项目三：氯碱工业中碱液的蒸发浓缩课件.ppt

1、化工传热过程与控制化工传热过程与控制项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩u知识目标项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩掌握蒸发操作的基本原理、单效蒸发流程与工艺计算、蒸发器的生产能力与生产强度及其影响因素；掌握蒸发器的安全操作要领、常见事故及其处理方法；理解溶液沸点升高及其确定方法，多效蒸发的流程及效数限制；了解蒸发操作的特点及其工业应用，各种典型蒸发器的结构特点、性能及应用范围；了解蒸发过程的经济性及节能措施；了解蒸发器的自动控制方案。能根据生产任务对典型蒸发器（如中央循环管式蒸发器等）实施基本操作，并能根据生产任务和设备特点制定蒸发操作的安全操作规程。能运用蒸发基本理论与工程技术观点分析和解决蒸发

2、操作中诸如蒸发效率下降、振动、蒸发室真空度不达标等常见故障。能根据工艺过程需要正确查阅和使用一些常用的工程计算图表、手册、资料等，并进行必要的工艺计算，如蒸发水量计算、加热蒸汽用量计算、传热面积计算等。u能力目标项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩培养学生的团结协作精神，知识应用和创新意识，节能与环保的职业素质，安全生产和严格遵守操作规程的职业操守。u素质目标子项目一：氢氧化钠水溶液的浓缩工艺项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩在化工、轻工、食品、医药等工业中，通过化学反应或物理性操作过程经常得到一些含溶质的稀溶液，为了得到符合标准的产品。常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

3、度提高的单元操作称为蒸发。溶剂S溶质A（不挥发）溶剂S加热挥发性溶剂，不挥发溶质溶剂部分汽化；溶液浓缩一、蒸发操作概念及其工业应用子项目一：氢氧化钠水溶液的浓缩工艺加热、沸腾任务：蒸发操作的基本概念及认识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。z蒸发分离的依据获得浓缩的溶液，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去除杂质。z蒸发操作的目的一、蒸发操作概念及其工业应用任务：蒸发操作的基本概念及认识z蒸发在工业生产中主要应用（4）同时制取浓缩液和回收溶剂：如制药中浸取液的蒸发。被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其它溶液，而工业上处理的溶液大多为水溶液，所以本章仅讨论水溶液

4、的蒸发。(1)制取液体产品：例如电解食盐水得到的NaOH稀溶液中，含有约18%的NaCl，通过蒸发方法在除去大部分水的同时，将NaCl结晶而分离除去，得到规定的液碱产品；(2)生产固体产品：将稀溶液浓缩达到饱和状态，然后冷却使溶质结晶与溶液分离，从而获得固粒产品。例如，食盐精制、制糖、制药等；(3)制取纯溶剂：采用蒸发方法使溶剂汽化并冷凝，使不挥发性杂质分离而得到纯溶剂，例如海水淡化制取淡水等。一、蒸发操作概念及其工业应用任务：蒸发操作的基本概念及认识二、蒸发操作的特点蒸发属于传热加传递过程，但又区别与传热，具体表现以下几个方面。传热性质：两侧流体均有相变化的恒温传热过程物料的工艺特性：蒸发的

5、溶液本身常具有某些特性。如物料在浓缩时可能结垢或析出结晶；有些热敏性物料在高温下分解变质；有的则具有较大有粘度或较强的腐蚀性等。这是蒸发操作的又一特点。如何根椐物料的这些特性和工艺要求，选择适宜的蒸发方法和设备是必须孝虑的问题。传热温度差降低：含有不挥发溶质的溶液，高温下溶剂的蒸汽压低，即溶液沸点较纯溶剂沸点高，故传热温度差降低。泡沫夹带：二次蒸汽中夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物料，而且要污染冷凝设备。能源利用：产生大量二次蒸汽，如何利用它的潜热时蒸发操作中要考虑的关键问题。任务：蒸发操作的基本概念及认识沸腾蒸发：溶剂的汽化在沸点温度下进行的沸腾。自然蒸发：溶剂的汽化在低于沸

6、点下进行的蒸发。三、 蒸发操作的分类1.按溶剂的汽化温度不同分任务：蒸发操作的基本概念及认识2.按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发减压蒸发：沸点低优点：(1)tm,(2)可利用废汽作为加热蒸汽(3)可防止热敏性物料变质或分解(4)沸点温度低，减少热损失缺点：(1)真空装置，需消耗动力和增加设备(2)沸点，K(3)二次蒸汽t,冷凝器温差常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽可直接排放在大气中，但会造成大气污染，适用于临时性或小批量的生产。加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加热蒸汽的压力较高。三、 蒸发操作的分类任务：蒸发操作的基本概念及认识多效

