化工原理--蒸发.ppt

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1、第五章蒸第五章蒸 发发第一节概第一节概 述述 将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸将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称为汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发蒸发。定义：定义：蒸发操作的目的：蒸发操作的目的：获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程去除杂质。去除杂质。一、基本概念一、基本概念 利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性使两者实现分离。性使两者实现分离。二、蒸发流程二、蒸发流程稀溶液（料液）经过预热加稀

2、溶液（料液）经过预热加入蒸发器。蒸发器的下部是由许入蒸发器。蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室，在管外多加热管组成的加热室，在管外用加热蒸汽加热管内的溶液，并用加热蒸汽加热管内的溶液，并使之沸腾汽化，经溶缩后的完成使之沸腾汽化，经溶缩后的完成液从蒸发器底部排出。蒸发器的液从蒸发器底部排出。蒸发器的上部为蒸发室，汽化所产生的蒸上部为蒸发室，汽化所产生的蒸汽在蒸发室及其顶部的除沫器中汽在蒸发室及其顶部的除沫器中将其中夹带的液沫易于分离，然将其中夹带的液沫易于分离，然后送往冷凝器被冷凝而除去。后送往冷凝器被冷凝而除去。加热溶液使溶剂汽化加热溶液使溶剂汽化蒸发器蒸发器不断除去气化的蒸发溶剂不断除去

3、气化的蒸发溶剂冷凝器冷凝器通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。水蒸气水蒸气热源热源水蒸气水蒸气蒸发时蒸发时蒸汽蒸汽加热蒸汽加热蒸汽二次蒸汽二次蒸汽蒸蒸发发流程的两个必要的流程的两个必要的组组成部分：成部分：二次蒸汽二次蒸汽溶剂溶剂S溶质溶质A（不挥发）不挥发）溶剂溶剂S加热加热蒸发设备蒸发设备辅助设备辅助设备蒸发器蒸发器加热室加热室 分离室分离室 除沫器（汽液分离器）除沫器（汽液分离器）冷凝器冷凝器 真空装置真空装置 蒸发设备蒸发设备用来进行蒸发的设备主要是用来进行蒸发的设备主要是蒸发器蒸发器和和冷凝器冷凝器蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，蒸发器的作

4、用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，由加热室和分离室两部分组成。由加热室和分离室两部分组成。冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循循环型环型和和单程型单程型(不循环不循环)。一、一、蒸发器的型式与结构蒸发器的型式与结构特点：溶液在蒸发器中循环流动，特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶溶液在蒸发器内停留时间长，溶液浓度接近于完成液浓度。液浓度接近于完成液浓度。（一）循环型蒸发器（一）循环型蒸

5、发器由于引起循环运动的原因不同，分为由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型自然循环型和和强制循环型强制循环型两类。两类。自然循环型自然循环型：强制循环型强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动。由于溶液受热程度不同产生密度差引起。由于溶液受热程度不同产生密度差引起。.中央循环管式中央循环管式(标准式标准式)蒸发器蒸发器n加热蒸汽：加热蒸汽：加热室管束环隙内加热室管束环隙内n溶溶液液：加加热热室室管管束束及及中中央央循循环环管管内内，受受热热时时，由由于于中中央央循循环环管管单单位位体体积积溶溶液液受受热热面面小小，使使得得溶溶液液形形成成由由中中

6、央央循循环环管管下下降降，而而由由其其余余加加热热管上升的循环流动。管上升的循环流动。中央循环管中央循环管料液料液加热蒸汽加热蒸汽优点：优点：溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠缺点：缺点：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液2.悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器 n加加热热室室像像个个筐筐，悬悬挂挂在在蒸蒸发发器器壳壳体体的的下下部部，可可由由顶顶部部取取出出。加加热热蒸蒸汽汽由由壳壳体体上上部部进进入入加加热热室室，在在管

7、管间间放放热热加加热热管管内内溶溶液液使使其其上上升升，而而沿沿悬悬筐筐外外壁壁与与蒸蒸发发器器内内壁壁间间环环隙通道向下循环流动。隙通道向下循环流动。n优点：优点：溶溶液液循循环环速速度度高高，改改善善了了管管内内结结构情况构情况传热速率较高传热速率较高n缺点：缺点：设备费高设备费高占地面积大占地面积大加热管内溶液滞留量大加热管内溶液滞留量大n适于适于处理易结垢，有晶体析出的溶液处理易结垢，有晶体析出的溶液3.外热式蒸发器外热式蒸发器 优点：优点：降降低低了了整整个个蒸蒸发发器器的的高高度度，便便于于清清洗和更换；洗和更换；循循环环速速度度较较高高，使使得得对对流流传传热热系系数数提高；提高

