第五 蒸发学习.pptx

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1、四、蒸发方式分类：按冷凝器压力分按冷凝器压力分按二次蒸汽是否用作生蒸汽按二次蒸汽是否用作生蒸汽单效蒸发：如上图单效蒸发：如上图多效蒸发：多效蒸发：真空真空常压常压加压加压按操作方式：按操作方式：间歇间歇连续连续第1页/共32页真空蒸发特点：热敏物；沸点降低 利用低品位汽或废汽作热源；优点 t增大。t降低，热损失减少。黏度增加，总传热系数降低（理论上)；缺点 真空设备投资大，操作费增加。第2页/共32页五、蒸发过程的特点：v能耗大-要将含有不挥发物质的溶液加热到沸点；v沸点升高-要比纯溶剂沸点高；v传热温差逐渐减小-从料液进口到出口浓度增加，沸点升高；v传热条件有逐渐恶化的趋势-溶液易结晶、易结

2、垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化。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（生蒸汽）（生蒸汽）不凝性气不凝性气体体冷凝器冷凝器传热、传质共存，传热是为了传质。不同于一般相变传热之处不同于一般相变传热之处：第3页/共32页5.2 单效蒸发已知：F、x0、t0、x;计算内容：完成液量L、二次蒸汽量W、加热蒸汽量D、加热面积A.一、物料衡算DDA第4页/共32页二、能量衡算 式中，式中，F已知，已知，W可由物料可由物料衡算得到，而衡算得到，而H、Hs、h s均为均为温度的函数，易查取。但溶液温度的函数，易查取。但溶液的焓的焓h、h0不易直接得到。不易直接得到。v已知：F、x0、t0、x;

3、v计算内容：完成液量L、二次蒸汽量W、加热蒸汽量D、加热面积A.第5页/共32页b.无明显浓缩热的体系a.有明显浓缩热的体系稀释热注意：注意：h h需查焓浓图需查焓浓图 ，如，如P307-308P307-308图图5-145-14。第6页/共32页假定：Hs-hs=R（加热蒸汽汽化热）h h0（沸点进料）H-h r（二次蒸汽汽化热）Ql 0-汽化1kg水所消耗的生蒸汽量D/W 1实际上：D/W=1.11kg1kg的生蒸汽换的生蒸汽换1kg1kg二次蒸汽，可见能耗之大！二次蒸汽，可见能耗之大！引申引申第7页/共32页三、加热面积的计算K值约为6006000W/m2K Pt 取决于：操作压力P、溶

4、液浓度、蒸发室内液层深度，因此，t T。P =t-T-传热温差损失v已知：F、x0、t0、x;v计算内容：完成液量L、二次蒸汽量W、加热蒸汽量D、加热面积A.第8页/共32页四、溶液的沸点和温度差损失 1.1.溶液的沸点 溶液中溶质不挥发，在相同的条件下溶液的蒸汽压比纯溶剂的蒸汽压要低，因而相同压力下溶液的沸点总是比相同压力下水的沸点，即二次蒸汽的温度高。两者之差称为因溶液蒸汽压下降引起的沸点升高。例如，常压下20%（质量分数）NaOH水溶液的沸点为108.5，而饱和水蒸汽的温度为100，溶液沸点升高8.5。第9页/共32页 沸点升高对蒸发操作的传热推动力温度差不利，例如用120的饱和水蒸汽分

5、别加热20%（质量分数）NaOH水溶液和纯水，并使之沸腾，有效温度差分别为20%（质量分数）NaOH水溶液：=120-108.5=11.5 纯水：=120-100=20 由于溶液的沸点升高，致使蒸发溶液的传热温度差较蒸发纯水的传热温度差下降了8.5，下降的度数称为温度差损失，用 表示。由于 第10页/共32页 即温度差损失在数值上与相同条件下的沸点升高值相同。因此，在蒸发的计算中，首先设法确定的值，进而求得溶液的沸点（t1=T+）和实际的传热温度差（t=tT-）。实际上还有其它因素使温度差损失，下面分别加以分析。2.温度差损失 蒸发操作时，温度差损失的原因可能有：因溶液沸点升高引起的温度差损失

6、；因加热管内液柱静压力而引起的温度差损失；由于管路流动阻力而引起的温度差损失 。总温度差损失为：第11页/共32页 P P P （1）由二次蒸汽的阻力损失引起的，记作。此项影响很小，通常忽略不计或取=1（2）由蒸发器内液层深度引起的，记作。与设备结构有关，有些设备液柱可高达36m，有些设备中此项损失可不计。压力P 水的沸点t1 twt1压力P 水的沸点tw 计算如下：第12页/共32页（3）溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比），记作-杜林规则 。压力P 水的沸点tw由杜林线或杜林规则查得某一浓度下的溶液沸点t。tt w 计算如下：水水2040水的沸点水的沸点溶溶液液的的沸沸点点 P P P 某

