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1、 第第7章章 蒸发蒸发 7.1 概述概述7.1.1 蒸发操作的目的和方法蒸发操作的目的和方法蒸发：含有不挥发性溶质的溶液在沸腾条件下蒸发：含有不挥发性溶质的溶液在沸腾条件下 受热，使部分溶剂汽化为蒸汽的操作。受热，使部分溶剂汽化为蒸汽的操作。目的目的: （1）获得浓缩的溶液，直接作为化工）获得浓缩的溶液，直接作为化工 成品或半成品。成品或半成品。 （2）与结晶联合操作以获得固体溶质）与结晶联合操作以获得固体溶质 （3）脱除杂质，制取纯净的溶剂）脱除杂质，制取纯净的溶剂 7.1.2 蒸发操作的特点蒸发操作的特点一、过程实质：热量传递而不是物质传递一、过程实质：热量传递而不是物质传递 蒸发操作应属
2、于传热过程蒸发操作应属于传热过程二、过程特点：二、过程特点：（1）浓溶剂在加热面上析出溶质而形成垢层）浓溶剂在加热面上析出溶质而形成垢层, 使传热过程恶化。使传热过程恶化。（2）溶液性质对蒸发器结构设计提出了特殊）溶液性质对蒸发器结构设计提出了特殊 要求。要求。（3）蒸发操作是大量耗热的过程，节能是蒸）蒸发操作是大量耗热的过程，节能是蒸 发操作应予考虑的重要问题。发操作应予考虑的重要问题。三、过程中蒸汽温位的变化：三、过程中蒸汽温位的变化： 高温位高温位 低温位低温位温位的降低用于两部分：温位的降低用于两部分：（1）传热需一定的温差为推动力）传热需一定的温差为推动力（2）由于溶质的存在造成溶液
3、的沸点升高）由于溶质的存在造成溶液的沸点升高 7.2 蒸发设备蒸发设备7.2.1 各种蒸发器各种蒸发器一、蒸发器的构件一、蒸发器的构件 主要构件：主要构件： （1）加热室）加热室 （2）流动通道）流动通道 （3）气液分离空间）气液分离空间 辅助设备：辅助设备： （1）除沫器）除沫器 （2）冷凝器）冷凝器 （3）疏水器）疏水器二、蒸发器的类型二、蒸发器的类型（1）循环型蒸发器）循环型蒸发器 垂直短管式（中央循环管式）垂直短管式（中央循环管式）（动画）（动画） 流体在细管内向上，粗管内向下作循环运流体在细管内向上，粗管内向下作循环运动，循环速度动，循环速度0.10.5m/s 外加热式外加热式 采用
4、长加热管，且循环管不再受热，循环采用长加热管，且循环管不再受热，循环速度速度1.5m/s 强制循环蒸发器强制循环蒸发器 采用泵进行强制循环，循环速度采用泵进行强制循环，循环速度1.85m/s讨论：提高循环速度的目的是什么？讨论：提高循环速度的目的是什么？ a. 增加给热系数增加给热系数 b. 降低单程汽化率，延缓结垢时间降低单程汽化率，延缓结垢时间（2）单程型蒸发器）单程型蒸发器 物料一次通过加热面即可完成浓缩要求，物料一次通过加热面即可完成浓缩要求， 受热时间大为缩短，适合热敏物料。受热时间大为缩短，适合热敏物料。旋转刮片式蒸发器旋转刮片式蒸发器7.2.2 蒸发器的传热系数蒸发器的传热系数一
5、、蒸发器的热阻分析一、蒸发器的热阻分析 ：管外蒸汽冷凝热阻，一般很小：管外蒸汽冷凝热阻，一般很小 ：加热管壁的热阻，一般可以忽略：加热管壁的热阻，一般可以忽略 ：管内壁液体一侧的垢层热阻，：管内壁液体一侧的垢层热阻， 一般较大一般较大 ：管内沸腾给热热阻，是蒸发传热的主：管内沸腾给热热阻，是蒸发传热的主 要热阻要热阻二、管内气液两相流动型式二、管内气液两相流动型式三、管内沸腾给热三、管内沸腾给热为提高全管长内的平均为提高全管长内的平均给热系数，应扩大环状给热系数，应扩大环状流动区域。流动区域。四四 、传热系数的经验值、传热系数的经验值主要靠现场实际测定主要靠现场实际测定 7.3 单效蒸发单效蒸