8、；结垢程度小。结垢程度小。这种蒸发器将加热室与分离室分这种蒸发器将加热室与分离室分开，采用较长的加热管。开，采用较长的加热管。适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液 4.列文蒸发器列文蒸发器 n特特点点是是在在加加热热室室上上部部设设置置沸沸腾腾室室，加加热热室室中中的的溶溶液液因因受受到到附附加加液液柱柱的的作作用用，必必须须上上升升到到沸沸腾腾室室才才开开始始沸沸腾腾，这这样样避避免免了了溶溶液在加热管中结垢或析出晶体。液在加热管中结垢或析出晶体。n优点：优点：q流动阻力小流动阻力小q循环速度高循环速度高q传热效果好传热效果好q加热管内不易堵塞

9、加热管内不易堵塞n缺点：缺点：q设备费高设备费高q厂房高，耗用金属多厂房高，耗用金属多n适于适于处理有晶体析出或易结垢的溶液处理有晶体析出或易结垢的溶液 5.强制循环型蒸发器强制循环型蒸发器 n在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方向以较高的速度循环流动。向以较高的速度循环流动。n优点：优点：循环速度高循环速度高晶体不易粘结在加热管壁晶体不易粘结在加热管壁对流传热系数高对流传热系数高n缺点：缺点：动力消耗大动力消耗大对泵的密封要求高对泵的密封要求高加热面积小加热面积小n适于适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的处理粘度大，易结垢、有晶体析出的溶液。溶液。（二）单

10、程型（二）单程型(膜式膜式)蒸发器蒸发器溶溶液液在在蒸蒸发发器器中中的的停停留留时时间间很很短短，因因而而特特别别适适用用于于热热敏敏性性物物料料的蒸发；的蒸发；整整个个溶溶液液的的浓浓度度，不不象象循循环环型型那那样样总总是是接接近近于于完完成成液液的的浓浓度度，因而这种蒸发器的有效温差较大。因而这种蒸发器的有效温差较大。溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通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，故习惯上又称为液膜式蒸过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。发器。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。

11、用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。优点：优点：适适于于处处理理蒸蒸发发量量较较大大的的稀稀溶溶液液，热热敏性和易生泡沫的溶液；敏性和易生泡沫的溶液；不不适适于于浓浓度度高高、粘粘度度大大、有有晶晶体体析析出溶液的蒸发。出溶液的蒸发。1.升膜蒸发器升膜蒸发器原理：原理：溶液预热到接近沸点时由蒸发器底溶液预热到接近沸点时由蒸发器底部送入，进入加热管时立即受热沸腾汽化部送入，进入加热管时立即受热沸腾汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽带动下，沿，溶液在高速上升的二次蒸汽带动下，沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发。到达分离管壁边呈膜状向上流动边蒸发。到达分离室后，完成液与二次蒸汽分离后由分离室室后

12、，完成液与二次蒸汽分离后由分离室底部排出。底部排出。2.2.降膜蒸发器降膜蒸发器溶溶液液预预热热后后由由加加热热室室顶顶部部加加入入，经经管管端端的的液液体体分分布布器器均均匀匀分分配配在在各各加加热热管管内内，在在重重力力作作用用下下沿沿管管内内壁壁呈呈膜膜状状向向下下流流动动，并并进进行行蒸蒸发发。汽汽液液混混合合物物从从管管下下端端流流出出，在在分分离离器器内内进进行行汽汽液液分分离离后后完完成成液液由由分分离离室室底部排出。底部排出。z适于适于处理：浓度高处理：浓度高、粘度较大粘度较大（0.050.45 Pas）的溶液。的溶液。z不适于不适于处理：易结晶、结垢的溶液。处理：易结晶、结垢