7、蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气,则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。3.按二次蒸气的利用情况分单效蒸发：将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸发器P1T 232T3T1三、 蒸发操作的分类4.按操作方式不同分 间歇蒸发:一次加料最终X1出料或连续加料维持液面，X1一次出料。溶液浓度和沸点随时间改变，为不稳定操作，适于小规模，多品种的场合。连续蒸发:稳定操作，适于大规模的生产过程。任务：蒸发操作的基本概念及认识四、单效蒸发流程二次蒸汽冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水完成

8、液 单效蒸发器不凝性气体6冷凝器5除沫器4蒸发器3中央循环管2加热管1加热室z用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器，基本流程如图。z蒸发器的作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。z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。任务：蒸发操作的基本概念及认识蒸发操作时，溶液由分离室底部加入，沿中央循环管流向加热室，在加热室垂直管束内通过时与饱和蒸汽间接换热，被加热至沸腾状态，汽液混合物沿加热管上升，达到分离室时蒸汽与溶液分离。为与加热蒸汽相区别，产生的蒸汽称为二次蒸汽，二次蒸汽进入冷凝器被除去。溶液仍在中央循环管与加热管中进行循环，当达到浓度要求后称为

9、完成液，从蒸发器底部排出。四、单效蒸发流程任务：蒸发操作的基本概念及认识一、 蒸发器的型式与结构间壁式蒸发器直接接触式蒸发器其它蒸发器z蒸发器组成：加热室：加热溶液使之汽化分离室：分离二次蒸汽和完成液z化工生产中常用的间接加热蒸发器按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型(非膜式)单程型(膜式)任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用v循环型蒸发器的特点：溶液在蒸发器内作连续的循环运动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶液浓度接近于完成液浓度。根据引起循环运动的原因，分为自然循环型和强制循环型蒸发器。自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不

10、同，产生密度差而引起的循环运动强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动单程式（膜式）循环式溶液在蒸发器中作循环流动。间壁式蒸发器强制循环式自然循环式中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、列文式蒸发器（外循环蒸发器）1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（1）中央循环管式(标准式)蒸发器v加热室由垂直管束组成，管束中心有一根直径较大的中央循环管，其截面积为其余加热管总截面积的40%100%，如图。v加热蒸汽：加热室管束环隙内v溶液：加热室管束及中央循环管内，受热时，由于中央循环管单位体积溶液受热面小，使得溶液形成由中央循环管下降，而由其余加热管

11、上升的循环流动其截面积一般为其它加热管总截面积的40100%料液生蒸汽z优点：溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠z缺点：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗z适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用中央循环管式(标准式)蒸发器（1）中央循环管式(标准式)蒸发器1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（2）悬筐式蒸发器v加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部进入加热室，在管间放热加热管内溶液使其上升，而沿悬筐外壁与

12、蒸发器内壁间环隙通道向下循环流动。v优点：溶液循环速度高，改善了管内结垢情况传热速率较高v缺点：设备费高占地面积大加热管内溶液滞留量大v适于处理易结垢，有晶体析出的溶液1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用(3) 外加热式蒸发器优点：降低了整个蒸发器的高度，便于清洗和更换循环速度较高，使得对流传热系数提高结垢程度小这种蒸发器将加热室与分离室分开，采用较长的加热管，如图示。适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（4）列文蒸发器v特点是在加热室上部设置沸腾室

13、，加热室中的溶液因受到附加液柱的作用，必须上升到沸腾室才开始沸腾，这样避免了溶液在加热管中结垢或析出晶体。v优点：流动阻力小循环速度高传热效果好加热管内不易堵塞v缺点：设备费高厂房高，耗用金属多v适于处理有晶体析出或易结垢的溶液1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（5）强制循环型蒸发器v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。v优点：循环速度高晶体不易粘结在加热管壁对流传热系数高v缺点：动力消耗大对泵的密封要求高加热面积小v适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的溶液。1.循环型(非膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：

14、氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用2. 单程型(膜式)蒸发器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发器。用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。溶液不循环带来好处有：（1）溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发；（2）整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。单程式（膜式）：循环式升膜式蒸发器-价廉降膜式蒸发器-价廉刮板式蒸发器升-降膜式蒸发器间壁式蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用适于处理蒸发量较大的稀溶液，热敏性和易生泡

