的温差用于两部分：1传热推动力；传热推动力；2溶液的沸点升高溶液的沸点升高例如：例如：101.3kpa下，水的沸点下，水的沸点100,12%(naoh)水溶液沸点水溶液沸点105,若加热蒸汽若加热蒸汽112传热推动力传热推动力=？ )(ttkatkaq 0tt2 蒸发设备蒸发设备蒸发器的主要构件：蒸发器的主要构件：加热室；加热室；流动流动(循环循环)通道；通道；汽液分离空间汽液分离空间(蒸发室蒸发室)。蒸发辅助设备蒸发辅助设备除沫器；除沫器；冷凝器；冷凝器；疏水器。疏水器。 2.2 蒸发器的传热系数蒸发器的传热系数蒸发器的热阻分析：蒸发器的热阻分析： ri 管

3、内垢层热阻；管内垢层热阻； 管内沸腾给热热阻管内沸腾给热热阻 措施：措施：定期清洗，去除垢层定期清洗，去除垢层 加快流速加快流速,减少结垢减少结垢 扩大管内两相流动的扩大管内两相流动的 “环状流环状流”区域区域 iirk 1110 i /12.3 蒸发器的主要类型蒸发器的主要类型(1)循环型蒸发器循环型蒸发器中央循环管式中央循环管式 外加热式蒸发器外加热式蒸发器强制循环蒸发器强制循环蒸发器 (2)单程型蒸发器单程型蒸发器 升膜蒸发器升膜蒸发器降膜蒸发器降膜蒸发器 旋转刮板式蒸发器旋转刮板式蒸发器 3 单效蒸发计算单效蒸发计算物料衡算物料衡算热量衡算热量衡算传热速率传热速率溶液沸点溶液沸点( (

4、物性物性) )冷凝温度冷凝温度温度差损失温度差损失沸点升高沸点升高液柱静压头造成液温升高液柱静压头造成液温升高 wwffw)(0 )1(0wwfw 损损qwiiwffidr )(0)(ttkadr 0tt)(0pt )(wf 讨论：讨论：蒸发器内的物料浓度蒸发器内的物料浓度 w = ? 假定蒸发器内完全混合，假定蒸发器内完全混合， w = 出口浓度出口浓度二次蒸汽二次蒸汽 i = ? 过热蒸汽过热蒸汽以操作压强下饱和水蒸汽焓近似计算以操作压强下饱和水蒸汽焓近似计算 能耗能耗w并不与并不与w成正比，而与成正比，而与w0/w 有关有关 溶液沸点升高溶液沸点升高 (b.p.r)1实验数据实验数据 实

5、测或文献实测或文献2杜林法则推算杜林法则推算低浓度低浓度: :用常压下的数据用常压下的数据高浓度高浓度: :用两点线性内插用两点线性内插液柱静压头液柱静压头 引起引起”考虑到液体中含气泡考虑到液体中含气泡取平均取平均 查表查表焓的计算焓的计算用用i=c t， i0=c0t0表示表示glppm 51 )()(ptptsms 损损qiiwiifdr )()(00损损qwrttfcdr )(000例例1 用一单效蒸发器用一单效蒸发器, 浓缩某水溶液。原料液浓度浓缩某水溶液。原料液浓度为为5%(wt),完成液浓度为完成液浓度为20%,进料量为进料量为2000kg/h,沸点进料。冷凝器中二次蒸汽的冷凝温

6、度为沸点进料。冷凝器中二次蒸汽的冷凝温度为70,加热蒸汽温度为加热蒸汽温度为110。传热面积。传热面积75m2,传热系数传热系数为为800w/m2,热损失为蒸发器热负荷的热损失为蒸发器热负荷的10%。试。试推算该蒸发过程的总温差损失。二次蒸汽的汽化推算该蒸发过程的总温差损失。二次蒸汽的汽化潜热为潜热为2331kj/kg。 解：解： t=92.0总温度差损失总温度差损失 =t-t0=92-70=22传热有效温差传热有效温差 t-t=110-92=18)1(0wwfw hkg/1500)20. 005. 01(2000 qwrqwrttfcq1 . 0)(00 损损kwwrq10793600150

