化工原理chap6_1.

浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发1/33§6.1概述§6.2单效蒸发器的计算§6.3多效蒸发§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施§6.5蒸发设备幻灯片1目录浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发2/33第六章蒸发将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为~。2、蒸发操作的目的（1）获得浓缩的溶液（2）获得固体溶质（3）除去杂质§6.1概述1、什么是蒸发?浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发3/33冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器3、蒸发设备-----间壁式换热器连续式、间歇式常压式、减压式、加压式除沫器二次蒸汽蒸发室加热室中央循环管不凝性气体（生蒸汽）冷凝器思考1：如图，为减压式操作设备，为什么图中冷凝器的放置高度要很高？思考2：生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？§6.1概述浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发4/33冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器除沫器二次蒸汽蒸发室加热室中央循环管不凝性气体（生蒸汽）冷凝器4、蒸发操作的特点：传质—传热*能耗大*从进口到出口传热温差逐渐减小（∵浓度↑，沸点↑）*易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化§6.1概述浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发5/33§6.2单效蒸发器的计算已知：F、x0、t0、x计算内容：L、W、加热蒸汽量D、加热面积二次蒸汽W，T料液蒸发室F,x0,t0加热室完成液L，x,t一、物料衡算0FxLxWFLxxFW01浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发6/33二次蒸汽W，T，H料液蒸发室F,t0,h0,c0D,Ts,Hs加热室完成液L，t，h,cD,Ts,hs二、能量衡算lssQDhhWFWHFhDH0sslhHQhHWhhFD0txfh,-----查焓浓图a.无明显浓缩热的体系000tchcth§6.2单效蒸发器的计算稀释热浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发7/33假定：①Hs-hs=R（加热蒸汽汽化潜热）；②hh0；③H-hr（二次蒸汽汽化潜热）；④Ql0汽化1kg水所消耗的蒸汽量，其值约为1。实际上D/W=1.1二次蒸汽W，T，H料液蒸发室F,t0,h0,c0D,Ts,Hs加热室完成液L，t，h,cD,Ts,hsRWrDRrWD§6.2单效蒸发器的计算sslhHQhHWhhFD0浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发8/33b.有明显浓缩热的体系先按情况a计算，然后再校正。§6.2单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发9/33三、加热面积A的计算mtKAQDRQ冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器K值约为1000~4500W/m2KtTtsmPt取决于：冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，tT。△=t-T-----传热温度差损失tTRTDs,,222111111ARaAbRaAKAmPTTs§6.2单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发10/33冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器PtTRTDs,,P（1）溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比）------杜林规则查图步骤：P→水的沸点→由杜林线查得某一浓度下的溶液沸点。（2）蒸发室内液层深度引起的与设备结构有关，有些设备液柱可高达3~6m，有些设备中此项损失可不计。（3）二次蒸汽的阻力损失引起的此项影响很小，通常取1℃左右§6.2单效蒸发器的计算•引起传热温差损失△的原因：△=t-T-----传热温度差损失P浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发11/33一、多效蒸发及其流程平流流程错流流程逆流流程并流流程向分为按料液与二次蒸汽的走§6.3多效蒸发思考：P1、P2、P3大小顺序？321321TTTPPP1T冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器P二次蒸汽1232T3T并流流程：并流流程优、缺点：①料液可自动流入下一效，无需泵输送；②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；③传热推动力依次减小；④K依次减小；浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发12/33冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器P1T二次蒸汽1232T3T逆流流程优、缺点：①料液需用泵送入下一效；②传热推动力较为均匀；§6.3多效蒸发逆流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发13/33料液冷却水加热蒸汽冷凝水水完成液错流多效蒸发器（2→3→1）P1T二次蒸汽1232T3T错流流程优、缺点：①兼有并、逆流的优点；②操作复杂；§6.3多效蒸发错流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发14/33料液冷却水加热蒸汽冷凝水水完成液平流多效蒸发器P1T1232T3T平流流程优、缺点：①各效独立进料，传热状况均较好；②物料停留时间较短思考：1、粘度随浓度变化很大的料液，宜采用哪一种流程？平流、逆流或错流2、当料液温度较高或最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？并流3、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？平流§6.3多效蒸发平流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发15/33生产能力：单位时间的传热量或蒸发的水分量，用Q或W表示。生产强度：单位时间、单位面积的传热量或蒸发的水分量，用q或W/A表示。二、多效蒸发与单效蒸发的比较多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，操作费比单效蒸发小；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大。