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1、浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发1/336.1 概述概述6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算6.3 多效蒸发多效蒸发6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施6.5 蒸发设备蒸发设备幻灯片1目录浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发2/33将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为除去的单元操作，称为。2、蒸发操作的目的、蒸发操作的目的（1）获得浓缩的溶液）获得浓缩的溶液（2）获得固体溶质）获得固体溶质（3）除去杂质）除去杂质6.1 概述概述 1、什么是蒸发、什么是蒸发?浙江大学本科生课程化工原理第六

2、章 蒸发3/33 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器3、蒸发设备、蒸发设备-间壁式换热器间壁式换热器连续式、间歇式连续式、间歇式常压式、减压式、加压式常压式、减压式、加压式除沫器二次蒸汽蒸发室加热室中央循环管不凝性气体（生蒸汽）冷凝器思考思考1：如图，为减压式操作设如图，为减压式操作设备，为什么图中冷凝器备，为什么图中冷凝器的放置高度要的放置高度要 很高？很高？思考思考2：生蒸汽与二次蒸汽何者生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？温度高？6.1 6.1 概述概述浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发4/33 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器除沫器二次蒸汽蒸发室加热室

3、中央循环管不凝性气体（生蒸汽）冷凝器4、蒸发操作的特点：、蒸发操作的特点： 传质传质传热传热*能耗大能耗大*从进口到出口传热温差从进口到出口传热温差逐渐减小逐渐减小（浓度浓度，沸点，沸点）*易结垢、粘度逐渐变大易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化而使传热条件恶化6.1 6.1 概述概述浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发5/336.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算已知：已知：F、x0、t0、x计算内容：计算内容： L、 W、加热蒸汽量加热蒸汽量D、加热面积加热面积 二次蒸汽 W，T 料液 蒸发室 F,x0,t0 加热室 完成液 L，x, t一、物料衡算一、物料衡算 0FxLxWFL xx

4、FW01浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发6/33 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸发室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hs二、能量衡算二、能量衡算 lssQDhhWFWHFhDH 0 sslhHQhHWhhFD 0 txfh, -查焓浓图查焓浓图a. 无明显浓缩热的体系无明显浓缩热的体系000tchcth 6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算稀释热稀释热浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发7/33假定：假定： Hs-hs =R（加热蒸汽汽化潜热）加热蒸汽汽化潜热）； h h0； H-h r（二次蒸汽汽化潜热）二次蒸汽汽化

5、潜热）；Ql 0汽化汽化1kg水所消耗的蒸汽量，水所消耗的蒸汽量，其值其值约为约为1。实际上。实际上D/W=1.1 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸发室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hsRWrD RrWD 6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算 sslhHQhHWhhFD 0浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发8/33b. 有明显浓缩热的体系有明显浓缩热的体系先按先按 情况情况a 计算，然后再校正。计算，然后再校正。6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发9/33三、加热面积三、加热面积A

6、的计算的计算mtKAQ DRQ 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器K值约为值约为10004500W/m2KtTtsm Pt 取决于：取决于：冷凝器压力冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，内液层深度，因此，t T。 =t -T-传热温度差损失传热温度差损失tTRTDs,222111111ARaAbRaAKAm P TTs6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发10/33 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PtTRTDs, P （1） 溶液沸点升高（与同压力下溶液沸点升高（与同压力下 纯溶剂相

7、比）纯溶剂相比）-杜林规则杜林规则 查图步骤：查图步骤：P水的沸点水的沸点由杜由杜林线查得某一浓度下的溶液沸点。林线查得某一浓度下的溶液沸点。（2）蒸发室内液层深度引起的）蒸发室内液层深度引起的 与设备结构有关，有些设备与设备结构有关，有些设备 液柱可高达液柱可高达36m，有些设有些设 备中此项损失可不计。备中此项损失可不计。（3）二次蒸汽的阻力损失引起的）二次蒸汽的阻力损失引起的 此项影响很小，通常取此项影响很小，通常取 1 左右左右6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算 引起传热温差损失的原因：引起传热温差损失的原因： =t -T-传热温度差损失传热温度差损失 P 浙江大学本科生课程化工

8、原理第六章 蒸发11/33一、多效蒸发及其流程一、多效蒸发及其流程 平平流流流流程程错错流流流流程程逆逆流流流流程程并并流流流流程程向向分分为为按按料料液液与与二二次次蒸蒸汽汽的的走走6.3 多效蒸发多效蒸发思考：思考：P1、 P2、 P3大小顺序？大小顺序？321321TTTPPP 1T 冷却水料液加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器P二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T并流流程：并流流程：并流流程优、缺点：并流流程优、缺点： 料液可自动流入下一效，料液可自动流入下一效，无需泵输送；无需泵输送； 溶液会发生闪蒸而产生更溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；多的蒸汽； 传热推动力依次减小传热推动力

9、依次减小； K依次减小；依次减小；浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发12/33 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T逆流流程优、缺点：逆流流程优、缺点： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 传热推动力较为均匀传热推动力较为均匀；6.3 多效蒸发多效蒸发逆流流程：逆流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发13/33 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 错流多效蒸发器（231） P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T错流流程优、缺点：错流流程优、缺点： 兼有并、逆流的优点；兼有并、逆流的优点； 操作复杂操作复

