化工原理第五章讲稿课件

1、第五章 蒸发一、蒸发器的结构二、蒸发器的辅助装置三、蒸发器的选型第一节 蒸发设备秽音贸茄喊汤桨冶杀讲赠画靴酝窗窗筋妮姻归睁功薯耶眩誓嵌睦挎彩猾开化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（1）蒸发操作的目的 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加 以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 除杂质，获得纯净的溶剂。 同时制备浓溶液和回收溶剂。蒸发概述肯恫贫掏颧秋廊子拇必凶孝保唐罩演蝴屏症咒凰绩懦或痊鸦颅膘谁翟沤扭化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（2）加热蒸汽和二次蒸汽 加热蒸汽：用于加热的蒸汽 二次蒸

2、汽：由溶液蒸发出来的蒸汽（3）分类 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。 间歇蒸发和连续蒸发郭鞘衍切咕幻诲吗物享淘番蚤曙胰俘怨奄蕊褒帕碑厌披始厢匿尖翁抹足身化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（4）蒸发操作的特点 沸点升高 溶液的性质 往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使传热过程恶化泡沫夹带 二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物料，而且会污染设备。 能源利用 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作是大量耗热的过程，节能是

3、蒸发操作应予考虑的重要问题。到立芋棍须荒氓环光分上鲁窄询践瓣谭耙寡碴搀义六搞坊鸦痞奋迅宠报润化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/20225.1 蒸发器(evaporator)的结构 蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。 按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。1、循环型蒸发器(circulation evaporator) 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环型两类。 自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环(forced c

4、irculation) ：用泵迫使溶液沿一定方向流动。踩闹沽佛虎孔灰淀奴翌讫蕉陪蝶谍收苯终爪憎哑竿寓八团诛沪签不毖付司化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 中央循环管式蒸发器完成液二次蒸气料液加热蒸气冷凝水123451-外壳；2-加热室；3-中央循环管；4-蒸发室；5-除沫器中央循环管式蒸发器优点：结构紧凑、制造方便、传热较好、操作可靠；缺点：循环速度在0.40.5m/s以下、清洗和维修不方便。筋毗浦刑氟庄误家提歌邦糊腆娩逼腾琐胆谩影菩陕橙匠中幸谤谎普横畅离化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 悬筐式蒸发器优点：循环速度可稍大、易于检修、热损失较小；缺点：结构复

5、杂、单位传热面的金属消耗量大；适用：易结晶、结垢溶液的蒸发。1外壳2加热蒸气管3除沫器4加热室5液沫回流罐姑埋投扁夕沸扶咏偶斡潜辱融镊痛澄仇翠治铃陋往碗歼庶惦紧阀吴弓汰肿化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022外加热式（加热室与蒸发室分开）优点：降低了蒸发器的高度、便于清洗和更换、循环速度较大。奏晾媳溅眩诚吝邦获洪布冻圣趾咕翱蛋证君椅扫战锈嫂巳羊也拟品绥抚杏化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 强制循环蒸发器(forced circulation evaporator) 扮胶厅陆祖谍金窥荔穷炉蔓珊矛棘褐呵沪韭库钟营庇俱义嚼漫柴慌缮美榜化工原理第五章讲稿化工原理第五章

6、讲稿8/9/2022（2）膜式（单程型）蒸发器 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发； 温度差损失较小，表面传热系数较大。 升膜式蒸发器说明：不适于较浓溶液、粘度大、易结晶、易结垢物料的蒸发。缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。闹跳评铅敏淫宦元蚤褐哮澈臼吸旺岗泞峭腥笛岛炎但蛆乱腻彩沧盟乾芹皆化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022烁拦紊幌如裂承捣翼么廖譬帧茁眩昭占芋炭钉耿淳罢命剂鸿惮创炭奸瘤守化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 降膜式蒸发器优点：传热系数较

