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1、上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(1)1 1、水分蒸发量、水分蒸发量 ( (又称二次蒸汽量又称二次蒸汽量) ) ： Wkg/s、kg/h 由物料衡算完成计算由物料衡算完成计算2、加热蒸汽消耗量：加热蒸汽消耗量： Dkg/s、kg/h ;溶液沸点溶液沸点t和焓的计算等和焓的计算等 由热量衡算完成计算由热量衡算完成计算3 3、蒸发器的传热面积：、蒸发器的传热面积： SmSm2 2 由传热速率方程完成计算由传热速率方程完成计算一、生产任务与操作条件：一、生产任务与操作条件：进料量进料量Fkg/hFkg/h ；进料液温度进料液温度t t0 0与浓度与浓度( (质量分数质量分数)
2、)x x0 0; ;完成液浓度完成液浓度x x1 1；加热蒸汽加热蒸汽T T压力压力P PS S及冷凝器的压力及冷凝器的压力P PK K二、要求确定的量：二、要求确定的量：2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(2)画出物料流程图（确定衡算范围）；画出物料流程图（确定衡算范围）；根据物料进、出口流量，列衡算式根据物料进、出口流量，列衡算式; ;F,x0WL=F-W,x1原料液：原料液：Fkg/h，浓度浓度x x0 0( (温度温度t t0 0，焓焓h h0 0）完成液完成液：Lkg/h,L=F-W,水分蒸发量水分蒸发量( (二次蒸汽产生量二次蒸汽产生量) )：
3、W kg/h物料衡算式：物料衡算式：F=W+Lkg/h, Fx0=Lx1+W0kg/h一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算蒸蒸蒸蒸发发发发量量量量WW的的的的计计计计算算算算2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(3) 加热蒸汽一般用饱和蒸汽，它所提的供热量用于将加热蒸汽一般用饱和蒸汽，它所提的供热量用于将溶溶液加热液加热到沸点到沸点t t使使溶剂汽化溶剂汽化及及热损失热损失。进入蒸发器的热量进入蒸发器的热量= =排除蒸发器的热量排除蒸发器的热量F,x0，t0，h0W，H TL=F-W；t1,h1D，T，HD，T，hwQL热量衡算即焓衡算式热量衡算
4、即焓衡算式：DH+Fh0=(F-W)h1+WH+Dhw+QL加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量D：二、二、二、二、焓焓焓焓衡算衡算衡算衡算求加求加求加求加热热热热蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽D D的量的量的量的量H-hw=r ( (加热蒸汽的相变潜热加热蒸汽的相变潜热) )H-h1=r ( (二次蒸汽的相变潜热二次蒸汽的相变潜热) )2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(4)1、 关于加热蒸汽的相变热：关于加热蒸汽的相变热： r=H-hw;冷凝水在饱和温度下排除，冷凝水在饱和温度下排除，加热蒸汽的焓加热蒸汽的焓H H：查对应查对应T(PT(PS S) )下的文献值；或下的文献
5、值；或r r值直接查对应值直接查对应T(PT(PS S) )下的汽化潜热值。下的汽化潜热值。其中其中冷凝水的焓也可计算：冷凝水的焓也可计算：h hw w= =c cpwpwT T ( (或查文献或查文献) )对热对热对热对热量衡算量衡算量衡算量衡算进进进进行行行行讨论讨论讨论讨论： 2、关于二次蒸汽的相变热、关于二次蒸汽的相变热r: r=H-h1; 二次蒸汽的焓及相变潜热值，取决于蒸发器内的操作压二次蒸汽的焓及相变潜热值，取决于蒸发器内的操作压强强p p和溶液和溶液( (完成液完成液) )的沸点的沸点( (t)t)。二次蒸汽的温度二次蒸汽的温度T T 值：值：查对应操作压强查对应操作压强p p