10、杂；6.3 多效蒸发多效蒸发错流流程：错流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发14/33 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸发器P1T 1232T3T平流流程优、缺点：平流流程优、缺点： 各效独立进料，传热状各效独立进料，传热状况均较好；况均较好； 物料停留时间较短物料停留时间较短思考：思考： 1、粘度随浓度变化很大的料液，宜、粘度随浓度变化很大的料液，宜采用哪一种流程？采用哪一种流程？ 平流、逆流或错平流、逆流或错流流2、当料液温度较高或最后浓缩液在高、当料液温度较高或最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？ 并流并流3、当

11、进料几乎是饱和液时，宜采用哪、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？一种流程？ 平流平流6.3 多效蒸发多效蒸发平流流程：平流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发15/33生产能力：生产能力：单位单位时间的传热量或时间的传热量或蒸发的水分量，蒸发的水分量，用用Q或或 W表示。表示。生产强度：生产强度：单位时单位时间、单位面积的传间、单位面积的传热量或蒸发的水分热量或蒸发的水分量，用量，用q或或 W/A表表示。示。二、多效蒸发与单效蒸发的比较二、多效蒸发与单效蒸发的比较 多效蒸发多效蒸发单位生蒸汽消耗量单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，操作费比单比单效蒸发小，操作费比单效蒸发小；效蒸

12、发小； 多效蒸发生产能力比单效蒸发小多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，生产强度比单效蒸发小，故设备费比单效蒸发大。故设备费比单效蒸发大。6.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发16/33 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器证明：证明： 多效与单效相比，多效与单效相比， 单位生蒸汽消耗量单位生蒸汽消耗量 小。小。WDDW D W D W D DWWDDWWDWD3,312,211 三三效效时时二二效效时时单单效效时时6.3 多效蒸发多效蒸发假设属理想情况，每一效假设属理想情况，每一效D/W=1浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发

13、17/33 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器DW W W D D D D/W 实实际际值值单单效效1.1二二效效0.57三三效效0.46.3 多效蒸发多效蒸发小小多多效效时时WD多多效效时时操操作作费费少少注意：注意：操作费减小的幅度并不与效数成正比，操作费减小的幅度并不与效数成正比，效数越多，操作费减小的幅度成下降效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。趋势。浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发18/33mtKAQ 单效：单效：333222111mmmtAKQtAKQtAKQ 三三效效： KKKK 321假假设设6.3 多效蒸发多效蒸发证明：证明： 多效与单效相比，

14、多效与单效相比，生产能力低、生产能力低、生产强度小生产强度小。 321321mmmtttKAQQQQ mtKq 321mmmtttKAQ tTtsm TTs TTKqsD 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器1T2TTP 3213222111 TTKATTTTTTKAQss浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发19/336.3 多效蒸发多效蒸发QQ D 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器1T2TTP321故相同生产能力下，故相同生产能力下，A A。因此，多效蒸发的设备费大。因此，多效蒸发的设备费大。而且，而且，效数越多，设备费增效数越多，设备费增大

15、的幅度越大大的幅度越大。A A A 因为因为AQqAQq 3浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发20/33 总费用费用 设备费 操作费 效数效效。效效以以下下，一一般般取取效效数数不不可可过过多多，应应在在3266.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发21/33n采用多效采用多效n额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出n采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程n冷凝水的自蒸发冷凝水的自蒸发6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发22/33n采用多效采用多效6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施 D/W

16、 实实际际值值单单效效1.1二二效效0.57三三效效0.4浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发23/336.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器DW 1第第一一效效：1112EDEWW 第第二二效效：21223EEDEWW 第第三三效效：假设有假设有n+1效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为E1、E2、En。于是于是1 WD理理想想情情况况：n额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可换取生蒸汽可换取2kg的额外的额外蒸汽蒸

17、汽(理想情况理想情况)nnnnEEEDEWWn 2111效效：第第浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发24/336.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器 nnEEnnEDnWWWW 2112111n额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可换取生蒸汽可换取2kg的额外的额外蒸汽蒸汽(理想情况理想情况)nEnEnnEnnnWD11111121 不引出额外蒸汽时，有不引出额外蒸汽时，有 DnWWWWn 11211 nWD浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发25/33 E1 E2 W

18、1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器nEnEnnEnnD1111121 生生蒸蒸汽汽的的补补加加量量kgEEEn121 假设假设kgnD2 则总的额外蒸汽引出量则总的额外蒸汽引出量 E=nkg21 ED6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发26/33二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓大，若利用热泵给二次蒸汽大，若利用热泵给二次蒸汽加能，加能，输入少量的高品位能输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。热能向高温位转移。提高其提高其温度、压力

19、，使其循环使用温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸发的能量利用，可使单效蒸发的能量利用率胜过率胜过35效的蒸发流程。效的蒸发流程。 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施n采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发27/33将冷凝水减压而自蒸发，与二次将冷凝水减压而自蒸发，与二次蒸汽一起进入下一效作为加热蒸蒸汽一起进入下一效作为加热蒸汽用。汽用。 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器6.4 提高生蒸汽热能利

20、用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施n冷凝水的自蒸发冷凝水的自蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发28/33 时时间间短短溶溶液液呈呈膜膜状状流流动动、停停留留单单程程式式（膜膜式式）：循循环环式式分分类类 强强制制循循环环式式准准式式）中中央央循循环环管管式式（又又称称标标自自然然循循环环式式：6.5 蒸发设备蒸发设备-列管式换热器列管式换热器用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯蒸馏或提纯浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发29/33 中央循环管式蒸发器 适用于处理量大、结垢适用于处理量大、结垢不严重的物系。不严重的物系。缺点：缺点：（1 1）循环速度较低，管内）循环速度较低，管内流速流速0.50.5m/sm/s；（2 2）溶液在加热室中不断溶液在加热室中不