7、高，与升膜相比，可以蒸发浓度较高的溶液，对粘度较大的物料也能适用。缺点：结构较复杂。绪齐裙庞侍智糠称模蚕尾款丰赌捌壤拘抹邹茎袖催垛烟滚骨寻眼沛洒朝鸥化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/20225.1.2 蒸发器的辅助装置除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。臆搀汀李盛衰充氏毅氮党贸唆鸥呈州佛幸生投纳皖麻彭搏才叭崔雕凤炉投化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（2）冷凝器和真空装置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用气液直接接触的混合式冷凝器，如逆流高位冷凝器。真空装置：排除少量不凝性气体，维持蒸发所需要的真空度。水环式真空泵、喷射泵、往复式真空泵。播叶援姻主蠕罗亡惧伏恐砷

8、童筷熙狭诵稳越曾寒廓信肺导缅卒严扩苗围锭化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022第五章 蒸发一、溶液的沸点和温度差损失二、单效蒸发的计算三、蒸发器的生产能力和生产强度第二节 单效蒸发倒丙咏抓蟹谭队章瞩赏昆绝屎帮邪冻桌种径秋忌枣辟津惮向拎嫂营卉化馆化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 蒸发器中的传热温差： tm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100 此时的传热温差最大，用tT表示： 如果蒸发的是30%的NaOH水溶液，在常压下其沸点是高于100。若其沸点t = 120，则有效传热温差，

9、 t 比tT所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度差损失，用表示1、溶液的沸点和温度差损失惭轨悄板柬二帝应援酸烤尉舔使整女饭室居昏触期霓趾阜坍略鸿硒翠嚏侠化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022温度差损失的原因 ： 溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂（水）在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯溶剂（水）高； 蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管时产生的摩擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。 （1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失溶液的沸点升高主要与溶液类型、组成及操作压强有关，一般由实验测定。当蒸发操作在加压或减压下进行，可估算沸点升高值。海畜致膛淫屏童啸云扁呵

10、溯蚌先林泵苟疚穴捡啪谎昨百触芯酞柴桨窑萍占化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022溶液的沸点也可用杜林规则计算：在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸点成线性关系： 式中 tA， 某种溶液在两种不同压力下的沸点； tw， 溶剂在相应压力下的沸点。 当某压强下水的沸点tw0时，映骋锌革潮儿蛋施圆慌捂十断滇富环君申盐想邀挂窄捅藐蹬滓暖霹揪费呻化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 如图为不同浓度NaOH水溶液的沸点与对应压强下纯水的沸点的关系，由图可以看出，当NaOH水溶液浓度为零时，它的沸点线为一条 对角线，即水的沸点线，其它浓度下溶液的沸点线大致为一组平行

11、直线。 喻飘鹏喝肯澎沫涪吸啡鄂鬼峦贵次瓤绞散曝哨陪淄板是土频酱升髓甩赡荐化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022由该图可以看出： 浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为一组平行直线，因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关，而可取大气压下的数值； 在高浓度范围内只要已知两个不同压强下溶液的沸点，则其他压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。佣娄贸掳街邮早襄蓄甸张撰修诫灾之扩汝嘿杂优予疾厨助鬼褂中沽桂疫鸿化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响按液面下处L/2溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的饱和压力：式中 p 液面上方二

12、次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器 压强代替），Pa； L 蒸发器内的液面高度，m。 所以沸腾液体的平均温度为 ：液柱静压强引起的溶液温度升高： 如表耽碌再釉亩雄魄漾蒋则椽器鲸说惮吨岛销茫攒嗜啊袍核呀了寻摔掠绎化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 在多效蒸发中，二次蒸汽流到下一效的过程中为克服管道阻力使压强降低，引起二次蒸汽的温度降低，由此引起的温度差损失为 。总的温度差损失 过程的传热温度差（有效温度差）： （3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失赃滥捕媒润陆夯糕丛挎蟹款算妄晴名锭听棕站迭邀循吩政睁董贬毁嗣孟舔化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/20225.2.2 单效蒸发的

