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1、1,第五章蒸 发,2,要求：1.了解蒸发器的结构及选型；2.掌握温度差损失的计算、单效蒸发的计算及蒸发 器的生产能力和生产强度；3.了解多效蒸发流程及计算；4.掌握多效蒸发与单效蒸发的比较；5.了解蒸发器的工艺设计。,3,重点：1.温度差损失的计算、单效蒸发的计算；2.多效蒸发与单效蒸发的比较。,4,蒸发：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。,5,6,加压蒸发常压蒸发真空蒸发,分类：,单效蒸发多效蒸发,7,真空蒸发的特点： 溶液沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源； 对相同压强的加热蒸汽，可提高传热总温度差；溶液的粘度加
2、大，总传热系数降低； 对减压系统，系统的投资费和操作费增加。,8,蒸发过程的特点：（1）传热性质：热、冷流体都发生相变。（2）溶液性质：蒸发过程中有结晶吸出、易结垢、产生泡沫、粘度变化大、有腐蚀性。（3）溶液沸点的改变（4）泡沫夹带：二次蒸汽中常挟带大量泡沫。（5）能源利用：如何利用二次蒸汽的能量。,9,5.1蒸发设备,5.1.1 蒸发器的结构,蒸发器结构：加热室、分离器 循环型（非膜式） 间接加热蒸发器 单程型（膜式） 直接加热蒸发器,10,1.循环型（非膜式）蒸发器1）中央循环管式（标准式）蒸发器 中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40100%，循环速度：0.40.5m/s以下，适宜用
3、于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液。,11,12,2）悬筐式蒸发器 环形截面积一般为加热管总截面积的100150%，循环速度：1.01.5m/s之间，适宜用于蒸发有晶体的溶液。缺点是设备耗材量大、占地面大、加热管内的溶液滞留量大。,13,14,3）外热式蒸发器加热管长径比为50100，循环速度：可达1.5m/s。,15,16,4）列文蒸发器 循环管截面积一般为加热管总截面积的200350%，阻力小，循环速度高达2.03.0m/s，适宜处理晶体析出或易结垢的溶液。,17,18,5）强制循环蒸发器循环速度高达2.05.0m/s。处理粘度大、易结沟或易结晶的溶液。,19,20,2.膜式式（单程型）蒸发
4、器1）升膜蒸发器： 加热管长径比为100150，管径为2550mm。二次蒸汽在加热管内的速度为2050m/s，减压下为：100160m/s。处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。,21,22,2）降膜式蒸发器处理粘度较大的溶液、热敏性物料。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。,23,3）升降膜蒸发器 处理粘度变化大的溶液。,24,4）刮板搅拌薄膜蒸发器叶片边缘与管内壁的间隙为0.251.5mm。处理高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液。结构复杂、动力消耗大。,25,26,3.直接加热蒸发器,27,4.蒸发器的改进与发展1）开发新型蒸发器2）
5、改善蒸发器内液体的流动状况3）改进溶液的性质,28,5.1.2 蒸发器的辅助设备,除沫器、冷凝器、真空系统装置,29,30,5.1.3 蒸发器的选型,从以下因素考虑：（1）溶液的粘度（2）溶液的热稳定性（3）有晶体析出时的溶液（4）易发泡的溶液（5）有腐蚀性的溶液（6）易结垢的溶液（7）溶液的处理,31,5.2 单效蒸发,5.2.1 溶液的沸点和温度差损失,1.溶液沸点升高=t - T1：溶液沸点升高值，oC；t：溶液的沸点，oC；T1：与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的饱和温度，oC。,32,2.传热的温度差损失tT - t = tT ：理论上传热的温度差，oC；t ：实际传热的温度差，