§6.3多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发16/33冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器证明：多效与单效相比，单位生蒸汽消耗量小。WDDWDWDWDDWWDDWWDWD3,312,211三效时二效时单效时§6.3多效蒸发假设属理想情况，每一效D/W=1浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发17/33冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器DWWWDDDD/W实际值单效1.1二效0.57三效0.4§6.3多效蒸发小多效时WD多效时操作费少注意：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。浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发18/33mtKAQ单效：333222111mmmtAKQtAKQtAKQ三效：KKKK321假设§6.3多效蒸发证明：多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。321321mmmtttKAQQQQmtKq321mmmtttKAQtTtsmTTsTTKqsD冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器1T2TTP3213222111TTKATTTTTTKAQss浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发19/33§6.3多效蒸发QQD冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器1T2TTP321故相同生产能力下，AA。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。AAA因为AQqAQq3浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发20/33总费用费用设备费操作费效数效。效以下，一般取效数不可过多，应在3~26§6.3多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发21/33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§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发22/33采用多效§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施D/W实际值单效1.1二效0.57三效0.4浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发23/33§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施E1E2W1W2W3冷却水料液D加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器DW1第一效：1112EDEWW第二效：21223EEDEWW第三效：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1WD理想情况：额外蒸汽的引出-----1kg生蒸汽可换取2kg的额外蒸汽(理想情况)nnnnEEEDEWWn2111效：第浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发24/33§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施E1E2W1W2W3冷却水料液D加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器nnEEnnEDn2112111额外蒸汽的引出-----1kg生蒸汽可换取2kg的额外蒸汽(理想情况)nEnEnnEnnnWD11111121不引出额外蒸汽时，有Dn11211nWD浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发25/33E1E2W1W2W3冷却水料液D加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器nEnEnnEnnD1111121生蒸汽的补加量kgEEEn121假设kgnD2则总的额外蒸汽引出量E=nkg21ED§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发26/33二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓大，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3~5效的蒸发流程。E1E2W1W2W3冷却水料液D加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施采用热泵蒸发流程浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发27/33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。E1E2W1W2W3冷却水料液D加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器§6.4提高生蒸汽热能利用程度的措施冷凝水的自蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发28/33时间短溶液呈膜状流动、停留单程式（膜式）：循环式分类强制循环式准式）中央循环管式（又称标自然循环式：§6.5蒸发设备----------列管式换热器用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发29/33中央循环管式蒸发器适用于处理量大、结垢不严重的物系。缺点：（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。外循环式蒸发器浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发31/33降膜蒸发器浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发32/33刮板式蒸发器升膜式蒸发器：适用于黏度小于0.05Pa·s、蒸发量较大者；降膜式蒸发器：适用于黏度在0.05～0.4Pa·s、蒸发量较小者；刮板式蒸发器：适用于黏度大于1～10Pa·s及以上者。浙江大学本科生课程化工原理第六章蒸发33/33特点：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方§6.5蒸发设备----------列管式换热器强化传热的措施：1、定期清理垢层；2、加快流体的循环速度：自然循环→强制循环3、加热微量阻垢剂以延缓形成垢层；4、在处理有结晶物析出的物料时，可加入少量晶种（结晶颗粒），使结晶尽可能在溶液主体中进行，而不是在加热面进行。5、将管内沸腾改为膜状沸腾。