15、沫的溶液；不适于浓度高、粘度大、有晶体析出溶液的蒸发。（1）升膜式蒸发器特点：是加热室内的加热管细而长。原理：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，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。到达分离室后，完成液与二次蒸汽分离后由分离室底部排出。结构：加热室由单根或多根垂直管组成，其长径比100-150。2. 单程型(膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（2）降膜式蒸发器特点：加热室与升膜式类似但分离室设置在下部。溶液预热后由加热室顶部加入，经管端的液体分布器均匀分配在各加热管内，在重力作用下沿管内壁呈膜状向

16、下流动，并进行蒸发。汽液混合物从管下端流出，在分离器内进行汽液分离后完成液由分离室底部排出。2. 单程型(膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用z适于处理：浓度高、粘度较大（0.050.45Pas）的溶液z不适于处理：易结晶、结垢的溶液（2）降膜式蒸发器2. 单程型(膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构这类蒸发器操作的关键是设置良好的液体分布器，以保证溶液均匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（3）升降膜式蒸发器v蒸发器由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器的底部封头内有一隔板，将加热管束分成两部分。溶液由升膜管束底部进

17、入，流向顶部，然后从降膜管束流下，进入分离室，得到完成液。v适于处理浓缩过程中粘度变化大的溶液、厂房有限制的场合预热室升膜加热室降膜加热室2. 单程型(膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（4）刮板薄膜式蒸发器v溶液由蒸发器上部沿切线方向加入，在重力和旋转刮板带动下，在加热管内壁上形成旋转下降的液膜，在下降过程中通过接收加热管外加热蒸汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发，底部得到完成液，二次蒸汽上升至顶部经分离器后进入冷凝器。z缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小，处理能力低。z适于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液z它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板，刮

18、板端部与加热管内壁间隙固定在0.751.5mm之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分布在加热管内壁面上。2. 单程型(膜式)蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用（1）直接加热蒸发器（浸没燃烧式）v优点：结构简单，不需要固定的传热面，热利用率高v适于处理易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液。v不适于处理能被燃烧气污染及热敏性的溶液3. 其它蒸发器将一定比例的燃烧气与空气直接喷入溶液中，燃烧气的温度可高达12001800，由于气、液间的温度差大，且气体对溶液产生强烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出。一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液

19、的浓缩设备的选用（2）螺旋管蒸发器在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由于加热管呈螺旋形状，在中等高度的设备中可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并强化高粘情况下的热传递。适用于达到高浓度和高粘度。为获得高的蒸发比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。3. 其它蒸发器一、 蒸发器的型式与结构任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用二、蒸发器的辅助设备1. 除沫器（汽液分离器） 蒸发操作时产生的二次蒸汽，在分离室与液体分离后，仍夹带大量液滴，

20、尤其是处理易产生泡沫的液体，夹带更为严重。为了防止产品损失或冷却水被污染，常在蒸发器内（或外）设除沫器。图中（a）（d）直接安装在蒸发器顶部，（e）（g）安装在蒸发器外部。任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用2. 冷凝器冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有间壁式和直接接触式两种，倘若二次蒸汽为需回收的有价值物料或会严重污染水源，则应采用间壁式冷凝器，否则通常采用直接接触式冷凝器。后一种冷凝器一般均在负压下操作，这时为将混合冷凝后的水排出，冷凝器必须设置得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。3. 真空装置当蒸发器在负压下操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真空装置。需要指出的是，蒸

21、发器中的负压主要是由于二次蒸汽冷凝所致，而真空装置仅是抽吸蒸发系统泄漏的空气、物料及冷却水中溶解的不凝性气体和冷却水饱和温度下的水蒸汽等，冷凝器后必须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。二、蒸发器的辅助设备任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用三、 蒸发器的比较与选型选型时，一般考虑以下原则：z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、降膜式、刮板搅拌薄膜式等；z溶液的热稳定性：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器z有晶

22、体析出的溶液：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、强制循环蒸发器任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用v有腐蚀性的溶液：蒸发此种物料，加热管采用特殊材质制成，或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用浸没燃烧蒸发器。易结垢的溶液：蒸发器使用一段时间后，就会有污垢产生，垢层的导热系数小，从而使传热速率下降。应选用便于清洗和溶液循环速度大的增大器，如悬筐式、强制循环式、浸没燃烧式等。z溶液的处理量：溶液的处理量也是选型时应考虑的因素。处理量小的，选用尺寸较大的单效蒸发，处理量大的，选用尺寸适宜的多效蒸发。三、 蒸发器的比较与选型z易发泡的溶液：泡

