第八章蒸發(fā)

1、第八章 蒸發(fā),Chapter 8 Evaporation,加熱蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽單效蒸發(fā) 多效蒸發(fā) 常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā),概述 (Introduction),蒸發(fā)過程：將含有固體溶質的稀溶液加熱沸騰進行濃縮，以獲得固體產品或制取溶劑。蒸發(fā)過程實際上是不揮發(fā)性的溶質和揮發(fā)性的溶劑分離的過程。,蒸發(fā)過程的基本概念,概述 (Introduction),蒸發(fā)操作是間壁兩側分別有蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也

2、是一種換熱器。,蒸發(fā)過程的特殊性,(1) 溶液中含有不揮發(fā)性溶質，故溶液的蒸汽壓較純溶劑的蒸汽壓為低(沸點高)，相同條件下，蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)純溶劑的傳熱溫差??；(2) 工業(yè)規(guī)模的蒸發(fā)量很大，需要耗用大量的加熱蒸汽，應充分利用二次蒸汽(多效蒸發(fā))，降低過程的能量消耗；(3) 溶液的特殊性決定了蒸發(fā)器的特殊結構。例如，易結垢或析出結晶的溶液，設計上應設法防止或減少垢層的生成，并應使加熱面易于清洗。對熱敏性，高粘度或強腐蝕性的物

3、料，應設計或選擇適宜結構的蒸發(fā)器。,蒸發(fā)器的結構及特點,蒸發(fā)裝置,循環(huán)型蒸發(fā)器,循環(huán)型和單程型,中央循環(huán)管式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,懸筐式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,外熱式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,列文式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,強制循環(huán)蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,升膜式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,升-降膜式蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,刮板式冷凝器,浸沒燃燒式蒸發(fā)器,除沫器、冷凝器和真空裝置,除沫器,除沫器、冷凝器和真空裝置,冷凝器及真空裝置,除沫器、冷凝

4、器和真空裝置,疏水閥,防止加熱蒸汽和冷凝水一起排出加熱室外。(1) 熱動力式(2) 鐘形浮子式(3) 脈沖式,1-冷凝水入口；2-冷凝水出口；3-排出管；4-背壓室；5-濾網；6-閥片,單效蒸發(fā),主要計算項目：蒸發(fā)器的水分蒸發(fā)量；傳熱負荷與加熱蒸汽的消耗量；傳熱溫度差；傳熱系數；傳熱面積。,物料衡算和熱量衡算,水分蒸發(fā)量,物料衡算和熱量衡算,加熱蒸汽消耗量,若加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出,忽略溶液稀釋熱，溶液焓可用比熱計算，

5、取0℃為基準,物料衡算和熱量衡算,加熱蒸汽消耗量,有,若溶液為沸點進料 (tl=t0 ) ，忽略蒸發(fā)器熱損失,蒸汽的汽化潛熱隨壓力變化不大( r ? r’ )，故D/W ? 1，蒸發(fā)1kg水約需1kg加熱蒸汽。實際上 r 1，其值約為1.1或稍高。,物料衡算和熱量衡算,蒸發(fā)器的傳熱面積,物料衡算和熱量衡算,溶液的焓濃圖和濃縮熱,氫氧化鈉、氯化鈣等水溶液在蒸發(fā)濃縮時，除水的汽化潛熱外，還需提供溶液的濃縮熱。焓不能用比熱計算式計算。,溶液

6、的沸點及溫度差損失,溶液中溶質不揮發(fā)，溶液的蒸汽壓比純溶劑的蒸汽壓要低，因而相同壓力下溶液的沸點總是比相同壓力下水的沸點(二次蒸汽溫度)為高，其差值稱為沸點升高，用Δ表示,即溫度差損失在數值上等于沸點升高。蒸發(fā)計算中，應先確定Δ值，再求溶液沸點 (tl=Tk’+Δ) 和實際傳熱溫度差 (Δt=ΔtT -Δ)。,蒸發(fā)純溶劑的溫差,蒸發(fā)溶液的溫差,溫度差損失的原因,(1) 溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失，?’ ；(2) 加熱管內不同高

7、度靜壓力不同，使溶液沸點升高，?’’ ；(3) 二次蒸汽的流動阻力，使蒸發(fā)室的壓力高于冷凝器，相應的飽和溫度高于冷凝器的溫度，如果二次蒸汽的溫度以冷凝室的溫度計算，則存在溫度差損失，?’’’ 。,蒸發(fā)器總溫差損失,溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失 ?’,與溶液種類、濃度及操作壓強有關，其值由試驗測定的溶液沸點tA求得。設由二次蒸汽壓力查得的飽和溫度為Tk’,對在加壓或減壓下的蒸發(fā)操作，需計算各種濃度溶液在不同壓力下的溫度差損失。當缺

8、乏實驗數據時，可由常壓下溶液的溫度差損失估計,r’ —— 實際操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱,液柱靜壓力引起的溫度差損失 ?’’,溶液內部的沸點按液面和底部平均壓力計算，由靜力學方程,式中：tA(pm) — 水在平均壓力下的沸點，℃； tw(p) — 蒸發(fā)室二次蒸汽壓力下算得的沸點，℃。,二次蒸汽流動阻力引起的溫度差損失 ?’’’,與二次蒸汽在管道中的流速、物性及管道尺寸等有關，一般取為 0.5~1.5 ℃；

9、對多效蒸發(fā)，二次蒸汽在兩效間由于管道阻力引起的溫度差損失一般取 1 ℃。,蒸發(fā)器的生產能力和生產強度,生產能力：單位時間汽化的水量(蒸發(fā)量)，kg/h。如果忽略熱損失和濃縮熱，且料液在沸點下進料，則生產能力與傳熱速率成正比，故也可用傳熱速率來表示生產能力。 生產強度：單位時間單位傳熱面積上蒸發(fā)的水量，kg/(m2·h)。生產強度是衡量蒸發(fā)器性能的一個重要指標。沸點進料和忽略熱損失及濃縮熱時，傳遞的熱量全部用于水分蒸發(fā)，設

10、溶劑的汽化潛熱為r’，則生產強度,欲提高蒸發(fā)器的生產強度，必須設法提高蒸發(fā)器的總傳熱系數和傳熱溫差。,多效蒸發(fā),單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽二次蒸汽作為加熱蒸汽的條件：該蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度應低于前一蒸發(fā)器。抽真空可方便地降低蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度。多效蒸發(fā)可提高生蒸汽的利用率(經濟性)，即同樣數量生蒸汽可蒸發(fā)比單效蒸發(fā)器更多水。,多效蒸發(fā)流程,并流加料蒸發(fā)流程,優(yōu)點：后效蒸發(fā)室壓力較前效低，前效溶液可籍壓差流入

11、后效，無需用泵輸送；后效溶液沸點較前效低，溶液流入后效時，由于過熱而發(fā)生自蒸發(fā)(閃蒸)，可蒸發(fā)更多的溶液。,缺點：后效溶液濃度較前效大，而沸點又較低，故粘度相對較大，使后效的傳熱系數較前效為小，在后兩效中尤為嚴重。,多效蒸發(fā)流程,逆流加料蒸發(fā)流程,優(yōu)點：隨著溶液濃度的逐效提高，溶液的溫度也不斷提高，故各效溶液濃度比較接近，傳熱系數也大致相同。,缺點：效間溶液需用泵輸送，能量消耗較大。適用于粘度隨溫度和濃度變化比較大的溶液，但不