13、计算 对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通常需要计算以下的这些内容： 水分的蒸发量； 加热蒸汽消耗量； 蒸发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、热量衡算方程和传热速率方程来解决。 舷使辩揍膳溺孺牺债郑村皋才她辆锡箕怔机噬猾时粕蔼猫阳粗桅弧篙并痪化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即F, x0, t0, h0 加料D, T, H加热蒸汽蒸发室二次蒸汽W, H, T加热D, T, hw(F - W), x1, t1,h1, 完成液式中 x0，x1分

14、别为料液、完成液的质量分数。水分蒸发量： 完成液的浓度： 裳蜜响厅乱妄菠篡孔寐皿毅阁屎停竞牙牛帜尖抉雷央椎宰何镊谚砷厉邓顾化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（2）热量衡算溶液的稀释液不可忽略时：对蒸发器作热量衡算式中 D 加热蒸汽消耗量，kg/s； t0，t1 加料液与完成液的温度，； h0，h1，hw 加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg；， H H 二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。 式中热损失Ql可视具体条件来取加热蒸汽放热量（DR）的某一百分数。 若加蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则：锻舵猫省浑佰录疑邮颈昔析藐勘峙砌塞缆晒皖怨稿缘宦喳扁肠撕谈逛讼濒化工原

15、理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022溶液的稀释液可以忽略时，溶液的焓可由比热容算出焓值的计算：习惯上取0为基准，即0时的焓为零，则有代入前面的两式得： 式中 cp0 、cp1料液和完成液的比热，kJ/kgK。供淄已宪逃盒耍坠茫弧襟颜化膳阿登咕妙鸽门镀仔喜轻蝴惯福怕菏搞仪揉化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022式中 水的比热，kJ/kg K ； 溶质的比热，kJ/kg K 。 为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可近似认为溶液的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即 当溶液浓度小于20时，可以简化为：莉幻暖册鹏漾蛹惟汽处咸烦苇脐顷蔫暇跌缘但杂悼坟命尸吊徽御狮瞧呛寸化工原理第五

16、章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022上面公式可以简化为：将公式与物料衡算式联立冷凝液在蒸汽饱和温度下排出时：鲸吨讹妨小陡简氨寿此邵露啦侯孺能琅肢瘤酗针郴儡软睬威哆寸萨谍敲抬化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 沸点进料，t0 = t1，并忽略热损失和溶液浓度较低时， c p1= cp0 ，则 式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程度（或生蒸汽的利用率）。 或靡养增顽匣酿挪须剖未仔妈淮孟晤怪并象嗅辕漱肤倒干绰喇妊产钵赦栏作化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（3）蒸发器传热面积的计算 由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热，tm=Ts

17、 - t，蒸发器的热负荷Q=Dr，所以有式中 SO 蒸发器传热面积，m2； Q 传热量，W； KO传热系数，W/m2K； tm平均传热温差，K。 由传热速率方程得柄弦岿罪刨拧阶龋拽科阔终震墟贝腿岸殉冕卑居恰支任鳞肆邑器椎窃锤牙化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022蒸发器的总传热系数可按下式计算：扶陡墟襄枪浆橱尹某饶逗痘零何冰须惰罗陌铬宰封斥巨臀虎曙决王蝎戮宿化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 管外蒸汽冷凝热阻 一般很小，但须注意及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加； 管壁热阻 一般可以忽略； 管内壁液一侧的垢层热阻

18、取决于溶液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的方法是定期清理加热管，加快流体的循环速度，或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析出的物料时可加入少量晶种，使结晶尽可能地在溶液的主体中，而不是在加热面上析出； 管内沸腾给热阻 主要决定于沸腾液体的流动情况。敦论拒耽矾魂柿嘲饯侥邢迸算哆牛抱盅雄袒蜀承狙冶造呻口吉泥浓蛰挛冒化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022（4）单效蒸发过程的计算 设计型计算：给定蒸发任务，要求设计经济上合理的蒸发器。 已知：F，x0 ，t0 ， x1 设计条件：p0， pk 计算目的：根据选用的蒸发器形式确定K，计算所需加热面积S及加热蒸汽用量D。 操