23、沫的产生，不仅损失物料，而且污染蒸发器，应选用溶液湍动程度剧烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。任务2：氢氧化钠水溶液的浓缩设备的选用常见蒸发器的一些主要性能子项目二：氢氧化钠水溶液的浓缩蒸发过程计算项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩z已知过程选定：加热蒸汽压强p(或温度T)，冷凝器操作压强p(或温度T)；z计算内容：单位时间内水分蒸发量W(kg/h)和完成液的量；加热蒸汽用量D(kg/h)；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。z已知条件：原料液流量F(kg/h)，原料液浓度xo(质量分率)

24、和温度to()，完成液的浓度x1(质量分率)(生产要求)；一、 单效蒸发器的工艺计算子项目二：蒸发过程计算（一）溶剂蒸发量计算对溶质做物料衡算：121212W1GwwwwwwXFXXFWFXFXXFW得：水分蒸发量：完成液量：完成液组成：如图以蒸发器为衡算范围，取1h为衡算基准，作物料衡算：12wwFXFW XD, T, hcF-W, Xw2, t2, h2F, Xw1, t1, h1子项目二：蒸发过程计算式中：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。F1kg hW1hkg1wX2wX子项目二：蒸发过程计算121212W1Gwwww

25、wwXFXXFWFXFXXFW得：水分蒸发量：完成液量：完成液组成：蒸发室加热室W,T,HD,T,HD,T,hcF-WQL式中：H、H、hc分别为加热蒸汽、二次蒸汽和冷凝水焓值，kJ/kg；h1、h2分别为原料液、完成液焓值，kJ/kg；QL蒸发器的热损失，W，通常取传热量的百分数加以计算。（二）加热蒸汽消耗量的计算DH+Fh1=WH+(F-W)h2+Dhc+QL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：21 ()（2 3）LcWHFW hFhQDHh子项目二：蒸发过程计算F,Xw1,t1,h1G,Xw2,t2,h2(1) 加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出此时，H-hc即

26、为加热蒸汽的冷凝潜热（汽化潜热）R，kJ/kg。故式（2-3）可改写为：21 ()LWHFW hFhQDR在具体计算时，根据溶液特性分为三种方法进行热量衡算求加热蒸汽用量。子项目二：蒸发过程计算v 当溶液的稀释热不大，可以忽略不计时，溶液的焓值可用比热计算。以0的液体为基准，则： 原料液：h1=c1(t1-0) 完成液：h2=c2(t2-0)=c2(tf-0) 冷凝水：hc=cw(T-0)因此，式(2-3)热量衡算式可写为：式中两比热使用不便，改用原料液比热c1代替完成液比热c2，溶液的比热可用以下经验公式计算：c= cw(1-Xw1) + csXw1其中：cw、cs分别为水和溶质的比热，kJ

27、/kg。子项目二：蒸发过程计算(2) 溶液的稀释热可以忽略112221()1w1w2()wwwwwXccXccFW cFcWcXWFX两式相比：物料衡算：将上式代入式D(H-cwT)=WH+(F-W)c2tf-Fc1t1+QL中，得： W(H-cwtf)+Fc1(tf- t1)+QL若冷凝液在饱和温度下排出，且忽略溶液浓度变化对焓值的影响，即：H-cwT=RH-cwtf=r则：c1=cw(1-Xw1)+csXw1=cw+(cs-cw)Xw1c2=cw(1-Xw2)+csXw2=cw+(cs-cw)Xw2则：子项目二：蒸发过程计算从上式可以看出加热蒸汽提供的热量DR用于：a.将原料液由t1升温到

28、沸点t2： Fc1(tf- t1)b.蒸发水分：Wrc.过程热损失：QL若原料液预热到沸点，即t1=t2=tf，并略去热损失，QL0，则有D/W=r/R1，即每蒸发1kg水分大约需要1kg加热蒸汽，实际过程有热损失，且常在1.1左右。e=D/W称为单位蒸汽消耗量，为每蒸发单位质量水分时，加热蒸汽的消耗量，kg/kg。e值是衡量蒸发装置经济程度的指标。当Xw10.2时：c1=cw(1-Xw1)说明11()fLWrFc ttQDR忽略稀释热时加热蒸汽消耗量计算式子项目二：蒸发过程计算例在连续操作的蒸发器中，将2000kg/h的某无机盐水溶液由0.1浓缩到0.3(均为质量分数)。蒸发器的操作压力为4