6、下的饱和温度值；则下的饱和温度值；则二次蒸汽的焓二次蒸汽的焓H 查对应的焓值，及查对应的相变潜热值查对应的焓值，及查对应的相变潜热值r r 。2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(5)比热比热：溶液比热溶液比热c cp p=c=cpwpw(1-x(1-x1 1)+c)+cpBpBx x1 1kJ/kgkJ/kg 一般忽略原料液与完成液比热的区别；一般忽略原料液与完成液比热的区别；当当x20%xTtTT , ,则则r rr,一般一般rr ；即即消耗掉消耗掉1 1kgkg加热蒸汽，蒸加热蒸汽，蒸发不出来发不出来1 1kgkg的二次蒸汽的二次蒸汽; ;对于单效蒸发
7、操作一般可取对于单效蒸发操作一般可取e=1.1或更大些。或更大些。E E值是衡量蒸发器的经济程度指标。值是衡量蒸发器的经济程度指标。忽略热损失忽略热损失忽略热损失忽略热损失Q QL L=0,=0, 沸点进料沸点进料沸点进料沸点进料t t0 0=t:=t:4 4 4 4、关于加、关于加、关于加、关于加热热热热蒸汽用量蒸汽用量蒸汽用量蒸汽用量D D的的的的讨论讨论讨论讨论：单位蒸汽消耗量单位蒸汽消耗量2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(9) 若若加热蒸汽量加热蒸汽量D D固定固定，则产生的二次蒸汽量，则产生的二次蒸汽量WW将将少于少于沸点沸点进料的情况进料的情
8、况； 若若产生相同的二次蒸汽量产生相同的二次蒸汽量WW量量，则消耗的加热蒸汽将，则消耗的加热蒸汽将多多于于沸点进料的情况沸点进料的情况( (因一部分的热量将用于溶液升温至沸点因一部分的热量将用于溶液升温至沸点) )。忽略热损失忽略热损失忽略热损失忽略热损失Q QL L=0,=0,低于沸点进料低于沸点进料低于沸点进料低于沸点进料t t0 0t:tt：由以上分析：进口料液的温度，将直接影响产生二次蒸汽由以上分析：进口料液的温度，将直接影响产生二次蒸汽WW的量。的量。2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(10)若若cp0cp1;若沸点进料若沸点进料t0=t归纳蒸汽
9、消耗量归纳蒸汽消耗量归纳蒸汽消耗量归纳蒸汽消耗量D D的计算：的计算：的计算：的计算：2022/5/13上一内容下一内容回主目录课堂练习-1：（1）1 1、在连续操作的单效蒸发器中，将、在连续操作的单效蒸发器中，将2000kg/h2000kg/h的某无机盐的某无机盐水溶液由水溶液由10%10%（质量分率）浓缩至（质量分率）浓缩至30%30%（质量分率）。蒸发（质量分率）。蒸发器的操作压力为器的操作压力为40kPa40kPa（绝压），相应的溶液沸点为（绝压），相应的溶液沸点为8080。加热蒸汽的压力为。加热蒸汽的压力为200 200 kPakPa（绝压）。已知原料液（绝压）。已知原料液的比热容为
10、的比热容为3.77 3.77 ，蒸发器的热损失为，蒸发器的热损失为12000W12000W。设溶液。设溶液的稀释热可以忽略。试求：的稀释热可以忽略。试求：（1 1）水的蒸发量；）水的蒸发量；（2 2）原料液分别为）原料液分别为3030、8080和和120120时的加热蒸汽耗时的加热蒸汽耗量，并比较它们的经济性。量，并比较它们的经济性。解：（解：（1 1）水的蒸发量）水的蒸发量W：2022/5/13上一内容下一内容回主目录课堂练习-1：（2）（2 2）加热蒸汽消耗量）加热蒸汽消耗量查得压力为查得压力为40kPa40kPa和和200kPa200kPa的饱和水蒸气的冷凝潜热分别为的饱和水蒸气的冷凝潜
11、热分别为23122312和和2205kJ/kg2205kJ/kg 由于溶液的稀释热可以忽略由于溶液的稀释热可以忽略 ，所以可采用，所以可采用（a a）原料液温度为原料液温度为3030时，蒸汽消耗量为时，蒸汽消耗量为 单位蒸汽消耗量为单位蒸汽消耗量为（b b）原料液温度为原料液温度为8080时，蒸汽消耗量为时，蒸汽消耗量为 2022/5/13上一内容下一内容回主目录课堂练习-1：（3）（c c）原料液温度为原料液温度为120,120,蒸汽消耗量为蒸汽消耗量为 分析：分析：由以上计算结果可知，原料液的温度越高，蒸发由以上计算结果可知，原料液的温度越高，蒸发1kg1kg水所水所 消耗的加热蒸汽量越小