6、oC。,33,蒸发过程温度差损失的原因：（1）溶液的饱和蒸汽压下降；（2）加热管内液柱静压强；（3）管路流体阻力（多效蒸发）,34,1）由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失1,常压：附录二十三非常压：经验公式、杜林规则,35,36,2）由于加热管内液柱静压强而引起的温度差损失11,37,3）由于管路流体阻力而引起的温度差损失111,38,5.2.2 单效蒸发的计算,计算项目：（1）单位时间内蒸发出的水分量，即蒸发量；（2）加热蒸汽的消耗量；（3）蒸发器的传热面积。,39,40,1.蒸发量 W,2.加热蒸汽消耗量 D1）溶液稀释热不可忽略时,41,若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则：,
7、42,43,2）溶液的稀释热可以忽略时 溶液的焓可以由比热算出，则：,44,若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且热损失可忽略，则：,单位蒸汽耗量，kg/kg。,45,3.传热面积 S0,46,4.管内沸腾传热系数的关联式1）标准型蒸发器,2）强制型蒸发器,47,3）升膜蒸发器,4）降膜蒸发器,48,5.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度,1.蒸发器的生产能力生产能力：单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量，单位：kg/h。生产能力的大小取决于传热速率Q，因此可用蒸发器的传热速率来衡量其生产能力。,49,2.蒸发器的生产强度生产强度：单位传热面积上单位时间内的蒸发量，单位：kg/(m2h),若原料沸点进
8、料，且热损失可忽略，则：,50,强化途径：（1）适量增大传热温度差加热蒸汽最高压强：300500kPa冷凝器最低压强：1020kPa（2）增大总传热系数溶液沸腾传热系数、污垢热阻,51,5.3多效蒸发,为了降低加热蒸汽的消耗量，可采用多效蒸发。,单位蒸汽消耗量,52,5.3.1 多效蒸发的操作流程,按加料方式不同，多效蒸发流程有以下几种:,1.并流（顺流）加料法的蒸发流程优点：不用泵；多闪蒸一部分蒸汽。缺点：随着浓度的升高，总传热系数下降。适用场合：处理粘度随温度和浓度变化不大的溶液。,53,54,2.逆流加料法的蒸发流程优点：各效的总传热系数大致相同。缺点：需要泵；二次蒸汽量较小。适用场合：
9、处理粘度随温度和浓度变化较大的溶 液，不宜处理热敏性的溶液。,55,56,3.平流加料法的蒸发流程处理有结晶吸出的溶液。,57,5.3.2 多效蒸发的计算,已知条件：原料液的流量、浓度、温度；加热蒸汽（生蒸汽）的压强、冷凝器的真空度、末效完成液的浓度。设计项目：生蒸汽的消耗量；各效的蒸发量；各效的传热面积。计算方法：利用蒸发系统的物料衡算、焓衡算、传热速率三个方程进行试差计算。,58,59,1.基本关系1）物料衡算对整个蒸发系统作溶质衡算，可得：,60,对任一效作溶质衡算，可得：,61,2）焓衡算以00C的液体为基准，忽略热损失，可得：第一效：,若溶液的稀释热，且加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排
10、出，可得：,62,第i效：,63,3）总有效温度差t及各效溶液的沸点,总有效温度差:,温度差损失总和：,各效溶液的沸点：,64,4）有效温度差在各效中的分配以三效为例：,65,66,2.多效蒸发计算举例例题：（自学）,67,5.3.3 多效蒸发和单效蒸发的比较,1.溶液的温度差损失 若操作条件相同，则多效蒸发的总温度差损失较单效蒸发要大。,68,69,2.经济性,单位蒸汽消耗量,70,3.蒸发器的生产能力和生产强度 由于多效蒸发时的温度差损失较单效时要大，故多效蒸发时的生产能力较小。 由于多效蒸发面积、温度差损失大，故多效蒸发时的生产强度较小。,71,4.多效蒸发中效数的限制及最佳效数 由于多
11、效蒸发的总温度差损失受总有效温度差的限制，所以多效蒸发的效数也有一定的限制。 在多效蒸发中，效数增加，单位蒸汽消耗量减小，操作费用降低；但装置的投资费增加；且生产能力降低。所以，多效蒸发的效数存在最佳值，即最佳效数。,72,5.3.4提高加热蒸汽经济性的其他措施 1.抽出额外蒸汽 2.冷凝水显热的利用 3.热泵蒸发,73,5.4 蒸发器的工艺设计,已知条件：溶液、完成液浓度、加热蒸汽压强。步骤：（1）根据溶液性质，选定蒸发器型式、冷凝器压强、加料方式、最佳效数；（2）选出或计算总传热系数，再计算传热面积；,74,（3）选定或计算出蒸发器的主要工艺尺寸：加热管尺寸及管数、循环管尺寸、加热室外壳尺寸、分离室尺寸及附属设备的计算或选用。,例5-4（P319）,
