化工原理第7章 蒸发-精品文档资料整理.ppt

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1、化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 91Chap 7 蒸发蒸发7.1 概述概述将含有不挥发性溶质将含有不挥发性溶质的稀溶液中的稀溶液中部分溶剂汽部分溶剂汽化化、除去的单元操作、除去的单元操作 蒸发操作的目的：蒸发操作的目的：（1）获得浓缩的溶液）获得浓缩的溶液（2）获得固体溶质）获得固体溶质（3）除去杂质）除去杂质什么是蒸发什么是蒸发?溶剂溶剂S溶质溶质A（不挥发）（不挥发）溶剂溶剂S加热加热化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 92 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器除沫器除沫器二次蒸汽二次蒸汽蒸发室蒸发室加热室加热室不凝性气体不凝性气体（生蒸汽）（生蒸汽）冷凝器

2、冷凝器 为了使处于真空下为了使处于真空下的冷却水能自动排的冷却水能自动排出，冷凝器的安装出，冷凝器的安装高度一般高于高度一般高于10m。间壁式换热器：间壁式换热器： 蒸发室蒸发室 除沫器除沫器 冷凝器冷凝器 真空装置真空装置（一）蒸发的（一）蒸发的基本流程基本流程7.1 概述概述化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 93（二）加热蒸汽和二次蒸汽（二）加热蒸汽和二次蒸汽加热蒸汽加热蒸汽作热源用的蒸汽作热源用的蒸汽（生蒸汽）：（生蒸汽）：二次蒸汽：二次蒸汽：从溶液中汽化出来的蒸汽从溶液中汽化出来的蒸汽（三）蒸发过程的分类（三）蒸发过程的分类1. 按操作压力按操作压力减压（真空蒸发）（沸点低）减

3、压（真空蒸发）（沸点低）7.1 概述概述真空蒸发优点：真空蒸发优点：(1) tm 蒸发器的传热面积减小蒸发器的传热面积减小常压蒸发常压蒸发加压蒸发加压蒸发(2) 可利用废汽可利用废汽 (3) 热敏性物质热敏性物质（4）沸点温度低，减少热损失）沸点温度低，减少热损失化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 94缺点：缺点：(1)真空装置真空装置 (2)沸点沸点，K (3)二次蒸汽二次蒸汽t， 冷凝器温差降低冷凝器温差降低7.1 概述概述2. 按二次蒸汽利用情况按二次蒸汽利用情况单效蒸发单效蒸发多效蒸发多效蒸发 二次蒸汽用于下一效二次蒸汽用于下一效 操作压力、沸点低于上效操作压力、沸点低于上效 连

4、续式连续式 间歇式间歇式 3. 按操作情况按操作情况以以x1出料，沸点最高出料，沸点最高一次加料一次加料最终最终x1出料出料连续加料，维持液面，连续加料，维持液面，x1一次出料一次出料间歇式时，间歇式时，x 值一直变化值一直变化 t始始 t终终 t连续连续=化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 95已知：已知：F、x0、t0、x计算内容：计算内容： L、 W、加热蒸汽量、加热蒸汽量D、加热面积、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（一）物料衡算 0FxLxWFL xxFW01DA 一、单效蒸发的计算一、单效蒸发的计算7.2 单

5、效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 96 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸发室 F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 完成液 L, t, h, c D, Ts ,hs （二）热量衡算（二）热量衡算 lssQDhhWFWHFhDH 0 sslhHQhHWhhFD 0 txfh, -查焓浓图查焓浓图a. 无明显浓缩热的体系无明显浓缩热的体系000tchcth 7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 970 0lssF ctc tW HctQDHh其中：其中：0001ccxc xwB1ccxc xwB, 1s ppsHHctt又：又：,

6、1s pH压力为蒸发器操作压力压力为蒸发器操作压力 p1 的饱和蒸汽的焓的饱和蒸汽的焓st压力为压力为p1 的饱和蒸汽的温度的饱和蒸汽的温度pc水蒸汽的定压比热容水蒸汽的定压比热容-1-11.88kJ kgK7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 98通常冷凝水在饱和温度下排出通常冷凝水在饱和温度下排出Hs-hs =R（加热蒸汽汽化潜热）（加热蒸汽汽化潜热）若为沸点进料若为沸点进料t0=t取近似：取近似：Hctr温度为温度为 t 时二次蒸汽的蒸发潜热时二次蒸汽的蒸发潜热近似：近似：Ql 0c0 cRWrD 7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0