12、。消耗的加热蒸汽量越小。 2022/5/13上一内容下一内容回主目录课堂练习-2：（1）2 2、在一连续操作的单效蒸发器中，将浓度为、在一连续操作的单效蒸发器中，将浓度为20%20%（质量分率）的（质量分率）的NaOHNaOH水溶液浓缩至水溶液浓缩至50%50%（质量分率）。（质量分率）。原料液处理量为原料液处理量为2000kg/h2000kg/h，原料温度为，原料温度为6060，蒸发在，蒸发在减压下操作，蒸发器内操作的真空度为减压下操作，蒸发器内操作的真空度为53kPa53kPa。已知在。已知在此真空度下此真空度下50%50%的的NaOHNaOH溶液的平均沸点为溶液的平均沸点为120120。
13、加热。加热蒸汽的压力为蒸汽的压力为0.4MPa0.4MPa（绝压），冷凝水在饱和温度下（绝压），冷凝水在饱和温度下排出。设蒸发器的热损失为排出。设蒸发器的热损失为12000W12000W。求（求（1 1）水蒸发量；（）水蒸发量；（2 2）加热蒸汽消耗量。）加热蒸汽消耗量。2022/5/13上一内容下一内容回主目录课堂练习-2：（2）解：解：（1 1）水份蒸发量）水份蒸发量 （2 2）加热蒸汽消耗量）加热蒸汽消耗量 由于由于NaOHNaOH水溶液的稀释热不能忽略水溶液的稀释热不能忽略 6060、20%20%的的NaOHNaOH溶液的焓溶液的焓 120120、50%50%的的NaOHNaOH溶液的
14、焓溶液的焓 查得查得0.4MPa0.4MPa水蒸气的冷凝热：水蒸气的冷凝热：120120蒸汽的焓蒸汽的焓：分析：分析：本例中，单位蒸汽消耗量大的原因是本例中，单位蒸汽消耗量大的原因是NaOHNaOH溶液的浓缩热较大，一部分加热蒸汽被溶液的浓缩热较大，一部分加热蒸汽被用于浓缩用于浓缩时溶液的吸热。时溶液的吸热。 2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(11)由传热速率方程由传热速率方程： QKS0tm其中：其中：加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除；加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除；S S0 0蒸发器的传热外表面积，蒸发器的传热外表面积，m m2 2; ;Q Q蒸发
15、器的热负荷，也即蒸发器的传热速率，蒸发器的热负荷，也即蒸发器的传热速率， WW; ; ( (由加热蒸汽提供总热量由加热蒸汽提供总热量) ); ;K K0 0基于传热外表面积的总传热系数，基于传热外表面积的总传热系数， W/(mW/(m2 2/)/)ttm m平均温差，平均温差，。三、蒸发器的传热面积三、蒸发器的传热面积三、蒸发器的传热面积三、蒸发器的传热面积 S S0 0：1、平均温差：平均温差：tm=T-t；加热室两侧均为相变化；加热室两侧均为相变化； T T加热蒸汽的温度，加热蒸汽的温度，； t t操作条件下溶液的沸点，操作条件下溶液的沸点，。3、基于传热外表面积的总传热系数基于传热外表面
16、积的总传热系数K0:2、 蒸发器的热负荷蒸发器的热负荷:Q=D(H-hw)=Dr2022/5/13上一内容下一内容回主目录第二节第二节 单效蒸发单效蒸发(12)四、溶液的沸点四、溶液的沸点四、溶液的沸点四、溶液的沸点 t t ：1 1、溶液的沸点的特点：溶液的沸点的特点：溶液的沸点的特点：溶液的沸点的特点： 蒸发器加热室的一侧为蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾，蒸发器加热室的一侧为蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾，其温度为溶液的沸点。因此，传热的平均温度差为其温度为溶液的沸点。因此，传热的平均温度差为tm=T-tt 取决于：取决于： 冷凝器压力冷凝器压力P Pk k、溶液浓度、蒸发室内操作、溶液浓度、蒸发室内操作压强压强p p及液层深度，因此，及液层深度，因此，t t 值是关键。值是关键。 含有不挥发溶质的溶液，含有不挥发溶质的溶液，由拉乌尔定律知，由拉乌尔定律知，在相同条件下，在相同条件下，其溶液的其溶液的蒸汽压比纯水的低；蒸汽压比纯水的低；或同压强下溶液的沸点高于纯水沸点；或同压强下溶液的沸点高于纯水沸点；溶液与纯水的溶液与纯水的沸点之差称为沸点升高。沸点之差称为沸点升高。举说明例：举说明例：
