化工流体流动 39-40学时.ppt

1、第五章 蒸 发,通过本章学习，应了解蒸发的基本概念与流 程；了解单效蒸发的物料与热量衡算方法；掌握 溶液沸点升高、蒸发器的生产能力与蒸发强度等 概念。,学习目的 与要求,5.1 概述,5.1.1 蒸发过程及其应用,第四章 蒸 发,一、蒸发的概念与流程,将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩蒸发。,蒸发的简化流程,1-加热室,2-加热管,3-中央循环管,4-分离器,5-除沫室,6-冷凝器,生蒸汽,二、蒸发过程的应用,蒸发操作适用场合,稀溶液的增浓直接制取液体产品，或将浓缩的溶 液再进一步处理制取固体产品,纯净溶剂的制取,同时制备浓溶液和回收溶剂,示例：果汁（橙、

2、桃等），牛奶的浓缩,示例：海水蒸发脱盐制取淡水,示例：中药生产中溶媒浸取液的蒸发,5.1 概述,5.1.1 蒸发过程及其应用,第四章 蒸 发,5.1.2 蒸发的特点与分类,一、蒸发操作的特点,1. 溶液沸点升高,由拉乌尔定律,溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压,在相同压力下,溶液的沸点,蒸发溶液的温度差,蒸发溶剂的温度差,纯溶剂的沸点,在加热蒸汽温度一定下,一、蒸发操作的特点,2. 对物料工艺特性的影响,蒸发过程中，溶液的某些性质随着溶液的浓缩而改变。,某些物料结垢或析出晶体,热敏性物料受热易变性或分解,某些物料产生泡沫,蒸发过程中 要予以考虑,一、蒸发操作的特点,3. 能量的利用与回收,二次蒸汽

3、潜热的利用是蒸发器设计的重要问题,消耗大量 加热蒸汽,产生大量 二次蒸汽,二、蒸发操作的分类,蒸发,常压蒸发,按操作压力分类,加压蒸发,减压蒸发,蒸发,间歇蒸发,按操作模式分类,连续蒸发,二、蒸发操作的分类,蒸发,单效蒸发,按二次蒸汽是否利用分类,多效蒸发,三效蒸发,二次蒸汽引至下一蒸发器作为加热蒸汽,5.1 概述,5.2 蒸发设备(选读),第四章 蒸 发,5.3.1 物料与热量衡算方程,5.3 单效蒸发,一、物料衡算,对溶质进行质量衡算,单效蒸发物料衡算,蒸发室,加热室,总物料衡算,水的蒸发量,完成液浓度,二、热量衡算,设,单效蒸发热量衡算,加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出,蒸发器 热损失,

4、二、热量衡算,或,蒸发器 热负荷,若溶液稀释热可忽略,故,二、热量衡算,若溶液溶解热效应不大,水的比热容,溶质的比热容,由有关关系式整理得,加热蒸汽 的汽化热,二、热量衡算,溶液的沸点,饱和蒸 汽的焓,因,相同压力下水的沸点,故,二次蒸汽相对于水为过热蒸汽,蒸汽的比热容,饱和蒸汽温度,近似处理,t1 下的汽化热,t1 下饱和水蒸气的焓,则,二、热量衡算,由有关关系式整理得,单位蒸汽消耗量,通常，水的汽化热随压力变化不大,故,实际蒸发过程有热损失,5.1 概述,5.2 蒸发设备(选读),第四章 蒸 发,5.3 单效蒸发,5.3.1 物料与热量衡算方程,5.3.2 传热速率方程,一、蒸发器的传热速

5、率方程,由,蒸发器传热 速率方程,蒸发器热负荷,蒸发器的传热面积,对于蒸发器,二、传热的平均温度差,对于加热室,对于整个蒸发器,蒸发器总温度差,蒸发的有效温度差,温度差损失 (溶液沸点升高),令,1. 温度差损失的概念,二、传热的平均温度差,二次蒸汽从蒸发器流到冷凝器的阻力损失,蒸发器的操作需维持一定的液面，液面下部的压 力高于液面上的压力,形成原因,水中含有不挥发的溶质,故,由于溶质的存在引起的沸点升高,由于液柱压力引起的沸点升高,由于流动阻力引起的沸点升高,二、传热的平均温度差,经验式估算,溶液的沸点,与溶液压力相等时水的沸点,常压下由于溶质存在引起的沸点升高,校正 系数,2. 沸点升高的

6、计算,(1) 由于溶液中溶质存在引起的沸点升高,操作压力下水的汽化热,二、传热的平均温度差,杜林(Duhring)规则估算,一定浓度的某种溶液的沸点与相同压力下标准液体的沸点呈线性关系杜林规则。,标准液体纯水。,杜林直 线斜率, 压力为 和 p下溶液的沸点, 压力为 和 p下水的沸点,令,二、传热的平均温度差,NaOH水溶液 的杜林线图,各浓度下杜林直线的斜率基本平行,二、传热的平均温度差,平均压力,平均压力下 溶液的沸点,二次蒸汽压力,(2) 由于液体静压头引起的沸点升高,溶液的平均密度,液层 高度,二次蒸汽压力 下溶液的沸点,二、传热的平均温度差,(3) 由于流动阻力引起的沸点升高,设计中

7、一般取经验值,对于单效蒸发,11.5,oC,对于多效蒸发，各效间,1,oC,三、蒸发器的传热系数,管外侧对流传热系数,管内侧对流传热系数,按膜状冷凝的经验公式计算,根据蒸发器的形式由相应的经验公式计算,5.1 概述,5.2 蒸发设备(选读),第四章 蒸 发,5.3 单效蒸发,5.3.1 物料与热量衡算方程,5.3.2 传热速率方程,5.3.3 蒸发强度与加热蒸汽的经济性,一、蒸发器的生产能力和蒸发强度,1. 蒸发器的生产能力,单位时间内蒸发的水分量蒸发器的生产能力。,若,忽略蒸发器的热损失,原料液在沸点下进料,则,在溶液沸点下二次蒸汽的汽化热,kg / h,一、蒸发器的生产能力和蒸发强度,2. 蒸发强度,单位时间单位传热面积上蒸发的水分量蒸发强度。,蒸发强度,kg / (m2 h),若,忽略蒸发器的热损失,原料液在沸点下进料,则,提高蒸发强度关键是提高总传热系数和传热温度差,二、加热蒸汽的经济性,1 kg生蒸汽可蒸发的水分量加热蒸汽的经济性。,则,加热蒸汽的经济性,kg水 / kg蒸汽,若,忽略蒸发器的热损失,原料液在沸点下进料,忽略溶液的浓缩热,通常,5.1 概述,5.2 蒸发设备(选读),第四章 蒸 发,5.3 单效蒸发,本 章 小 结,本章重点掌握的内容,蒸