29、0kPa，相应的溶液沸点为80。加热蒸汽的压力为200kPa。已知原料液的比热为3.77kJ/(kg)，蒸发器的热损失为12000W。设溶液的稀释热可以忽略，试求：（1）水的蒸发量；（2）原料液分别为30、80、120时的加热蒸汽消耗量。w1w20.1(1)2000(1-)1333kg/h0.3200kPa 802205kJ/kg 23087kJ/kg（1）水的蒸发量（2）加热蒸汽消耗量查附录：、 的饱和水蒸汽的汽化潜热分别为、XWFX解：子项目二：蒸发过程计算11111.30()1333230820003.77(8030) 120003600/10001588/2205b.80()13332

30、30820003.77(8080) 120003600/10001417/2205c.120(fLfLfaWrFc ttQDRkg hWrFc ttQDRkg hWrFc tD原料液温度为。原料液温度为。原料液温度为。1)1333230820003.77(80120) 120003600/10001280/2205LtQRkg h原料液温度愈高，加热蒸汽消结论：耗量愈小子项目二：蒸发过程计算21 ()LcWHFW hFhQDHh若冷凝液在饱和温度下排出，(H-hc)=R为饱和蒸汽冷凝潜热，kJ/kg。因此：21 ()LWHFW hFhQDRz据(2-3)热量衡算式，得加热蒸汽用量：z对某些水溶

31、液(如CaCl2、NaOH等)在稀释时有显著的放热效应，因而蒸发时除供给汽化水分所需汽化潜热时，还需提供与稀释热相应的浓缩热，且溶液浓度愈大，温度愈高，这种影响愈显著。因此式(2-3)中的h1、h2应由相应的焓浓图查取，计算结果才准确。子项目二：蒸发过程计算(3) 溶液稀释热不可忽略（三）蒸发器传热面积的计算 Q=KStm据此计算蒸发器传热面积S。其中tm、K、Q计算如下:mtKQS蒸发属两相均有相变的恒温传热过程，故传热的平均温度差（有效传热温度差）为tm=T-t1当加热蒸汽选定时，蒸发计算需知道溶液的沸点t1，即可计算传热温度差，在一定压强下，溶液的沸点t1较二次蒸汽的沸点T高。在实际生产

32、中，已知的是加热蒸汽的温度T(或压强p)和冷凝器(或分离室)二次蒸汽的温度T(或压强p0)。T-T=tT，称为理论传热温差。子项目二：蒸发过程计算1. 平均温度差tm的确定由于各种原因导致溶液沸点升高使的实际传热温差（有效传热温差）较理论传热温差要小，其差值称为温度差损失：=tT- tm=(T-T)-(T-t1)=t1-T因此实际传热温差tm=tT-，即只要已知温度差损失就可得到实际传热温度差。(1)因溶质存在，使溶液沸点升高导致与纯水沸点之差；(2)蒸发器操作时需维持一定液位，因加热管内液柱静压强而使沸点升高；(3)二次蒸汽由蒸发器分离室流动到冷凝器(或下一效蒸发器加热室)时产生压强降，导致

33、的温度差损失(若T指分离室温度时，=0)。造成温度差损失的主要原因是：总的温度差损失为三项之和，即= + +子项目二：蒸发过程计算（1）因溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失设tA为仅考虑因溶质存在时引起蒸汽压下降时溶液的沸点，则=tA-T。值的大小与溶液的种类、浓度以及操作压强有关，通常采用两种方法计算：.经验估算法(吉辛科法)对常压下由于蒸汽压下降而引起的沸点升高常进行修正用于操作压强下的温度差损失。=f常式中：常常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，常=tA-100（常=tA-373）；tA常压下溶液的沸点，（或K），其值可从有关手册查得；f校正系数，无因次，f=0.0162T2/rT，

34、r分别为实际操作压强下水的沸点，K；和汽化潜热，kJ/kg。子项目二：蒸发过程计算溶液沸点tAtA纯水沸点tWtWC%.杜林规则 (Duhrings rule)法(直线规则法)杜林规则：说明溶液的沸点和相同压强下标准溶液沸点之间呈线性关系。由于纯水在各种压强下的沸点容易获得，故一般选用纯水为标准溶液，只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，在直角坐标图中以溶液沸点为纵标，以纯水沸点为横标，以溶液浓度为参数，即可得到一条直线。因此，对一定浓度的溶液，只要知道它在两个不同压强下的沸点，再查出相同压强下对应水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由此直线即可求得该溶液在其它压强下的沸点。子项目二：蒸

