第五章蒸发PPT课件

1、5.1 蒸发设备蒸发设备5.2 单效蒸发单效蒸发5.3 多多效蒸发效蒸发第五章第五章 蒸发蒸发单单效蒸发效蒸发原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 1 2 3 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 多效蒸发多效蒸发5.2.1 溶液的沸点和温度差损失溶液的沸点和温度差损失5.2.2 单效蒸发单效蒸发的计算的计算5.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度蒸发器的生产能力和生产强度5.2 单效蒸发单效蒸发1. 溶液的沸点溶液的沸点 例如：常压下例如：常压下25NaCl水溶液沸点为水溶液沸点为107。 常压下纯水的沸点为常压下纯水的沸点为100。5.2.1 溶液的沸点和温度差

2、损失溶液的沸点和温度差损失5.2 单效蒸发单效蒸发沸点升高沸点升高常压下用常压下用120饱和水蒸气加热饱和水蒸气加热25NaCl ，常压下用常压下用120饱和水蒸气加热纯水，并使之沸腾饱和水蒸气加热纯水，并使之沸腾传热温度差为：传热温度差为：120-107=13 120-100=20 沸点升高值沸点升高值=传热温度差下降值传热温度差下降值故沸点升高又称为温度差损失故沸点升高又称为温度差损失2. 温度差损失温度差损失（1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失以以表示表示主要与溶液的类别、浓度和操作压强有关。主要与溶液的类别、浓度和操作压强有关。 教材附录教材附录

3、P349查取查取加压或减压下加压或减压下常f)273(0162. 02rTf60kPa下蒸发下蒸发25%的的NaCl溶液时的溶液时的常压下常压下25NaCl水溶液沸点为水溶液沸点为10760kPa ，85.6，2393.9kJ/kg7100-107常压87. 09 .2393)2736 .85(0162. 0f209. 6787. 0f常压思考：思考：60kPa下下25%NaCl溶液的沸点溶液的沸点杜林规则杜林规则可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。溶液的沸点和相同压力下水的沸点呈线性关系溶液的沸点和相同压力下水的沸点呈线性关系

4、经验公式法经验公式法对于对于NaOH水溶液水溶液xk142. 01bkttwAxxb71. 275.1502-质量分数质量分数x（2）因液柱静压强而引起）因液柱静压强而引起 以以表示表示mpt 水在平均压力下的沸点，水在平均压力下的沸点，； 水在蒸发操作水在蒸发操作压强下的压强下的沸点沸点，。ptghppm21 ppttm（3）由于管道流动阻力而引起）由于管道流动阻力而引起 效间二次蒸汽温度下降效间二次蒸汽温度下降1，末效末效或单效蒸发器或单效蒸发器二次蒸汽到冷凝器之间的温度下降为二次蒸汽到冷凝器之间的温度下降为11.5。原料液原料液 加热蒸加热蒸汽汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 1 2

5、3 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 以以表示表示温度差损失温度差损失TtA 沸点升高沸点升高又称又称温度差损失温度差损失 ：溶液沸点AtT T: : 二次蒸汽的温度二次蒸汽的温度()tTT tTT 对于单效蒸发，在给定的蒸发任务和确定了操作条对于单效蒸发，在给定的蒸发任务和确定了操作条件以后。件以后。例如已知原料液的流量、组成、温度和浓缩例如已知原料液的流量、组成、温度和浓缩要求，加热蒸汽的要求，加热蒸汽的 压力或温度等。压力或温度等。水分蒸发量水分蒸发量加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量蒸发器传热面积的确定蒸发器传热面积的确定5.2.2 单效蒸发的计算单效蒸发的计算物料衡算方程物料衡算方