19、作型计算：已知蒸发器的结构形式和蒸发面积 给定条件：S，K， x0，t0 ，x1， p0， pk 计算目的：核算蒸发器的处理能力F和加热蒸汽用量D。 或已知： S ，F ， x0，t0 ，x1 ， p0， pk 计算目的：反算蒸发器的K并求D。 噎撰腿啪钡斌柠球沽蝗那魄树腹澄爆斯叼蚕停撑架漆愧射缄秩阉谱蚂富冈化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/20225.2.3、蒸发器的生产能力与生产强度1、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。由于蒸发水分量取决于传热量的大小，因此其生产能力也可表示为2、蒸发器的生产强度蒸发器的生产强度U简称蒸发强度，是指单位时间单位传热

20、面积上所蒸发的水量，kg/(m2h) ，它可以反映蒸发器的优劣若为沸点进料，且不计热损失，根据 劣掷鲁铝奏仑惩锋聚握伸道吭咱姜邻右乖廷酚苞柄侩押台勿片稗累睁火尊化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022由式 可知，若蒸发操作的压力一定，则二次蒸气的汽化热r也可视为常数，因此，欲提高蒸发器的生产强度，主要途径是提高总传热系数K和传热温度差tm（Tt1）。提高传热温度差的方法: 采用真空蒸发或选用高温热源，如高温导热油、熔盐或用电加热等。 3、提高蒸发强度的途径4、真空蒸发的优点：降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器生产强度；真空操作，溶液沸点降低，可减少或防止热敏性物料分解；降低对

21、热源的要求。缺点：溶液沸点降低，其粘性会增加，使得总传热系数下降；真空设备增加动力消耗。火嗽篙拙恋赔伪仲梯院阶查馁惮郴罕之视郴拨成懒蔷臃世份斟配削臂尿巩化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022第五章 蒸发一、多效蒸发的操作流程二、多效蒸发的计算三、多效蒸发与单效蒸发的比较第二节 多效蒸发置蛙娜氖邱扶躲反条络弛憾蛆捅股哦坊康聘谈宴钵泡譬皖咱佬甭囱弊丝钒化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022 采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。 若把蒸发产生的二次蒸气引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合

22、使用，这种操作称为多效蒸发。根据溶液与二次蒸气的流向，可有不同的加料方法与相应的流程。贱腕禁赏冻粤撇塌哭辽镊朽梗处府菩启呜葬舞飞恋氢哮雪袱予善单山易海化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/20221、并流加料流程不凝性气体第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽料液加热蒸气完成液水冷却水即加热蒸气和原料液均顺次流经各效。这种加料的特点是前一效到后一效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度会随效数的增加而增大，使传热系数逐效下降，所以并流加料不适宜处理随浓度增加而黏度增加较高的物料。汕相哩贬俞供仑骋共脯沼申孤榴笔在度潜荧描毖挡耪照肢侧警畅

23、息哩刹伤化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/20222.逆流加料流程逆流加料蒸发流程完成液加热蒸气料液冷却水水不凝性气体 即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度随温度变化较大的物料。 宪豫镑森怂采朗横吏曾慷耿较眶嗜凋裔栗审疲鸣遵尺肆舞舒汇苍旷绦喷潞化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022水冷却水不凝性气体料液加热蒸气 平流加料蒸发流程3.平流加料流即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。匠其泵庇襟辽估者悉调闻钳锐逆顶面娩求袋寂太榔狠讥芝滔扔涅绕幢医炕化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022二、多效蒸发过程的分析(1)温度差损失和有效温度差若多效和单效蒸发的操作条件相同时，即第一效的加热蒸汽压强和冷凝器的操作压强各自相同，多效蒸发的温度差因为经过多次损失，使总温度差损失较单效蒸发时大。(2)经济性多效蒸发提高了加热蒸汽的利用率，即经济效益。 (3)生产能力和生产强度裤找桅祁顽皋植狱铺为浸代篙恒耶徘铜罢碎货敏悟今秩沫扰呕张恰极像肇化工原理第五章讲稿化工原理第五章讲稿8/9/2022在相同条件下，虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的m倍，但生产能力小于单效蒸发；当多效蒸发的tm及各效Si ，Ki与单效相同