35、发过程计算则直线斜率为：WWAAttttk若某压强下水的沸点tW=0，则上式整理成截距计算式为：tA =tA- k tW=ymz求解方法有两种：查图法已知pT tA =tA-T截距法在图中杜林直线上任选两点M、N，其对应压强分别为pM、pN，对应压强下溶液的沸点、水的沸点分别为tA、tW、tA、tW，如图：子项目二：蒸发过程计算浓度不同的溶液之杜林直线互不平行，但斜率k与截距ym均为溶液质量浓度x，即： k=f(x) ym=g(x)如NaOH水溶液： k=1+0.142x ym= 150.75x2 - 2.71x计算过程：（1）据质量浓度 x 计算：k，ym（2）代入截距方程ym = tA-

36、k tW 解得：tA（3）代入：=tA-T tA- tW 子项目二：蒸发过程计算220.0162(273)0.0162(81.2273)0.88192304.5Tfr=f常=0.88197=6.2溶液沸点：tA=+T=6.2+81.2=87.4计算示例例在中央循环管蒸发器内将NaOH水溶液由10浓缩到20，求：(1)采用经验估算法计算50kPa时溶液的沸点(2)利用杜林直线采用截距法计算50kPa时溶液的沸点解:(1)查附录得20NaOH水溶液在101.33kPa下沸点升高值为常=7查附录得50kPa时水的饱和温度为T=81.2，水的汽化热r=2304.5kJ/kg子项目二：蒸发过程计算(3)

37、NaOH水溶液杜林直线：k=1+0.142x=1+0.1420.2=1.028 ym=150.75x2-2.71x=150.750.22-2.710.2=5.488ym = tA- k tW tA= ym+ k tW=5.488+1.02881.288.96 子项目二：蒸发过程计算02mghpp（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失 某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液位，使得液面以下液体承受更大的压强，因而导致沸点升高。液层内部沸点与表面沸点之差即为因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失。一般计算时取液层中部平均压强pm下对应的沸点tpm为依据。设分离室压强为p0，Pa，液面高度为Lm

38、，则液层中部压强为：对应的温度差损失：=tpm-tp0式中：tpm压强pm下水的沸点，(因溶液沸点难于查取，故取该压强下纯水沸点近似作为溶液沸点)；tp0与二次蒸汽压强p0对应的水的沸点，；液体密度，kg/m3。子项目二：蒸发过程计算（3）由于管路流动阻力而引起的温度差损失二次蒸汽由分离室流到冷凝器(或下一效加热室)时，因管道流动阻力使二次蒸汽的压强有所降低，温度也相应下降，由此引起的温度差损失即为。因二次蒸汽产生的压强降，随管路的布置情况而异，其计算较繁。通常根据生产经验值选取：单效蒸发：二次蒸汽蒸发器冷凝器=11.5。多效蒸发：二次蒸汽蒸发器冷凝器=11.5。多效蒸发：二次蒸汽蒸发器下一效

39、加热室=1。在三种温差损失的计算中，以为最大，为一主要影响因素。子项目二：蒸发过程计算mtKQS公式计算：选用经验值现场查定条件不同，热负荷的计算也不同，若加热蒸汽在饱和温度下排出稀释热不可以忽略时：Q=DR=WH+(F-W)h2-Fh1+QL（W）稀释热可以忽略时：Q=DR=Wr+Fc1(tf-t1)+QL（W）0,i111oiRRK垢垢子项目二：蒸发过程计算2. 总传热系数K3. 蒸发器的热负荷Q4.传热面积S单效蒸发计算示例例将10%的NaOH水溶液蒸发到45%，处理量为1800kg/h，原料液温度60，比热为3.4kJ/kg，加热蒸汽和分离室压强分别为400kPa和50kPa，蒸发器内