13、的溶液。这这类类蒸蒸发发器器操操作作的的关关键键是是设设置置良良好好的的液液体体分分布布器器，以以保保证证溶溶液液均均匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。3.升降膜式蒸发器升降膜式蒸发器n蒸蒸发发器器由由升升膜膜管管束束和和降降膜膜管管束束组组合合而而成成，蒸蒸发发器器的的底底部部封封头头内内有有一一隔隔板板，将将加加热热管管束束分分成成两两部部分分。溶溶液液由由升升膜膜管管束束底底部部进进入入，流流向向顶顶部部，然然后后从从降降膜膜管管束束流流下下，进进入分离室，得到完成液。入分离室，得到完成液。n适适于于处处理理浓浓缩缩过过程程中中粘粘度度变变化化大

14、大的溶液、厂房有限制的场合的溶液、厂房有限制的场合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4.刮板薄膜式蒸发器刮板薄膜式蒸发器 n溶溶液液由由蒸蒸发发器器上上部部沿沿切切线线方方向向加加入入，在在重重力力和和旋旋转转刮刮板板带带动动下下，在在加加热热管管内内壁壁上上形形成成旋旋转转下下降降的的液液膜膜，在在下下降降过过程程中中通通过过接接收收加加热热管管外外加加热热蒸蒸汽汽夹夹套套中中蒸蒸汽汽冷冷凝凝热热量量而而被被不不断断蒸蒸发发，底底部部得得到到完完成成液液，二二次次蒸蒸汽汽上上升升至至顶顶部部经经分分离离器器后后进进入入冷冷凝器。凝器。z缺缺点点：结结构构复复杂杂，动动力力消

15、消耗耗大大，传传热热面面积积小小，处理能力低。处理能力低。z适于适于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液z它它是是在在加加热热管管内内部部安安装装一一可可旋旋转转的的搅搅拌拌刮刮板板，刮刮板板端端部部与与加加热热管管内内壁壁间间隙隙固固定定在在0.750.751.5mm1.5mm之之间间，依依靠靠刮刮板板的的作作用用使使溶溶液液成成膜膜状状分分布在加热管内壁面上。布在加热管内壁面上。（三）（三）蒸发器的选型蒸发器的选型选型时，一般考虑以下原则：选型时，一般考虑以下原则：z溶液的粘度溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度变化的情况，是选型时很重：蒸发过程中，溶液粘度变化的情

16、况，是选型时很重要的因素。要的因素。z高粘度的溶液应选用对其适应性好的蒸发器，如强制循环型、降高粘度的溶液应选用对其适应性好的蒸发器，如强制循环型、降膜式、刮板搅拌薄膜式等；膜式、刮板搅拌薄膜式等；z溶液的热稳定性溶液的热稳定性：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器z有晶体析出的溶液有晶体析出的溶液：选用溶液流动速度大的蒸发器，以使晶体在：选用溶液流动速度大的蒸发器，以使晶体在加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、强制循环蒸发器强制循环

17、蒸发器n有有腐腐蚀蚀性性的的溶溶液液：蒸蒸发发此此种种物物料料，加加热热管管采采用用特特殊殊材材质质制制成成，或或内内壁壁衬衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用浸没燃烧蒸发器。以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用浸没燃烧蒸发器。z易易发发泡泡的的溶溶液液：泡泡沫沫的的产产生生，不不仅仅损损失失物物料料，而而且且污污染染蒸蒸发发器器，应应选选用用溶溶液液湍湍动动程程度度剧剧烈烈的的蒸蒸发发器器，以以抑抑制制或或破破碎碎泡泡沫沫，如如外外热热式式、强强制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。易易结结垢垢的的溶溶液液：蒸蒸发发器器使使

18、用用一一段段时时间间后后，就就会会有有污污垢垢产产生生，垢垢层层的的导导热热系系数数小小，从从而而使使传传热热速速率率下下降降。应应选选用用便便于于清清洗洗和和溶溶液液循循环环速速度度大的增大器，如悬筐式、强制循环式、浸没燃烧式等。大的增大器，如悬筐式、强制循环式、浸没燃烧式等。z溶溶液液的的处处理理量量：溶溶液液的的处处理理量量也也是是选选型型时时应应考考虑虑的的因因素素。处处理理量量小小的的，选选用用尺尺寸寸较较大大的的单单效效蒸蒸发发，处处理理量量大大的的，选选用用尺尺寸寸适适宜宜的的多多效效蒸蒸发。发。常见蒸发器的性能见教材常见蒸发器的性能见教材223页表页表5-1。4.蒸发器的改进与

