《化工原理 谭天恩 窦梅 周明华 等编著第七章 蒸发》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理 谭天恩 窦梅 周明华 等编著第七章 蒸发（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化工原理电子教案/目录,1,目录,第七章 蒸 发 第一节 概述 一、什么是蒸发 二、蒸发的目的 三、蒸发的基本流程 四、蒸发的特点 第二节 单效蒸发 一、物料衡算 二、能量衡算 三、加热面积的计算 四、传热温差损失,化工原理电子教案/目录,2,目录,第三节 多效蒸发 一、多效蒸发及其流程 二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较 三、多效蒸发效数的限制原因 第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施 第五节 蒸发设备 一、循环型 二、单程型,化工原理电子教案/目录,3,目录,第六节 强化传热的方法 第七章小结,第三版第18次印刷的教材更正,4/56,第七章 蒸发,第一节 概述,一、什么是蒸发?,二、蒸发的
2、目的,溶剂S 溶质A（不挥发）,溶剂S,加热,（1）获得浓缩的溶液 （2）获得固体溶质 （3）除去杂质,将含有不挥发性溶质的稀溶液加热，使其中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为。,溶液,5/56,第一节 概述,三、蒸发的基本流程,二次蒸汽,不凝性气体,（生蒸汽）,蒸发器(加热室，蒸发室) 除沫器 冷凝器 真空装置,(间壁式换热器),思考2：如图为真空式操作设备，为什么图中冷凝器的放置高度要很高？,思考1：生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？,6/56,第一节 概述,按冷凝器压力分,按二次蒸汽是否用作生蒸汽,单效蒸发：如上图 多效蒸发：,真空 常压 加压,7/56,第一节 概述,四、蒸发的特点,能耗大-
3、要将含有不挥发物质的溶液加热到沸点； 沸点升高-要比纯溶剂沸点高； 传热温差逐渐减小-从料液进口到出口浓度，沸点） 传热条件有逐渐恶化的趋势-溶液易结晶、易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化。,传热、传质共存，传热是为了传质。,不同与一般相变传热之处：,8/56,第二节 单效蒸发,已知：F、x0、t0、x 计算内容： 完成液量L、 二次蒸汽量W、加热蒸汽量D、 加热面积A,一、物料衡算,D,9/56,二、能量衡算,已知：F、x0、t0、x 计算内容： 完成液量L、 二次蒸汽量W、加热蒸汽量D、 加热面积A,式中，F已知，W可由物料衡算得到，而H、Hs、hs均为温度的函数，易查取。但溶液的焓h、
4、h0不易直接得到。,10/56,b. 无明显浓缩热的体系,h需查焓浓图 ，如图7-3。,a. 有明显浓缩热的体系,稀释热,11/56,假定： Hs-hs =R（加热蒸汽汽化热）； h h0（沸点进料） H-h r（二次蒸汽汽化热）； Ql 0,-汽化1kg水所消耗的生蒸汽量,D/W1 实际上：D/W=1.1,1kg的生蒸汽换1kg二次蒸汽，可见能耗之大！,12/56,三、加热面积的计算,K值约为6006000W/m2K,P,t 取决于： 操作压力P、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，t T。,P, =t -T-传热温差损失,已知：F、x0、t0、x 计算内容：完成液量L、 二次蒸汽量W、加热蒸
5、汽量D、 加热面积A,13/56,P,P,引起传热温差损失的原因：, =t -T-传热温度差损失,P ,（1）由二次蒸汽的阻力损失引起的，记作。 此项影响很小，通常忽略不计或取 =1,四、传热温差损失,（2）由蒸发器内液层深度引起的，记作。 与设备结构有关，有些设备液柱可高达36m，有些设备中此项损失可不计。,压力P水的沸点t1, twt1,压力P水的沸点tw, 计算如下：,14/56,P,P,（3） 溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比），记作 -杜林规则, = + + -传热温度差损失,P ,四、传热温差损失,压力P水的沸点tw由杜林线或杜林规则查得某一浓度下的溶液沸点t。 ttw,某液体（
6、或溶液）在两种压力下的沸点之差与某标准液体（如水）在该压力下的沸点之差的比值近似为常数。如图。,计算如下：,15/56,四、传热温差损失,P,P,P ,（1）取1,（2）取PP,【例1】浓缩KOH水溶液，完成液浓度为60g KOH /100g水，P21.07kPa，液面高度L=1m，溶液密度1600kg/m3。,（3）由P21.07kPa查得水的沸点为T=61.2 由P =28.92查得水的沸点为tw=68.2 68.261.2=7 ,【解】,16/56,四、传热温差损失,P,P,P ,（4）由P =28.92查得的水的沸点68.2 ，查KOH水溶液的杜林线（图7-5）得 t=87.7 87.