40、液面高度为2m，溶液平均密度为1400kg/m3，总传热系数Ko为1500W/(m2)，若热损失为传热量的10%，忽略稀释热，试计算：（1）水分蒸发量；（2）产品量；（3）加热蒸汽消耗量；（4）所需传热面积。子项目二：蒸发过程计算二、蒸发器的生产能力与生产强度11()oomfLK StFC ttQQWrr蒸发室（一）蒸发器的生产能力和生产强度1.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W(kg/h)：可见生产能力与蒸发器传热面积，传热系数，原料液温度，操作条件，热损失等用关，它笼统地表示蒸发器生产量的大小，但不能确切表示蒸发器和蒸发过程的优劣程度。2.蒸发器生产能力的大小取决于通

41、过传热面的传热速率Q，因此也可以用蒸发器的传热速率来衡量其生产能力：Q=KStmKS(T-t1)子项目二：蒸发过程计算说明：(1)当tft1时，即原料液在沸点下进入蒸发器时：Q=Wr：表明通过传热面所传递的热量全部用于蒸发水分WQ：表明蒸发器的生产能力和传热速率成正比(2)当t1tf时，即原料液在低于沸点下进入蒸发器时：Wrtf时，即原料液在高于沸点下进入蒸发器时：WrQ，W：表明由于部分原料液的自动蒸发(闪蒸)，使蒸发器的生产能力有所增加。结论进料温度t1越高，则蒸发器生产能力W越大。稀释热可以忽略，且热损失不计时： Q=Wr+FC1(tf - t1)子项目二：蒸发过程计算mmWUSQWrK

42、S tK tUr定义式：沸点进料，热损失忽略：mKUt因此，提高蒸发器的生产强度的途径有二。蒸发器的生产强度U，又称蒸发强度，指单位传热面积上单位时间内蒸发的水分量，kg/m2h即：U是评价蒸发器在一定操作条件下性能优劣的重要指标。影响因素主要为：总传热系数和传热温度差。操作条件下r为常量（二）蒸发器的生产强度 子项目二：蒸发过程计算（三）提高蒸发器的生产强度的途径(1)提高传热温度差tmt=T-t1，方法：提高加热蒸汽的压强。加热蒸汽压强越高，对应饱和温度就越高，一般为0.30.5MPa，不超过0.8MPa，但受到供汽条件限制。增大冷凝器的真空度，使溶液沸点t1降低。但此法增加了真空泵的功率

43、消耗，且因溶液的沸点降低，使其粘度增高，导致沸腾传热系数下降。也受限制。（2）增大总传热系数K定期清洗选用适宜的蒸发器型式采取强制循环，改进蒸发器结构，产生的晶体及时与溶液分离增大管内对流传热系数i减少管内侧污垢热阻子项目二：蒸发过程计算子项目三：氢氧化钠水溶液浓缩设备的操作与维护项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩一、蒸发系统日常运行操作与维护1、蒸发系统的日常运行操作（1）系统开车：应严格按照操作规程，进行开车前准备（2）操作运行：设备运行中，必须精心操作，严格控制。注意监测蒸发器各部分的运行情况及规定指标。控制蒸发装置的液位是关键。（3）停车子项目三：氢氧化钠水溶液浓缩设备的操作与维护2、蒸

44、发系统的日常维护（1）定期洗效：大洗和小洗。（2）经常观察各加料泵、过料泵、强制循环泵的运行电流及工况。（3）蒸发器周围环境保持清洁，设备外部的保温保护层要完好。（4）定期进行拆卸检查修理，并做好记录。（5）定期校验蒸发器的测量及安全附件，温度计，压力表，真空表及安全阀等。（6）加热室每年进行一次外观检查和壳体水压试验；定期对加热管进行无损壁厚测定，根据测定结果采取相应措施。子项目三：氢氧化钠水溶液浓缩设备的操作与维护(1)严格控制各效蒸发器的液面。(2)若蒸发易析出结晶，需定期用水冲洗保持畅通，或用真空抽拉等措施。(3)经常调校仪表，使其灵敏可靠。(4)常对设备、管路严格检查、探伤，特别是视

45、镜玻璃要常检查、适时更换。(5)检修设备前，要泄压泄料，并用水冲洗降温，去除设备内残存腐蚀液体。(6)操作、检修人员应穿戴好防护衣物，避免烫伤。(7)拆卸法兰螺丝时，确认已无液体时再卸下，以免液体喷出，并且注意管口下面不能有人。(8)检修蒸发器要将物料排放干净，并用热水清洗处理，再用冷水进行冒顶洗出处理。同时要检查有关阀门是否能关死。3.蒸发安全操作要点蒸发安全操作要点子项目三：氢氧化钠水溶液浓缩设备的操作与维护故障现象原因分析处理方法真空度低管道、法兰漏双槽循环水断水或上水量小蒸发器顶部大导管结盐真空管堵塞大气冷凝器及下水道结垢上水阀头子脱落停第三效循环泵时逃真空紧法兰及捉漏等与供水工段联系