19、研究蒸发器的改进与研究（1 1）研制开发新型高效蒸发器研制开发新型高效蒸发器这这方方面面工工作作主主要要从从改改进进加加热热管管表表面面形形状状等等思思路路出出发发来来提提高高传传热热效效果果，例例如如板板式式蒸蒸发发器器等等，它它的的优优点点是是传传热热效效率率高高、液液体体停停留留时时间间短短、体体积积小小、易易于于拆拆卸卸和和清清洗洗，同同时时加加热热面面积积还还可可根根据据需需要要而而增增减减。又又如如表表面面多多孔孔加加热热管管，双双面面纵纵槽槽加加热热管管，它它们们可可使使沸沸腾腾溶溶液液侧侧的的传传热热系系数数显著提高。显著提高。（）（）改善蒸发器内液体的流动状况改善蒸发器内液体

20、的流动状况这这方方面面的的工工作作主主要要有有：其其一一是是设设法法提提高高蒸蒸发发器器循循环环速速度度，其其二二是是在在蒸蒸发发器器管管内内装装入入多多种种形形式式的的湍湍流流元元件件。前前者者的的重重要要性性在在于于它它不不仅仅能能提提高高沸沸腾腾传传热热系系数数，同同时时还还能能降降低低单单程程气气化化率率，从从而而减减轻轻加加热热壁壁面面的的结结构构现现象象。后后者者的的出出发发点点，则则是是使使液液体体增增加加湍湍动动，以以提提高高传传热热系系数数。还还有有资资料料报报道道向向蒸蒸发发器器管管内内通通入入适适量量不不凝凝性性气气体体，增增加加湍湍动动，以以提提高高传热系数。传热系数。

21、（3 3）改进溶液的性质改进溶液的性质 近近年年来来，通通过过改改进进溶溶液液性性质质来来改改善善蒸蒸发发效效果果的的研研究究报报导导也也不不少少。例例如如，加加入入适适量量表表面面活活性性剂剂，消消除除或或减减少少泡泡沫沫，以以提提高高传传热热系系数数；也也有有报报导导，加加入入适适量量阻阻垢垢剂剂可可以以减减少少结结垢垢，以以提提高高传传热热效效率率和和生生产产能能力力；在在醋醋酸酸蒸蒸发发器器溶溶液液表表面面，喷喷入入少少量量水水，可可提提高高生生产产能能力力和和减减少少加加热热管管的腐蚀，以及用磁场处理水溶液提高蒸发效率等。的腐蚀，以及用磁场处理水溶液提高蒸发效率等。（4 4）优化设计

22、和操作优化设计和操作许许多多研研究究者者从从节节省省投投资资、降降低低能能耗耗等等方方面面着着眼眼，对对蒸蒸发发装装置置优优化化设设计计进进行行了了深深入入研研究究，他他们们分分别别考考虑虑了了蒸蒸汽汽压压力力，冷冷凝凝器器真真空空度度，各各效效有有效效传传热热温温差差，冷冷凝凝水水闪闪蒸蒸，热热损损失失以以浓浓缩缩热热等等综综合合因因素素的的影影响响，建建立立了了多多效效蒸蒸发发系系统统优优化化设设计计的的数数学学模模型型。应应该该指指出出，在在装装置置中中采采用用先先进进的的计计算算机机测测控控技技术术，这这是是使使装装置置在在优优化化条条件件下下进进行行操操作作的的重重要要措措施。施。二

23、、蒸发器的辅助设备二、蒸发器的辅助设备（一）除沫器（汽液分离器）（一）除沫器（汽液分离器）蒸蒸发发操操作作时时产产生生的的二二次次蒸蒸汽汽，在在分分离离室室与与液液体体分分离离后后，仍仍夹夹带带大大量量液液滴滴，尤尤其其是是处处理理易易产产生生泡泡沫沫的的液液体体，夹夹带带更更为为严严重重。为为了了防防止止产产品品损损失失或或冷冷却却水水被被污污染染，常常在在蒸蒸发发器器内内（或或外外）设设除除尘尘器。器。图图中中（a a）（d d）直直接接安安装装在在蒸蒸发发器器顶顶部部，（e e）（g g）安安装装在在蒸蒸发发器外部。器外部。（二）冷凝器（二）冷凝器 冷冷凝凝器器的的作作用用是是冷冷凝凝二

