第5章 蒸发.ppt

1、第五章 蒸发,1、蒸发（浓缩）：将溶液加热沸腾，使其中的一部分溶剂汽化并作为蒸气排走，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。 2、二次蒸汽：料液被加热蒸发时所产生的蒸汽称为二次蒸汽，这是为了区别加热用的蒸汽而言的，后者称为加热蒸气或生蒸气。 3、单效蒸发：二次蒸气不再利用，直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。,第一节 概 述 一、基本概念,4、多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。 二、学习内容及目的： 1、掌握单效蒸发的有关物料衡算和热量衡算； 2、了解多效蒸发的工艺流程及有关

2、计算； 3、了解蒸发操作相关设备的结构和工作原理。,5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。,第二节 单效蒸发,单效蒸发的计算项目： （1）水分蒸发量物料衡算 （2）加热蒸气消耗量 （3）蒸发器的传热面积 一、单效蒸发的物料衡算 如图：,热量衡算,F料液流量 V水分蒸发量 L浓缩液的流量 x0料液的质量浓度 x浓缩液的质量浓度,对溶质作质量衡算，得,二、单效蒸发的热量衡算 1、加热蒸气消耗量,D加热蒸汽消耗量，Kg/h H二次蒸汽的焓， KJ/Kg t0料液温度， R加热蒸汽的汽化潜热， t料液沸点， KJ/Kg h0料液的焓，kJ/Kg r二次蒸汽的汽化潜热， c0料液

3、的比热，KJ/KgK KJ/Kg h浓缩液的焓，KJ/Kg QL热损失，KJ/h c浓缩液的比热，KJ/KgK cW水的比热，KJ/KgK hs冷凝水的焓， KJ/Kg Ts加热蒸汽饱和温度， Hs加热蒸汽的焓， KJ/Kg,对蒸发过程进行焓衡算，,整理得：,若忽略浓缩热，则转化为热量衡算， 基准，取0时液体的焓为0，则有：,上式变为：,其中：,CW水的比热，CB溶质的比热，KJ/（KgK） HS-CWTSR H-Ctr,几种特殊情况： 若沸点进料，t=t0 若忽略比热差别，C=C0 若沸点进料，且忽略比热差别及热损失,式中，D/V称作单位蒸汽消耗量， 表示蒸汽利用的经济程度,2、蒸发器传热面

4、积确定,三、蒸发设备中的温差损失 1、溶液的沸点升高,一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。,2、蒸发设备中的有效温差 t=TS-t 最大温差 tmax= TS-ts ts 蒸发压力下水的沸点 一般情况下， t 小于tmax，即存在温度差损失,（1）因溶液的沸点升高而引起的温度差损失；,（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失/;,（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失；,总温度差损失为：,3、蒸发过程中引起温度差损失的原因有：,4、溶液沸点升高的计算：,式中 溶液的沸点升高， t 溶液的沸点， T/与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，,溶液沸点的升高

5、，可用下列两种方法估算。,式中 /a常压下溶液的沸点升高； 操作条件下溶液的沸点升高，； f校正系数，无因次。,(1),手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在 不同浓度时的沸点数据。,(2) 杜林规则,该规则认为：某溶液（或液体）在两种不同压力下两沸点之差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数，即,式中 tA 、tw分别为压强pM下溶液的沸点与纯水的沸点， tA、tw分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点，,一定浓度下溶液的沸点与相同压强下水的沸点呈直线关系，可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。,液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液

6、柱静压强而引起的温度差损失。,式中 pm液层中部的平均压强，Pa p液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa l液层深度，m,简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中部的压强为：,5、液柱静压强引起的温度差损失,常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引起的温度差损失为： =tpm-tp,式中 tpm 与平均压强pm相对应纯水的沸点， tp与二次蒸气压强p相对应的水的沸点，,影响的因素：,（1）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所用的纯液体密度要小，使得算出的值偏大；,（2）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力使平均压强增高。,6、管

7、路流体流动阻力造成的温差损失 采用多效蒸发时，二次蒸气在离开前一效蒸发室流往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.51.5。,多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。,一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。,第三节 多效蒸发 一、多效蒸发原理,单位蒸气消耗量,蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸

8、发量，而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发器的生产能力大。,多效蒸发器的生产能力不等于单效蒸发器的若干倍。,缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在 后二效中尤为严重。,优点：,后一效蒸发室的压力较前一效为低，故溶液在效间的输送勿需用泵就能自动从前效进入后效。,后一效溶液的沸点较前一效为低，前一效的溶液进入后一效时，会因过热产生自蒸发。有利于蒸发操作。,料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对热敏性物料有利。,二、多效蒸发流程 1 并流法：蒸气和料液的流动方向一致，从第一效到末效。,

9、由末效引出完成液，其沸点最低，带走的热量最少，减 少了热量损失。,并流三效蒸发流程,料液与蒸气流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸气的流向仍是由第一效顺序至末效。,优点：粘度大的一效，加热蒸汽温度高，所以各效的粘度值较 为接近，传热系数也大致相同，这样蒸发速率大致相 同。,缺点：（1）各效间需用泵输送； （2）无自蒸发； （3）高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。,2 逆流法,逆流三效蒸发流程,3 平流法 原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸气流向仍是由第一效流至末效。,此法适用于在蒸发过程中同时有结晶析出的溶液，因其可 避免结晶体

10、在效间输送时堵塞管道。或用于对稀溶液稍加 浓缩的场合。,每效皆处于最大浓度下进行蒸发，所以溶液粘度大，致使传热损失较大；同时各效的温度差损失较大，故降低了蒸发设备的生产能力。,优点：,缺点：,平流法三效蒸发流程,三、多效蒸发的效数,蒸发装置中效数越多，温度损失越大。若效数过多还 可能发生总温度差损失等于或大于有效总温度差，而 使蒸发操作无法进行。 基于上述理由，工业上使用的多效蒸发装置，其效数并不是很多的。一般对于电解质溶液，如NaOH等水溶液的蒸发，由于其沸点升高较大，故采用23效；对于非电解质溶液，如糖的水溶液或其它有机溶液的蒸发，由于其沸点升高较小，所用的效数可取46效；而在海水淡化的蒸发装置中，效数可多达2030效。,第三节 蒸发设备,一、循环型（非膜式）蒸发器,蒸发器的结构：加热室、分离器等 按加热室的结构和操作时溶液的流动情况分： 循环型（非膜式）和单程型（膜式）两大类。,非膜式蒸发器的主