6、发7.3.1 物料衡算物料衡算 溶质不挥发溶质不挥发 水分蒸发量：水分蒸发量：问题：若将某溶液从问题：若将某溶液从0.01浓缩至浓缩至0.1与从与从 1浓缩至浓缩至10相比，哪一个能耗大？相比，哪一个能耗大？答：一样大答：一样大 并不与并不与 成正比，而与成正比，而与 有关有关 7.3.2 热量衡算热量衡算一、浓缩热显著的溶液一、浓缩热显著的溶液对蒸发器作热量衡算，有：对蒸发器作热量衡算，有： 或或 取取 的某一百分数的某一百分数二、不计浓缩热的热量衡算二、不计浓缩热的热量衡算 :料液的比热容料液的比热容 蒸发器的热负荷蒸发器的热负荷 7.3.3 蒸发速率与传热温度差蒸发速率与传热温度差一、蒸
7、发速率一、蒸发速率 加热蒸汽的饱和温度加热蒸汽的饱和温度 蒸发器内溶液的沸点，即完成液的度蒸发器内溶液的沸点，即完成液的度 二次蒸气的饱和温度二次蒸气的饱和温度 蒸发器操作压强，常以冷凝器压强代替蒸发器操作压强，常以冷凝器压强代替二、溶液沸点二、溶液沸点溶液沸点不仅取决于操作压强，还与下述因素溶液沸点不仅取决于操作压强，还与下述因素有关：有关： （1）溶质造成的沸点升高）溶质造成的沸点升高 原因：溶质的存在原因：溶质的存在 确定方法：杜林法则确定方法：杜林法则 例：例：101.3kPa、50的的NaOH水溶液的水溶液的 沸点为沸点为142（2）液柱静压头引起的）液柱静压头引起的 取液面下取液面
8、下 处的溶液沸腾温度为平均温度处的溶液沸腾温度为平均温度 ：液面上方的压强，：液面上方的压强， 通常以冷凝器压强代替通常以冷凝器压强代替 ：蒸发器内的液面高度：蒸发器内的液面高度 温度差损失温度差损失 ，以，以 为主为主蒸发器中沸腾液体的平均温度为：蒸发器中沸腾液体的平均温度为： 蒸发过程的传热温差：蒸发过程的传热温差：7.3.4 单效蒸发过程的计算单效蒸发过程的计算 7.4 蒸发操作的经济性和多效蒸发蒸发操作的经济性和多效蒸发7.4.1 衡量蒸发操作经济性的方法衡量蒸发操作经济性的方法一、蒸汽设备的生产强度一、蒸汽设备的生产强度 （1）生产强度的定义）生产强度的定义若不计热损失和浓缩热、料液
9、预热至沸点加入，若不计热损失和浓缩热、料液预热至沸点加入，则蒸发器的传热速率：则蒸发器的传热速率：（2）提高生产强度的途径）提高生产强度的途径 增大传热温差：增大传热温差： 提高加热蒸汽的温度；提高加热蒸汽的温度； 真空蒸发（降低溶液沸点）。真空蒸发（降低溶液沸点）。 提高蒸发器的传热系数：提高蒸发器的传热系数： 建立良好的溶液循环流动；建立良好的溶液循环流动； 及时排不凝性气体；及时排不凝性气体； 经常清除垢层。经常清除垢层。二、加热蒸汽的利用率二、加热蒸汽的利用率 将每将每1kg加热蒸汽所能蒸发的水量加热蒸汽所能蒸发的水量 称为加称为加 热蒸汽的经济性热蒸汽的经济性7.4.2 蒸发操作的节
10、能方法蒸发操作的节能方法一、多效蒸发一、多效蒸发 注意：后一效操作压强及温度必较前一较低注意：后一效操作压强及温度必较前一较低 （1）并流加料）并流加料 原料液无须泵送，末效传热条件较劣。原料液无须泵送，末效传热条件较劣。 （2）逆流加料）逆流加料 原料液须泵送，各效传热条件大致相同原料液须泵送，各效传热条件大致相同（3）平流加料）平流加料 对易结晶的物料较为合适对易结晶的物料较为合适 二、额外蒸汽引出二、额外蒸汽引出 工程上，总蒸发量工程上，总蒸发量 规定，欲引出额外蒸规定，欲引出额外蒸汽，需增加加热蒸汽量汽，需增加加热蒸汽量 ，而使，而使 有所有所下降；但增加的下降；但增加的 必小于必小于 ，加热蒸汽，加热蒸汽总的利用率上升。总的利用率上升。三、二次蒸汽的压缩三、二次蒸汽的压缩四、冷凝水热量的回收四、冷凝水热量的回收7.4.3 多效蒸发过程分析多效蒸发过程分析一、各效温度和浓度分布一、各效温度和浓度分布二、多效蒸发中效数的限定二、多效蒸发中效数的限定三、蒸发操作的最优化三、蒸发操作的最优化