24、二次次蒸蒸汽汽。冷冷凝凝器器有有间间壁壁式式和和直直接接接接触触式式两两种种，倘倘若若二二次次蒸蒸汽汽为为需需回回收收的的有有价价值值物物料料或或会会严严重重污污染染水水源源，则则应应采采用用间间壁壁式式冷冷凝凝器器，否否则则通通常常采采用用直直接接接接触触式式冷冷凝凝器器。后后一一种种冷冷凝凝器器一一般般均均在在负负压压下下操操作作，这这时时为为将将混混合合冷冷凝凝后后的的水水排排出出，冷冷凝凝器器必必须须设设置置得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。（三）（三）真空装置真空装置 当当蒸蒸发发器器在在负负压压下下操操作作时时，无无论论采采用用哪哪一一种种

25、冷冷凝凝器器，均均需需在在冷冷凝凝器器后后安安装装真真空空装装置置。需需要要指指出出的的是是，蒸蒸发发器器中中的的负负压压主主要要是是由由于于二二次次蒸蒸汽汽冷冷凝凝所所致致，而而真真空空装装置置仅仅是是抽抽吸吸蒸蒸发发系系统统泄泄漏漏的的空空气气、物物料料及及冷冷却却水水中中溶溶解解的的不不凝凝性性气气体体和和冷冷却却水水饱饱和和温温度度下下的的水水蒸蒸汽汽等等，冷冷凝凝器器后后必必须须安安真真空空装装置置才才能能维维持持蒸蒸发发操操作作的的真真空空度度。常常用用的的真真空空装装置置有有喷喷射射泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。第第三节三节单

26、效蒸发的工艺计算单效蒸发的工艺计算z已已 知知 过过 程程 选选 定定：加加 热热 蒸蒸 汽汽 压压 强强 p(或或 温温 度度 T)，冷冷 凝凝 器器 操操 作作 压压 强强 p(或或 温度温度T)；z计算内容：计算内容：单位时间内水分蒸发量单位时间内水分蒸发量W(kg/h)和完成液的量；和完成液的量；加热蒸汽用量加热蒸汽用量D(kg/h)；蒸发器的传热面积蒸发器的传热面积S(m2)。求解上述问题应用物料衡算方程、热量衡算方程和传热速率方程。求解上述问题应用物料衡算方程、热量衡算方程和传热速率方程。z已已 知知 条条 件件：原原 料料 液液 流流 量量 F(kg/h)，原原 料料 液液 浓浓

27、 度度 o(质质 量量 分分 率率)和和 温温 度度 to()，完成液的浓度完成液的浓度1(质量分率质量分率)(生产要求生产要求)；一、蒸发水量一、蒸发水量（蒸发器的物料衡算（蒸发器的物料衡算 ）对溶质做物料衡算：对溶质做物料衡算：如如图图以以蒸蒸发发器器为为衡衡算算范范围围，取取1h为衡算基准，作物料衡算：为衡算基准，作物料衡算：F,w0,t0,h0D,T,hcF-W,w1,t1,h1式中：溶液的进料量；水份蒸发量（二次蒸汽的量）；原料液中溶质的浓度，质量分率；完成液中溶质的浓度，质量分率。蒸发室加热室W,T,HF,w0,t0,h0D,T,HD,T,hcF-WQLG,w1,t1,h1二、二、

28、加热蒸汽的消耗量加热蒸汽的消耗量（蒸发器的热量衡算）蒸发器的热量衡算）以蒸发器为衡算范围，衡算基准为以蒸发器为衡算范围，衡算基准为1h，对进出蒸发器的热量进行衡算：对进出蒸发器的热量进行衡算：加加热热蒸汽消耗量，蒸汽消耗量，kg/h；蒸发器的热负荷或传热速率，蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h；完成液的焓，完成液的焓，kJ/kg；原料液的焓，原料液的焓，kJ/kg；二次蒸汽的焓，二次蒸汽的焓，kJ/kg；热损失，热损失，kJ/kg 加热蒸汽的焓，加热蒸汽的焓，kJ/kg；三、三、蒸发器的传热面积蒸发器的传热面积 Q=KStm据此计算蒸发器传热面积据此计算蒸发器传热面积S。其中其中tm、K、Q计