46、或通知调度室用水冲洗冲通真空管，调真空表清理大气冷凝器及下水管停车修理关旋分器或出碱阀大气冷凝器水带碱(NaOH)第三效蒸发器液面太高蒸发器集沫帽脱落调整液位停车检修蒸发器冷凝水含碱(即回汽水桶含碱)蒸发器液面太高蒸发器加热室漏电解液预热器漏调整液位停车检修停车检修蒸发器加热室压力升高蒸发器加热室结盐真空度下降蒸发器液面不正常碱浓度太高冷凝水管路排水不畅洗炉提高真空度保持正常液面过淡料及时出碱检查后处理蒸发器过料不畅循环泵坏蒸发器罐底或管道被异物堵塞管道或阀门被盐堵塞进出口所用阀门坏调换备泵停车取出异物用冷凝水冲洗停车调换二、蒸发系统常见操作事故与处理子项目三：氢氧化钠水溶液浓缩设备的操作与维

47、护故障现象原因分析处理方法蒸发器效率不佳加热室壁管结垢蒸汽压力低真空度低加热管漏、冷凝水渗出电解液NaOH浓度低蒸发器液面太高加热室积水蒸发器内结晶盐太多，影响传热效率洗炉通知调度室提高压力检查真空系统，提高真空度视情况停车处理提高电解液NaOH浓度调节好液面及时排出冷凝水保持旋液分离器通畅，离心机岗位抓紧处理自控失灵不畅液面计或液位管堵油压系统故障油压阀被盐堵死仪表电器故障负压炉子可用回汽水冲通；正压炉子则必须翻料进水洗炉检查电磁阀是否动作，若不动作须拆下，排除异物或清理电磁阀液压油不合格时，需换油通知司泵岗位用回汽水冲通通知调度请仪表检修工来维修蒸发器内有杂声加热室内有空气加热管漏冷凝水排

48、出不畅部分加热管堵塞蒸发器部分元件脱落开放空阀排除停车修理检查冷凝水管路清洗蒸发器停车修理子项目三：氢氧化钠水溶液浓缩设备的操作与维护子项目四：项目拓展子项目四：项目拓展多效蒸发与节能措施多效蒸发与节能措施项目三 氯碱工业中碱液的蒸发浓缩1.多效蒸发的原理加热蒸汽的经济性是指1kg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：DreWR称为单位蒸汽消耗量，表示每蒸发1kg水所需消耗的加热蒸汽量，可用来说明加热蒸汽的利用率。e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采用多效蒸发。一、多效蒸发简介子项目四：项目拓展多效蒸发与节能措施双效蒸发：将第一效蒸

49、发器汽化的二次蒸汽作为热源通入第二效蒸发器的加热室作加热用。多效蒸发：如果再将第二效的二次蒸汽通入第三效加热室作为热源，并依次进行多个串接。采用多效蒸发的目的是为了减少加热蒸汽的用量。具体方法是将前一效的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽，以节省生蒸汽用量。降低能耗。由于各效(末效除外)的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，因而提高了加热蒸汽的利用率；采用多效蒸发的优点可强化传热过程提高蒸发效率。便于分离晶体。当蒸发过程溶液有晶体析出时，可使晶体在某一效间析出，然后与溶液分离后继续蒸发，这样就避免了单效操作时晶粒和完成液一起排出，可减少结垢、磨损现象，同时提高对流传热系数。1.多效蒸发的原理一、多

50、效蒸发简介子项目四：项目拓展多效蒸发与节能措施 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（1）并流加料流程又称为顺流加料流程，是工业上最常见的加料模式。2.多效蒸发流程并流流程逆流流程按料液与二次蒸汽的走向分为平流流程错流流程优点：1.由于后一效操作压强低于前一效，故溶液的输送靠效间压强差进行，不另用泵；2.由于后一效溶液的沸点低于前一效，故前一效溶液进入后一效时，会因过热而自行蒸发，可使后一效产生较多的二次蒸汽，即水分蒸发量多；缺点：随效数的增加，溶液浓度逐效增高而温度逐效降低，致使溶液粘度增大较快，使传热系数逐效下降，传热效果一效不如一效。适于：热敏性物料的蒸发蒸汽流