7、768.2=19.5 , = + + =19.5+7+1=27.5 ,!错误的解法：,由P21.07kPa查得的水的沸点T=61.2 ，查KOH水溶液的杜林线（图7-5）得 t=80 8061.2=18.8 ,教材更正： P223例7-6，t求解错误。,17/56,单效蒸发举例,【例1】将7%（质量分率，下同）的某种水溶液在常压单效蒸发器中浓缩到24%。原料液的温度为20。估计出溶液沸点升高引起的温度差损失为3.5，因静压强引起的温度差损失为3，因二次蒸汽流动阻力引起的温度差损失为1。加热蒸汽温度为132.9，蒸发器的传热面积为43m2。试求原料液量。 已知蒸发器的总传热系数为1100 W/(
8、m2K)，热损失为蒸发器传热量的5%，132.9下水蒸汽焓2728.12kJ/kg，100下水蒸汽焓为2677.2kJ/kg。溶液的比热cp4.187(1-x) kJ/(kgK)。,18/56,【解】,x0=0.07， x=0.24， t0=20，=3.5， =3， =1， T=100，Ts=132.9，A=43m2，K=1100W/m2K，Ql=5%Q，Hs=2728.12kJ/kg， H=2277.2kJ/kg，cp=4.187(1-x) kJ/kgK,-（1）,-（2）,19/56,解方程（1）、（2）得：,作业：,20/56,第三节 多效蒸发,一、多效蒸发及其流程,多效蒸发是将多个蒸发
9、器（如图所示为三个）连接起来的系统：,后一效的操作压力和溶液沸点均较前一效低； 在第一效加入新鲜的加热蒸汽，所产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽。因此多效蒸发明显地减少了加热蒸汽的消耗量； 最末效往往是在真空下操作的； 只有末效的二次蒸汽才用冷却介质冷凝。因此多效蒸发明显地减少了冷却水的消耗量。,21/56,料液,第三节 多效蒸发,并流流程：,优、缺点： 料液可自动流入下一效，无需泵输送； 溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽； 传热推动力依次减小； K依次减小；,P,二次蒸汽,生蒸汽,1,2,3,完成液,并流流程适宜处理在高浓度下为热敏性的溶液。,适用场合：,22/56,第三节 多效蒸发,逆流流程
10、：, 料液需用泵送入下一效； 传热推动力较为均匀；,易于处理黏度随温度和浓度变化较大的溶液，而不宜处理热敏性溶液。,适用场合：,优、缺点：,P,1,2,3,23/56,第三节 多效蒸发,错流流程：,适用场合：,优、缺点：,P,1,2,3, 兼有并、逆流的优点而避其缺点； 操作复杂，要有完善的自控仪表才能实现其稳定操作。,我国目前主要用于造纸工业的碱回收系统。,24/56,第三节 多效蒸发,平流流程：,适用场合：,优、缺点：, 各效独立进料，传热状况均较好； 物料停留时间较短,适用于饱和溶液的蒸发。,P,1,2,3,25/56,二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较,多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W、
11、单位冷却水消耗量均比单效蒸发小，故操作费比单效蒸发的小； 多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小， 故设备费比单效蒸发的大。,下面证明上述结论的正确性。,26/56,二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较,多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W、单位冷却水消耗量均比单效蒸发小，故操作费比单效蒸发的小；,假设属理想情况，每一效D/W=1,证明：,可见，效数越多，D/W值越小。,27/56,二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较,单位冷却水消耗量：,可见，效数越多，单位冷却水消耗量越小。,28/56,注意： 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趋势。,* 按冷却水允许温
12、升40计算,29/56,P,多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小， 故设备费比单效蒸发的大。,证明：,30/56,二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较,故相同生产能力下，AA。 因此，多效蒸发的设备费大。 而且，效数越多，设备费增大的幅度越大。,因为,P,31/56,三、多效蒸发效数的限制原因,由于经济性的限制，效数不可过多，一般在6效以下，常用的为23效。,此外，由于传热温差的限制，效数不可过多。 第一效的加热蒸汽压力和末效的真空度都有一定限制，所以，流程的总传热温差是一定的。效数越多，在各效中分配的有效传热温差就越小。若有效传热温差过小，就不能维持正常操作。,返回目录,32/
13、56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,采用多效 额外蒸汽的引出 采用热泵蒸发流程 冷凝水的自蒸发,33/56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,采用多效,34/56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,额外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可换取2kg的额外蒸汽(理想情况),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E1、E2、En。于是,35/56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,不引出额外蒸汽时，有,36/56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,则总的额外蒸汽引出量 E=n kg,37/56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,采用热泵蒸发流程,二次蒸汽的汽化
14、潜热比生蒸汽的大，若利用热泵给二次蒸汽加能，输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。提高其温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸发的能量利用率胜过35效的蒸发流程。,热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利。,38/56,第四节 提高生蒸汽热能利用程度的措施,冷凝水的自蒸发,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汽用。,39/56,第五节 蒸发设备,连续式、间歇式 常压式、减压式、加压式,特点：溶液在蒸发器中作循环流动。,转下一页,转第42页,转第49页,40/56,一、循环型,优点：结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。 缺点： （
15、1）循环速度较低，管内流速0.5m/s； （2）溶液在加热室中不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液粘度大、沸点高，有效温度差小。 （3）设备的清洗和维修也不够方便。,中央循环管式蒸发器（自然循环型）,料液,生蒸汽,适用场合：应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。,其单位体积溶液占有的传热面，比沸腾管内单位溶液所占有的要小。,41/56,一、循环型,悬框式蒸发器（自然循环型）,溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。溶液循环速度比标准式蒸发器大，可达1.5m/s。 优点：这种蒸发器的加热室可由顶部取出进行清洗、检修或更换，而且热损失也较小。 缺点：结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。,加热室,适用场合：适用于易结晶、易结垢的物系。,42/56,一、循环型,列文式蒸发器（外循环式