6、程热量衡算方程热量衡算方程传热速率方程传热速率方程计算内容计算内容解决途径解决途径F, x0, t0D, T(F-W) , x1, t1 D, TW, T 加加热热室室蒸发室蒸发室流入流入 流出流出加热蒸汽加热蒸汽 冷凝水冷凝水原料液原料液 二次蒸汽二次蒸汽 完成液完成液1. 蒸发量蒸发量WF, x0, t0D, T(F-W) , x1, t1 D, T W, T 加加热热室室蒸发室蒸发室)1 (10 xxFW01()FxFW x物料量：质量流量物料量：质量流量物料组成：质量百分率物料组成：质量百分率放=QDr)(010ttFcWrQp吸损吸放QQQLpQttFcWrDr)(0102.加热蒸汽

7、消耗量加热蒸汽消耗量D（1）溶液的稀释热可以忽略）溶液的稀释热可以忽略F, x0, t0D, TD, T, r W, T , r 加加热热室室蒸发室蒸发室(F-W) , x1, t1 热流体热流体 冷流体冷流体Q加热蒸汽加热蒸汽 溶液溶液QLpQttFcWrDr)(010说明一：说明一：加热蒸汽的热量用于加热蒸汽的热量用于原料液加热到沸点原料液加热到沸点蒸发水分蒸发水分热损失热损失(F-W) , x1, t1 F, x0, t0D, TD, T W, T 加加 热热 室室 蒸发室蒸发室说明二：原料液的比热容说明二：原料液的比热容xcxccpBpwp)1 (000)1 (xcxccpBpwp说明

8、三：说明三：单位蒸汽消耗量单位蒸汽消耗量WDe LWQDhhWFWHFhDH10)(2) 溶液的稀释热不可以忽略溶液的稀释热不可以忽略F, x0, t0, h0 D, T, H(F-W) , x1, t1, h1 D, T, hw W, T , H 加加热热室室蒸发室蒸发室焓浓图焓浓图3.蒸发器的蒸发器的传热面积传热面积 蒸发器的传热面积可通过传热速率方程求得，即：蒸发器的传热面积可通过传热速率方程求得，即：mQKStmQSKt(1) Q的计算的计算mtKSQ)(010ttFcWrQp吸DrQ放rDQQ放rmKStD(2) tm的计算的计算1mtTtTt热流体热流体 冷流体冷流体Q加热蒸汽加热

9、蒸汽 溶液溶液QmtKSQ（3）总传热系数）总传热系数K的确定的确定 污垢热阻污垢热阻 管内溶液沸腾对流传热系数管内溶液沸腾对流传热系数 i 管外蒸汽冷凝对流传热系数管外蒸汽冷凝对流传热系数 o(膜式冷凝膜式冷凝)目前蒸发器的目前蒸发器的K仍主要靠实验或经验数据仍主要靠实验或经验数据 iiisimsoddddRddbRK0000011蒸蒸 发发 器器 的的 型型 式式总传热系数总传热系数K, W/(m2K)标准式（自然循环）标准式（自然循环）600-3000标准式（强制循环）标准式（强制循环）1200-6000悬筐式悬筐式600-3000外热式（自然循环）外热式（自然循环）1200-6000外

10、热式（强制循环）外热式（强制循环）1200-7000升膜式升膜式1200-6000降膜式降膜式1200-3500刮板式刮板式600-20005.2.3蒸发器的生产能力和生产强度蒸发器的生产能力和生产强度1.蒸发器的生产能力蒸发器的生产能力蒸发器的生产能力可用单位时间内蒸发的水分量来表示。蒸发器的生产能力可用单位时间内蒸发的水分量来表示。kg水/hmtKSQrDQQ放LpQttFcWrDr)(010蒸发器的生产能力蒸发器的生产能力取决于传热速率取决于传热速率进料状况影响蒸发器的生产能力进料状况影响蒸发器的生产能力进料状况影响蒸发器的生产能力进料状况影响蒸发器的生产能力：(1)低于沸点进料时，降低