7、0 99汽化汽化1kg水所消耗的蒸汽量，其值约为水所消耗的蒸汽量，其值约为1。实际上实际上D/W1.1RrWD b. 有明显浓缩热的体系有明显浓缩热的体系 或：或：或先按情况或先按情况 a 计算，然后再校正。计算，然后再校正。h、h0 需查焓浓图需查焓浓图 7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 910（三）传热面积（三）传热面积 A 的计算的计算mtKAQ DRQ 冷 却 水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 K值约为值约为6006000W/m2KtTtsm Pt 取决于：取决于： 冷凝器压力冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室内、溶液浓度、蒸发室内液层深

8、度，因此，液层深度，因此，t T。TRTDs, P TTs =t -T-传热温度差损失传热温度差损失2221221112111ssmdddbRRKddd P 7.2 单效蒸发单效蒸发t化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 911（1） 溶液沸点升高溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比）（与同压力下纯溶剂相比）- 遵循遵循杜林规则杜林规则（2）蒸发室内液层深度引起的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与设备结构有关，有些设备液柱可高达36m，有些设，有些设 备中此项损失可不计。备中此项损失可不计。（3）二次蒸汽的阻力损失引起的二次蒸汽的阻力损失引起的- 此项影响很小，通

9、常取此项影响很小，通常取 1 左右。左右。二、二、 引起传热温差损失引起传热温差损失的原因：的原因： =t T= + + -传热温度差损失传热温度差损失7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 912 ：与：与溶液的种类溶液的种类、浓度浓度、蒸汽压力蒸汽压力有关有关 (1)手册上可以查到常压下的溶液沸点手册上可以查到常压下的溶液沸点 P280 附录二十一附录二十一 00AAwwttKtt1. 溶液沸点升高溶液沸点升高杜林规则杜林规则两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压力下的沸点差的比值为常数。压力下的沸点差的

10、比值为常数。(2)杜林规则：（压强影响）杜林规则：（压强影响）7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 913(1) 水的关系可以查图表水的关系可以查图表(2) 已知两组数据已知两组数据tA与与tA0，可求另一，可求另一tA2. 液体静压头影响液体静压头影响 (1) 保持一定的液位：保持一定的液位：(加热管长的加热管长的1/22/3） (2) 取平均压强为加热管中部压强取平均压强为加热管中部压强/2mppppgL p：液面上的压强；：液面上的压强；L：加热管底部以上液层高；：加热管底部以上液层高；：液体的平均密度。：液体的平均密度。7.2 单效蒸发单效蒸发00AAWWt

11、tK tt化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 914()()ppptt 3. 管道流体阻力产生压降的影响管道流体阻力产生压降的影响p p 二次蒸汽饱和温度二次蒸汽饱和温度1（三）（三） 蒸发器的生产能力和生产强度蒸发器的生产能力和生产强度生产能力生产能力: 单位时间内蒸发的水量单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率大小取决于传热速率 Q生产强度生产强度: 单位时间、单位传热面积上的蒸发量，单位时间、单位传热面积上的蒸发量，U， kg/h.m2 7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 915AWU 当沸点进料当沸点进料,忽略热损失时

12、：忽略热损失时： QDRWr则：则：QK tUArr即：即： Ut ;UK增加总传热系数是提高增加总传热系数是提高U的主要途径。的主要途径。U是衡量蒸发器性能的标准。是衡量蒸发器性能的标准。增加沸腾侧的给热系数增加沸腾侧的给热系数7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 916特点：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方特点：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方提高传热系数的措施：提高传热系数的措施： 1. 定期清理垢层；定期清理垢层； 2. 加快流体的循环速度：自然循环加快流体的循环速度：自然循环强制循环强制循环 3. 加热微量阻垢剂以延缓形成垢层；加热微量阻垢剂以延缓形成垢层

13、； 4. 管型改造管型改造7.2 单效蒸发单效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 917一、多效蒸发及其流程一、多效蒸发及其流程7.3 多效蒸发多效蒸发效数：系统中串联的蒸发器的数目效数：系统中串联的蒸发器的数目按料液与二次蒸汽的走向分为按料液与二次蒸汽的走向分为并流流程并流流程逆流流程逆流流程错流流程错流流程平流流程平流流程优点：优点：节省加热蒸汽的消耗量，提高其利用率节省加热蒸汽的消耗量，提高其利用率在需要蒸发大量水分时采用在需要蒸发大量水分时采用化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 918321321TTTPPP 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

