《蒸发幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒸发幻灯片（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 蒸发,蒸发操作原理及特点，包括单效蒸发和多效蒸发；单效蒸发与多效蒸发的比较；蒸发设备。多效蒸发流程及计算原理。 重点掌握蒸发操作原理、特点及其单效和双效蒸发工艺计算。,本章重点和难点：,一、蒸发的定义,二、加热蒸气和二次蒸气,蒸发：是利用溶质和溶剂挥发度的差异，将溶液加热至沸腾，使其中的部分溶剂汽化并被移出，而溶质则不挥发，以提高溶液中溶质浓度的操作。所涉及的平衡是汽-液平衡。所用的设备称为蒸发器。,蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸气。,1.1 概述,本章介
2、绍水溶液的蒸发。,额外蒸汽：多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）。,三、分类,1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发,单效蒸发：将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。 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。,2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发,四、蒸发操作的特点,1、传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温差的传热过程。,2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性
3、、泡沫、粘度等。,3、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。,4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。,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。,溶液的沸点升高：溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下，其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的要高两者之差，称为溶液的沸点升高。,稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液沸点升高值较大。 对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。,1.2 单效蒸发1.2.1 溶液的沸点,溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所
4、决定。,溶液沸点升高的计算公式：,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，,沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利。由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差降低，其值与同条件下的沸点升高值相同。,1.2.2 溶液的沸点升高和温度差损失,T ，T k在一定压强下水的沸点，亦即二次蒸汽的饱和温度， T =T kT (Ts)加热蒸汽的温度；t蒸发器内溶液的沸腾温度（即溶液的沸点）。总温差（实际传热温差）：有效温差：温差损失：,-,T,T k,t,t,T,（11-1）,（11-2）,（11-3）,例11-2用476kN/m2（绝压）的
5、水蒸气作为加热蒸汽（T=Ts=150 ），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为t=115 ，其最大传热温度差，用t0来表示： t0=T- T =150-100=50,有效温度差为： t=T-t=150-115=35,则温度差损失为： = t0- t=（ T- T ）-（ T-t）=t- T =15 ,即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。只有求得，才可求得溶液的沸点t（= T + ）和有效传热温度差t （=t0- ）。,1 因溶液的蒸汽压下降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：,
6、1.2.3 蒸发过程中引起温度差损失的原因,式中 常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值 求得，；表11-1； 操作条件下溶液的沸点升高，； f校正系数，无因次。其经验计算式为：,式中 T操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）的温度，； r操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）的汽化热，kJ/kg。,（1）吉辛柯公式,(11-4),(11-5),1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失,(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
7、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。,(11-6),当某压强下水的沸点tw=0时，则上式变为：,式中 ym杜林线的截距，,注意：不同浓度的杜林线是不平行的，斜率k与截距ym都是溶液质量浓度x的函数。,对一定浓度的溶液，只要知道它在两个不同压强下的沸点，再查出相应压强下水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由此直线就可求得该溶液在其他压强下的沸点。,蒸发器内的沸腾一般是在加热管内沸腾，加热管内溶液液位维持一定，处于不同深度的溶液受到不同的静压强，所以溶液内部的沸点比液面处的沸点高，两者之差即为由液层静压引起的
8、温度差损失。,式中 pm液层中部的平均压强，Pa p0液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa h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tm为准，中部的压强为：,2 加热管内液柱静压强而引起的温度差损失,(11-7),常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tm，故因静压强而引起的温度差损失为： =tm-t0 （11-8）,式中 tm 与平均压强pm相对应纯水的沸点， t0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
9、强增高。,多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热蒸汽，因管道流动阻力使二次蒸汽的压强稍有降低，温度也相应下降，一般约降1 。取效间二次蒸汽温度下降1；末效或单效蒸发器至冷凝器间下降11.5 。,3 由于管路流动阻力而引起的温度差损失,需要注意的是：对于单效蒸发，若指定的是蒸发器内的操作压强，则,不计入温度差损失中。,例11-2 用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物11%浓缩至40%。蒸发器内真空度为93.3 kPa，液层深度为2 m，采用100 蒸汽加热，桃浆的密度为1180 kg/m3。求温度差损失、蒸发器的有效温差,解：,（1）93.3 kPa真空度下，绝对压强为8.0 kPa。在此绝
10、对压强下， 水蒸气的饱和温度为41.6，在该温度下水的汽化潜热 r2 400 kJ/kg，参考糖液的数据，常压下沸点的升高 a为1.0。由吉辛柯公式：,0.668,（2）液体平均压强：,查附录饱和水蒸汽表得：tm59.6，则： 59.6-41.618.0 ,（3）有效温差：,+0.668+18.0=18.7 t0T- T =100-41.658.4 tt0-58.4-18.739.7 ,（4）溶液的沸点：,t=+ T,=18.7+41.6=60.3,单效蒸发的计算项目有： （1）蒸发量； （2）加热蒸气消耗量； （3）蒸发器的传热面积 。,通常生产任务中已知的项目有： （1）原料液流量、组成与
11、温度； （2）完成液组成； （3）加热蒸气压强或温度； （4）冷凝器的压强或温度。,2.2 单效蒸发的计算,式中 F原料液流量kg/h; W蒸发量kg/h; x0原料液的质量组成(质量分数)； x1完成液的组成 (质量分数)；,对单效蒸发器作溶质衡算，得,（11-9）,1 蒸发量w,蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。 对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的浓缩热。,2 加热蒸气消耗量D,式中 D加热蒸气的消耗量,kg/h H加热蒸气的焓,kJ/kg h0原料液的焓
12、, kJ/kg H二次蒸气的焓, kJ/kg h1完成液的焓, kJ/kg hw冷凝水的焓,kJ/kg QL热损失, kJ/h,(11-10),对单效蒸发器作物料的热量衡算，得,(11-10a),2.1 溶液稀释热不可忽略时,若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则,式中 r加热蒸气的汽化热，kJ/kg,稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。,则上式变为,H-hw=r,溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即 h0=cp0(t-0)=cp0t0 h1=cp1(t-0)=cp1t1 hw=cpw(t-0)=cpwtw,代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有,D(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL,（11-10b）,2.2 溶液的稀释热可以忽略时,计算溶液比热的经验公式为： Cp=cpw(1-x)+cpBx （11-11）,式中 Cp溶液的比热,kJ/(kg ); Cpw纯水的比热, kJ/(kg ); CpB溶质的比热, kJ/(kg ).,当x0.2时，上式简化为： Cp=cpw(1-x) （11-11a）,