11、了生产能力；低于沸点进料时，降低了生产能力；(2)沸点进料时；沸点进料时；(3)高于沸点进料时，生产能力有所增加。高于沸点进料时，生产能力有所增加。 LpQttFcWrDr)(010SWU 2.蒸发器的生产强度蒸发器的生产强度 蒸发器的生产强度，是指单位时间单位传热面积上蒸发器的生产强度，是指单位时间单位传热面积上所蒸发的水量。所蒸发的水量。是评价蒸发器优劣的重要指标。是评价蒸发器优劣的重要指标。kg水/(m2.h)若沸点进料且忽略热损失若沸点进料且忽略热损失mKStWrmKtUr= rmQKStDLpQttFcWrDr)(010提高加热蒸汽的压力提高加热蒸汽的压力: 一般为一般为300500

12、kPa。 (1) 提高蒸发器的传热温度差提高蒸发器的传热温度差 提高冷凝器的真空度提高冷凝器的真空度:一般绝对压强不低于过一般绝对压强不低于过1020kPa。AtTt提高蒸发器的生产强度提高蒸发器的生产强度的途径的途径mKtUr加热蒸汽加热蒸汽 溶液溶液Q定期清洗蒸发器；定期清洗蒸发器；及时排除加热室中不凝性气体；及时排除加热室中不凝性气体；设法提高管内溶液沸腾对流传热系数。设法提高管内溶液沸腾对流传热系数。 (2) 提高总传热系数提高总传热系数KtUriiisimsoddddRddbRK0000011 饱和水蒸汽性质饱和水蒸汽性质压力压力kPa 温度温度 汽化热汽化热kJ/kg2.334 2

13、0 2855 40 75 2312 175 115 2221例题例题：某食品厂准备用一单效蒸发器将每小时某食品厂准备用一单效蒸发器将每小时1085kg的番茄的番茄汁从汁从12%浓缩至浓缩至28%（均为质量百分率）（均为质量百分率），溶液进料温度为溶液进料温度为20，原料液的比热容为，原料液的比热容为4kJ/（kgK），蒸发操作压强为蒸发操作压强为40kPa 。蒸发器的传热系数。蒸发器的传热系数K=1500w/（m2K），），加热蒸汽加热蒸汽采用采用115的饱和水蒸汽的饱和水蒸汽，冷凝水在饱和温度下排出冷凝水在饱和温度下排出。现已知：现已知：因溶液蒸汽压下降引起的温度差损失为因溶液蒸汽压下降引起

14、的温度差损失为0.7，因加热管内液，因加热管内液柱静压强引起的温度差损失为柱静压强引起的温度差损失为0.3，热损失相当于蒸发器总热损失相当于蒸发器总传热量的传热量的5%。问。问：（1）每小时所需的加热蒸汽用量；每小时所需的加热蒸汽用量； （2）此蒸发器的传热面积。）此蒸发器的传热面积。01x108512%(1） =(1)0.172kg / sx360028%WFLpQttFCWrD)(r0100.22kg /792/Dskgh ( (1 1) ) D D的计算的计算33310850.952221100.172231210410(7620)3600D750.70.376tT LpQttFCWrD

15、)(r010320.222221108.4m1500(11576)S (2) S的计算的计算mtKSQr(t）mQDSKtK T例题例题：现有一现有一蒸发器蒸发器的传热面积为的传热面积为43m2，假设蒸发器的总传假设蒸发器的总传热系数为热系数为1100 w/(m2K) 。欲欲将将7%的某种水溶液在的某种水溶液在该该常压常压蒸发器蒸发器中连续浓缩到中连续浓缩到24%，原料液的温度为，原料液的温度为20，原料液的原料液的比热容为比热容为3.894kJ/(kgK)，加热蒸汽压强为加热蒸汽压强为290kPa ，估计估计因蒸汽压下降引起的温度差损失为因蒸汽压下降引起的温度差损失为2.5，因静压强引起的温，因静压强引起的温度差损失为度差损失为4，热损失为蒸发器总传热量的热损失为蒸发器总传热量的5%。 试求试求该蒸发器加热蒸汽消耗量和可处理的料液量。该蒸发器加热蒸汽消耗量和可处理的料液量。 饱和水蒸汽性质饱和水蒸汽性质压力压力kPa 温度温度 汽化热汽化热kJ/kg2.334 20 2855 101.3 100