14、二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T（一）（一）并流流程并流流程优、缺点：优、缺点： 料液可自动流入下一效，料液可自动流入下一效， 无需泵输送；无需泵输送； 溶液会发生闪蒸而产生溶液会发生闪蒸而产生 更多的蒸汽；更多的蒸汽； K依次减小。依次减小。7.3 多效蒸发多效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 919 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T优、缺点：优、缺点： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 传热推动力较为均匀。传热推动力较为均匀。（二）（二）逆流流程逆流流程宜于处理粘度随温度和宜于处理粘度随温度和浓度变化大

15、的溶液浓度变化大的溶液, 不宜不宜于处理热敏性的溶液于处理热敏性的溶液7.3 多效蒸发多效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 920 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水 完成液 平流多效蒸发器 P1T 1232T3T优、缺点：优、缺点： 各效独立进料，各效独立进料， 传热状况均较好；传热状况均较好； 物料停留时间较短物料停留时间较短（三）平流流程（三）平流流程特点特点: 完成液不再进行二完成液不再进行二次、三次蒸发。适于有次、三次蒸发。适于有结晶析出的溶液。结晶析出的溶液。7.3 多效蒸发多效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 921 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水

16、 完成液 错流多效蒸发器（231） P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T优、缺点：优、缺点： 兼有并、逆流的优点；兼有并、逆流的优点； 操作复杂操作复杂（四）错流流程（四）错流流程7.3 多效蒸发多效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 922思考：思考：1. 粘度随浓度变化很大的料液，宜采用哪种流程？粘度随浓度变化很大的料液，宜采用哪种流程？ 逆流逆流2. 当最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪种当最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪种 流程？流程？ 并流并流3. 当进料几乎是饱和液时，宜采用哪种流程？当进料几乎是饱和液时，宜采用哪种流程？ 平流平流7.3 多效蒸发多效蒸发化工

17、原理化工原理2 0 0 92 0 0 923二、多效蒸发与单效蒸发的比较二、多效蒸发与单效蒸发的比较 多效蒸发单位生蒸汽消耗量多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，比单效蒸发小， 操作费比单效蒸发小；操作费比单效蒸发小； 多效蒸发生产能力比单效蒸发小，多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，生产强度比单效蒸发小， 设备费比单效蒸发大。设备费比单效蒸发大。注意：注意： 操作费减小的幅度并不与效数成正比，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。效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。效数越多，设备费增大的幅度越大。效数越多，设备费增大的幅度越大。

18、7.3 多效蒸发多效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 924 总费用费用 设备费 操作费 效数62 3效数不可过多，应在 效以下，一般取效。7.3 多效蒸发多效蒸发最佳效数：最佳效数： 单位生产能力的总费用最低时的效数单位生产能力的总费用最低时的效数化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 925采用多效采用多效额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程冷凝水的自蒸发冷凝水的自蒸发三、提高生蒸汽经济程度的措施三、提高生蒸汽经济程度的措施经济性：经济性：指生蒸汽的利用率指生蒸汽的利用率7.3 多效蒸发多效蒸发 采用多效采用多效化工原理化工原理2 0 0 92 0 0

19、 926 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器 假设有假设有n+1效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为，分别为E1、E2、En。 额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可换取生蒸汽可换取2kg的额外蒸汽的额外蒸汽(理想情况理想情况)7.3 多效蒸发多效蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 927DW 1第第一一效效：1112EDEWW 第第二二效效：21223EEDEWW 第第三三效效：1 WD理理想想情情况况：nnnnEEEDEWWn 2111效效：第第7.3 多效蒸发多效蒸发 nn

20、EEnnEDnWWWW 2112111化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 928nEnEnnEnnnWD11111121 不引出额外蒸汽时，有不引出额外蒸汽时，有 DnWWWWn 11211 nWD7.3 多效蒸发多效蒸发1211111nnnDEEEnnn生蒸汽的补加量生蒸汽的补加量化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 929kgEEEn121 假设假设kgnD2 则总的额外蒸汽引出量则总的额外蒸汽引出量 E=nkg21 ED7.3 多效蒸发多效蒸发利用热泵使二次蒸汽的温度升高。利用热泵使二次蒸汽的温度升高。 采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利。用于蒸