7、液体（或溶液）在两种压力下的沸点之差与某标准液体（如水）在该压力下的沸点之差的比值近似为常数。如图5-12。第13页/共32页单效蒸发举例单效蒸发举例【例1】将7%（质量分率，下同）的某种水溶液在常压单效蒸发器中浓缩到24%。原料液的温度为20。估计出溶液沸点升高引起的温度差损失为3.5，因静压强引起的温度差损失为3，因二次蒸汽流动阻力引起的温度差损失为1。加热蒸汽温度为132.9，蒸发器的传热面积为43m2。试求原料液量。第14页/共32页已知蒸发器的总传热系数为已知蒸发器的总传热系数为1100 W/(m2K)，热损失为，热损失为蒸发器传热量的蒸发器传热量的5%，132.9下水蒸汽焓下水蒸汽

8、焓2728.12kJ/kg，100下水蒸汽焓为下水蒸汽焓为2677.2kJ/kg。溶液的比热。溶液的比热Cp4.187(1-x)kJ/(kgK)。x0=0.07，x=0.24，t0=20，=3.5，=3，=1，T=100，Ts=132.9，A=43m2，K=1100W/m2K，Ql=5%Q，Hs=2728.12kJ/kg，H=2677.2kJ/kg，cp=4.187(1-x)kJ/kgK第15页/共32页【解】物物能能-（1）-（2）第16页/共32页联立、解方程（联立、解方程（1）、（）、（2）得：）得：第17页/共32页五、生产能力和生产强度：1.生产能力：指单位时间内蒸发水分量，即蒸发量

9、W，kg/h；因为取决于Q，所以也可以用Q表示。Q=KStm tm=T-t1（操作温度下溶液沸点）Q=Dr（加热蒸汽汽化潜热，kJ/kg）2.生产强度：是评价蒸发器优劣的重要指标，UU=W/S kg/（m2h）如果W给定，U增大，S减小，设备投资小。第18页/共32页5.3 多效蒸发一、多效蒸发及其流程 多效蒸发是将多个蒸发器连接起来的系统：P二次蒸汽二次蒸汽生生蒸蒸汽汽 123后一效的操作压力和溶液沸点均较前一效低；在第一效加入新鲜的加热蒸汽，所产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽。因此多效蒸发明显地减少了加热蒸汽的消耗量；最末效往往是在真空下操作的；只有末效的二次蒸汽才用冷却介质冷凝。因此多

10、效蒸发明显地减少了冷却水的消耗量。第19页/共32页料液料液并流流程：并流流程：优、缺点：料液可自动流入下一效，无需泵输送；溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；传热推动力依次减小；K依次减小。P二次蒸汽二次蒸汽生生蒸蒸汽汽 123完成液完成液并流流程适宜处理在高浓度下为热敏性的溶液。适用场合：第20页/共32页逆流流程：逆流流程：料液需用泵送入下一效；传热推动力较为均匀。易于处理黏度随温度和浓度变化较大的溶液，而不宜处理热敏性溶液。适用场合：优、缺点：P 123第21页/共32页错流流程：错流流程：适用场合：优、缺点：P 123 兼有并、逆流的优点而避其缺点；操作复杂，要有完善的自控仪表才能实现其

11、稳定操作。我国目前主要用于造纸工业的碱回收系统。第22页/共32页平流流程：平流流程：适用场合：优、缺点：各效独立进料，传热状况均较好；物料停留时间较短。适用于饱和溶液的蒸发。P 123第23页/共32页二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较二、多效蒸发与单效蒸发的经济性比较生产能力：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U或 W/A表示。多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W、单位冷却水消耗量均比单效蒸发小，故操作费比单效蒸发的小；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的大。第24页/共32页三、多效蒸发效数

12、的限制原因三、多效蒸发效数的限制原因u由于经济性的限制，效数由于经济性的限制，效数不可过多，一般在不可过多，一般在6效以下，效以下，常用的为常用的为23效。效。u此外，由于传热温差的限制，效此外，由于传热温差的限制，效数不可过多。数不可过多。第一效的加热蒸汽压力和末效第一效的加热蒸汽压力和末效的真空度都有一定限制，的真空度都有一定限制，所以，流所以，流程的总传热温差是一定的。效数越程的总传热温差是一定的。效数越多，在各效中分配的有效传热温差多，在各效中分配的有效传热温差就越小。若有效传热温差过小，就就越小。若有效传热温差过小，就不能维持正常操作。不能维持正常操作。第25页/共32页四、提高生蒸

13、汽热能利用程度的措施v采用多效v额外蒸汽的引出v采用热泵蒸发流程v冷凝水的自蒸发第26页/共32页v采用多效 D/W 实际值实际值单效单效1.1二效二效0.57三效三效0.4四效四效0.3五效五效0.27第27页/共32页v采用热泵蒸发流程 二次蒸汽的汽化潜热比生蒸汽的大，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35效的蒸发流程。热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利。第28页/共32页v冷凝水的自蒸发 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。第29页/共32页v蒸发特点v单效蒸发计算（物料衡算、能量衡算）v产生传热温度差损失的原因v多效蒸发流程及其特点v提高生蒸汽热能利用程度的措施v限制效数的原因小结第30页/共32页作业：习题3Thank you！第31页/共32页感谢您的观看！第32页/共32页