29、算如下计算如下:（一）（一）平均温度差平均温度差tm蒸蒸发发属属两两相相均均有有相相变变的的恒恒温温传传热热过过程程，故故传传热热的的平平均均温温度度差差为为 tm=T-t1当当加加热热蒸蒸汽汽选选定定时时，蒸蒸发发计计算算需需知知道道溶溶液液的的沸沸点点t1，即即可可计计算算传传热温度差，在一定压强下，溶液的沸点热温度差，在一定压强下，溶液的沸点t1较纯水的沸点较纯水的沸点T高。高。在在实实际际生生产产中中，已已知知的的是是加加热热蒸蒸汽汽的的温温度度T(或或压压强强p)和和冷冷凝凝器器(或或分分离离室室)二二次次蒸蒸汽汽的的温温度度T(或或压压强强p)。(T-T)=tT，称称为为理理论论传

30、传热温差。热温差。第第四节节能与四节节能与多效蒸发多效蒸发一、蒸发器的生产能力与蒸汽的经济性一、蒸发器的生产能力与蒸汽的经济性（一）蒸发器的生产能力和生产强度（一）蒸发器的生产能力和生产强度 1、蒸发器的生产能力蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水分量表示，即蒸发量用单位时间内蒸发的水分量表示，即蒸发量W(kg/h)：2、蒸发器的生产强度、蒸发器的生产强度U简简称蒸称蒸发发强强度，是指度，是指单单位位时间单时间单位位传热传热面面积积上所蒸上所蒸发发的水量，的水量，kg/(m2h)沸点进料，且不计热损失沸点进料，且不计热损失 U的影响因素的影响因素主要为主要为总传热系数总传热系数和和传热温度差传

31、热温度差。U是评价蒸发器在一定操作条件下性能优劣的重要指标是评价蒸发器在一定操作条件下性能优劣的重要指标。操作条件下操作条件下r为常量为常量常数常数因此，提高蒸发器的生产强度的途径有二：因此，提高蒸发器的生产强度的途径有二：3.3.提高蒸发器的生产强度的途径提高蒸发器的生产强度的途径(1)提高传热温度差提高传热温度差tm方法：方法：（2）增大总传热系数）增大总传热系数K增大管内对流传热系数增大管内对流传热系数i i减少管内侧污垢热阻减少管内侧污垢热阻提高热源的温度提高热源的温度：如采用高温热源：如采用高温热源降低溶液的沸点降低溶液的沸点：如采用真空蒸发：如采用真空蒸发（二）加热蒸汽的经济性（二

32、）加热蒸汽的经济性加热蒸汽的经济性加热蒸汽的经济性是指是指1kg1kg加热蒸汽可蒸发的水量。加热蒸汽可蒸发的水量。若原料液在沸点下进入蒸发器，忽略热损失，则有：若原料液在沸点下进入蒸发器，忽略热损失，则有：称为单位蒸汽消耗量称为单位蒸汽消耗量，表示每蒸发，表示每蒸发1kg1kg水所需消耗的加热蒸水所需消耗的加热蒸汽量，可用来说明加热蒸汽的利用率。汽量，可用来说明加热蒸汽的利用率。为节约能源，降低能耗，需提高加热蒸汽的经济性。其中最为节约能源，降低能耗，需提高加热蒸汽的经济性。其中最主要的途径是主要的途径是采用多效蒸发采用多效蒸发。1.并流流程并流流程又称为顺流加料加料流程，是工又称为顺流加料加

33、料流程，是工业上最常见的加料模式。业上最常见的加料模式。（一）多效蒸发流程（一）多效蒸发流程蒸汽流动方向：蒸汽流动方向：123溶液流动方向：溶液流动方向：123 料液可自动流入下一效，无需泵料液可自动流入下一效，无需泵输送；输送；溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；汽；传热推动力依次减小传热推动力依次减小；K依次减小；依次减小；并流多效蒸发并流多效蒸发优、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；2.逆流流程：逆流流程：逆流多效蒸发逆流多效蒸发P 123 各效独立进料，传各效独立进料，传热状况均较好；热状况均较好；