7、09 . 023319 . 01 )(ttkaq )110(758001010793t 问题：问题：蒸发室操作压强蒸发室操作压强p0(如如10kpa绝绝)如何保证？如何保证？p0选择高或低选择高或低, 对经济性有什么影响？对经济性有什么影响？解：解：冷凝器的温度与压强有对应关系冷凝器的温度与压强有对应关系 抽真空主要除去不凝性气体。抽真空主要除去不凝性气体。 p0高高, t0=ts(p0)也高也高, 则则q=ka(t-t)， t要提高要提高, 或或a要增大要增大 加热蒸汽费用或设备费用要增加加热蒸汽费用或设备费用要增加, 而抽真空费用下降而抽真空费用下降3 蒸发操作的经济性和节能方法蒸发操作的

8、经济性和节能方法3.1蒸发操作的经济性蒸发操作的经济性 经济性：经济性： 单位质量加热蒸汽所能蒸发的水份量。单位质量加热蒸汽所能蒸发的水份量。二次蒸汽再利用可提高二次蒸汽再利用可提高1多效蒸发多效蒸发 理论上理论上 可成倍增加。增加设备费可成倍增加。增加设备费,降低操作费降低操作费 dwdwdw多效蒸发流程多效蒸发流程 三效并流加料三效并流加料三效逆流加料三效逆流加料三效平流加料三效平流加料2引出额外蒸汽引出额外蒸汽将将e抽出作它用抽出作它用与与d相比相比e有何不同？有何不同？3热泵热泵(蒸汽再压缩蒸汽再压缩)蒸发蒸发100蒸汽要提高到蒸汽要提高到t,显热不是主要问题显热不是主要问题,主要是压

9、强主要是压强适用于适用于不太大的蒸发不太大的蒸发 3.2 蒸发设备的生产强度蒸发设备的生产强度生产强度生产强度 单位传热面的蒸发量单位传热面的蒸发量1提高提高tt的提高，低压锅炉的提高，低压锅炉p0.7mpa(表表)t的降低与真空泵、冷却水温、流量有关的降低与真空泵、冷却水温、流量有关2提高提高k提高流动速度提高流动速度 自然对流自然对流强制对流强制对流 扩大管内沸腾环状流动区扩大管内沸腾环状流动区降低单程汽化率降低单程汽化率,减少结垢减少结垢 局部浓度过高造成结垢局部浓度过高造成结垢 awu tkrarqu 1效数在经济上的限制效数在经济上的限制设备费用超过成倍增长，设备费用超过成倍增长，操

10、作费不按效数比例下降操作费不按效数比例下降效数效数 单效单效 二效二效 三效三效 四效四效 五效五效w/d经验值经验值 0.91 1.75 2.5 3.33 3.70效数在技术上的限制效数在技术上的限制总推动力须总推动力须 0如：如：naoh水溶液水溶液w0=10%w1=14% 1=8, w2=23%w3=50% 2=13, 1=40,t-t0须须61)(0 tt例例2 某单效蒸发器某单效蒸发器,将浓度为将浓度为20%(wt),流量为流量为3600kg/h的的naoh水溶液浓缩至水溶液浓缩至50%,料液进口温料液进口温度为度为20,焓为焓为60kj/kg。加热蒸汽压强为。加热蒸汽压强为400k

11、pa(绝绝),饱和温度饱和温度143.4,汽化潜热汽化潜热2140kj/kg。冷凝器的压强为冷凝器的压强为50kpa(绝绝),对应饱和温度对应饱和温度81.2。蒸发器传热系数蒸发器传热系数1100w/m2,器内液层高度约器内液层高度约2.5m,液体密度液体密度1500kg/m3,热损失不计。热损失不计。求：蒸发器传热面积、求：蒸发器传热面积、蒸汽用量、生产强度、蒸蒸汽用量、生产强度、蒸汽的经济性汽的经济性 解：解：f=3600kg/h=1kg/s, w0=0.2, w=0.5, t0=81.2,i0=60kj/kg, t0=20, r0=2140kj/kg, t=143.4,k=1100w/m

12、2k, l=2.5m, =1500kg/m3蒸发水量蒸发水量按按w=0.50, , 水沸点水沸点81.2，查得溶液沸点，查得溶液沸点121 =121-81.2=39.8,液柱静压液柱静压”：查查ts(pm)=84.5 ”= ts(pm)- ts(p)=84.5-81.2=3.3)1(0wwfw skg/6 . 0)5 . 02 . 01(1 81. 915005 . 2511050513 glppm pa3104 .57 温度差损失温度差损失 =+”=39.8+3.3=43.1溶液沸点溶液沸点 t=t0+=81.2+43.1=124.3查溶液焓查溶液焓 i=630kj/kg查二次蒸汽焓查二次蒸汽焓 i=2644kj/kg热量衡算热量衡算 dr0+fi0=