21、发沸点升高小的溶液时较为有利。 将冷凝水减压而自蒸发，与二次蒸汽一起进入下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。一效作为加热蒸汽用。 冷凝水的自蒸发冷凝水的自蒸发化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 930 单单程程式式（膜膜式式）循循环环式式溶液在蒸发器中作循环流动。溶液在蒸发器中作循环流动。间间壁壁式式蒸蒸发发器器 强强制制循循环环式式自自然然循循环环式式：中央循环管式蒸发器、中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、悬筐式蒸发器、列文式蒸发器（外循环蒸发器）列文式蒸发器（外循环蒸发器）7.4 蒸发设备蒸发设备蒸发设备蒸发设备蒸发器蒸发器加热室加热室蒸发室蒸发室除沫器除

22、沫器冷凝器冷凝器真空装置真空装置化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 931优点：结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等优点：结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等缺点：缺点：（1）循环速度较低，管内流速）循环速度较低，管内流速0.5m/s；（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。（3）设备的清洗和维修也不够方便。）设备的清洗和维修也不够方便。1. 中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器（自然循环型）（自然循环型）一、蒸发器的结构和特点一、蒸发器的结构和特点应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。（一）循环式

23、蒸发器（一）循环式蒸发器7.4 蒸发设备蒸发设备化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 932加热室加热室2. 悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器（自然循环型）（自然循环型）优点：优点：加热室可由顶部取出进行加热室可由顶部取出进行 清洗、检修或更换，清洗、检修或更换， 而且热损失也较小。而且热损失也较小。适用于易结晶或结垢溶液的蒸发适用于易结晶或结垢溶液的蒸发缺点：缺点：结构复杂，结构复杂， 单位传热面积的金属消耗较多。单位传热面积的金属消耗较多。7.4 蒸发设备蒸发设备化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 9333. 外热式蒸发器外热式蒸发器可以降低整个蒸发器的高度，便于清洗和更换；可以降低整个

24、蒸发器的高度，便于清洗和更换；可将加热管做得长些，循环管不受热，从而加速可将加热管做得长些，循环管不受热，从而加速液体循环。液体循环。加热室单独放置加热室单独放置优点：优点：（外循环式）（外循环式）7.4 蒸发设备蒸发设备4. 列文式蒸发器列文式蒸发器（外循环式）（外循环式）避免加热管内结晶或污垢的形成。避免加热管内结晶或污垢的形成。溶液循环速度可达溶液循环速度可达2.5至至3 m/s以上，总传热系数较大。以上，总传热系数较大。 化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 934缺点：缺点：v液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽有较高的压力。加

25、热蒸汽有较高的压力。 v设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。7.4 蒸发设备蒸发设备循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制,一般在一般在2.5m/s以上。以上。 4. 强制循环蒸发器强制循环蒸发器能耗大。能耗大。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 935（二）单程型蒸发器（二）单程型蒸发器溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动。动。溶液通过加热室时

26、，在管壁上呈膜状流动。 适用于适用于热敏性物料。热敏性物料。7.4 蒸发设备蒸发设备1. 升膜式蒸发器升膜式蒸发器适用场合：适用场合： 适用于粘度较小、蒸发量较大、易受热分解的适用于粘度较小、蒸发量较大、易受热分解的热敏性热敏性物料；物料；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 936 降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高、粘度较大、降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高、粘度较大、 蒸发量较小、蒸发量较小、热敏性的物料。热敏性的物料。 液膜在管内分布不易均匀，传热系数比升膜式液膜在管内分布不易均匀，传热系数比升膜式

27、蒸发器的小，仍不适用易结晶或易结垢的物料。蒸发器的小，仍不适用易结晶或易结垢的物料。 2. 降膜式蒸发器降膜式蒸发器7.4 蒸发设备蒸发设备适用于：蒸发过程中溶液黏度变化很大、蒸发量适用于：蒸发过程中溶液黏度变化很大、蒸发量不大场合。不大场合。 3. 升升-降膜式蒸发器降膜式蒸发器化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 937预热室预热室升膜加升膜加热室热室降膜加降膜加热室热室7.4 蒸发设备蒸发设备4. 优点：热阻影响小，传热优点：热阻影响小，传热系数大，停留时间短，系数大，停留时间短，适应于高粘度和易结晶、适应于高粘度和易结晶、结垢、含固体、热敏性的物结垢、含固体、热敏性的物料。料。缺点：结构复杂，动力消缺点：结构复杂，动力消耗大，处理量很小且制造安耗大，处理量很小且制造安装要求高。装要求高。 化工原理化工原理2 0 0 92 0 0 938本学期课程到此结束本学期课程到此结束祝同学们期末取得好祝同学们期末取得好成绩！成绩！