34、物料停留时间较短物料停留时间较短3.平流流程：平流流程：平流流程优、缺点：平流流程优、缺点：适于：适于：粘度随温度和浓度变化粘度随温度和浓度变化较大的溶液蒸发较大的溶液蒸发 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；4.错流流程：错流流程：P二次蒸汽二次蒸汽 123本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。适于：适于：料液粘度随浓度显著增料液粘度随浓度显著增加的场合。加的场合。溶液流向：溶液流向：3 31 12 2 或或2 23 31 1蒸汽流向：蒸汽流向：123123（二）多效蒸发的经济性及效数限制（二）多效蒸

35、发的经济性及效数限制1.加热蒸汽的经济性加热蒸汽的经济性效数效数单效单效双效双效三效三效四效四效五效五效（D/W）min 的的理论值理论值1 10.50.50.330.330.250.250.20.2（D/W）min的实的实测值测值1.11.10.570.570.40.40.30.30.270.27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；说明蒸发同样数量的水分，采用多效蒸发时为小，可节省生说明蒸发同样数量的水分，采用多效蒸发时为小，可节省生蒸汽用量，提高生蒸汽的利用率蒸汽用量，提高生蒸汽的利用率。是不是效数越多是

36、不是效数越多越好越好?2.多效蒸发效数的限制多效蒸发效数的限制设备的费用设备的费用是随着效数的增加而增加的；是随着效数的增加而增加的；随着效数的增多，（随着效数的增多，（D/W）min下降的幅下降的幅度不断减小度不断减小；技术上的限制技术上的限制注：注：必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数。必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数。效数不能随意增加，一般常见效数不能随意增加，一般常见23效。效。三、提高加热蒸汽经济性的其他措施三、提高加热蒸汽经济性的其他措施n 蒸发的过程是一耗能较大的单元操作，而蒸发过程的主要热源为加热蒸发的过程是一耗能较大的单元操作，而蒸发过程的主要热源为加热蒸

37、汽，因此，如何提高加热蒸汽的经济效率，是蒸发操作节能的重要途蒸汽，因此，如何提高加热蒸汽的经济效率，是蒸发操作节能的重要途径。径。1.1.二次蒸汽的部分利用二次蒸汽的部分利用（额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出）将蒸发器蒸出的二次蒸汽引出将蒸发器蒸出的二次蒸汽引出作其他加热设备的热源，则此二次作其他加热设备的热源，则此二次蒸汽称为额外蒸汽蒸汽称为额外蒸汽2.冷凝水显热的利用冷凝水显热的利用 在多效蒸发操作中，因后一效的加热蒸汽是前一效的二次蒸汽，所在多效蒸发操作中，因后一效的加热蒸汽是前一效的二次蒸汽，所以加热蒸汽的压力是逐效降低的，这样就可以利用前一效中冷凝水压力以加热蒸汽的压力是逐效降低的，这样

38、就可以利用前一效中冷凝水压力高于后一效加热蒸汽压力的特点（其对应的温度亦高）将冷凝水减压至高于后一效加热蒸汽压力的特点（其对应的温度亦高）将冷凝水减压至后一效加热蒸汽的压力，冷凝水必因自蒸发而产生一部分蒸汽，这部分后一效加热蒸汽的压力，冷凝水必因自蒸发而产生一部分蒸汽，这部分蒸汽和前一效的二次蒸汽一起作为后一效的加热蒸汽，从而提了生蒸汽蒸汽和前一效的二次蒸汽一起作为后一效的加热蒸汽，从而提了生蒸汽的经济程度。的经济程度。3.二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）热泵蒸发器是对二次蒸汽作功，提高其压力，从而提高其饱和温度，当温度热泵蒸发器是对二次蒸汽作功，提高其压力，从而提高其饱和温度，当温度提高到满足蒸发器内传热需要的温度除时，再送回远蒸发器中作为加热蒸汽。这提高到满足蒸发器内传热需要的温度除时，再送回远蒸发器中作为加热蒸汽。这样除了开工时需要生蒸汽外，正常操作后，对二次蒸汽作功，可以达到循环使用样除了开工时需要生蒸汽外，正常操作后，对二次蒸汽作功，可以达到循环使用二次蒸汽的目的。二次蒸汽的目的。热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利，对沸点升高较大的不适用热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利，对沸点升高较大的不适用