化工原理第三版第七章课件.ppt

1、1第七章第七章 蒸发蒸发2第一节第一节 概述概述7-1-1 7-1-1 蒸发及其在工业中的应用蒸发及其在工业中的应用一、定义一、定义利用加热作用，使溶液中的溶剂利用加热作用，使溶液中的溶剂和溶液部分分离的操作。和溶液部分分离的操作。t t t t沸沸自然蒸发自然蒸发t t t t沸沸沸腾蒸发沸腾蒸发新鲜蒸汽加热蒸汽新鲜蒸汽加热蒸汽蒸发出的汽体二次蒸汽蒸发出的汽体二次蒸汽3 单效蒸发流程单效蒸发流程4二、蒸发过程的特点和条件二、蒸发过程的特点和条件特点：特点：为两侧恒温的传热过程为两侧恒温的传热过程一侧蒸汽冷凝一侧蒸汽冷凝一侧液体沸腾一侧液体沸腾溶液浓度不断增大，其沸点不断上升溶液浓度不断增大，

2、其沸点不断上升条件：条件：必须不断供给热量必须不断供给热量二次蒸汽必须不断引出二次蒸汽必须不断引出三、蒸发的目的三、蒸发的目的为制取浓溶液为制取浓溶液NaOHNaOH、NaCLNaCL、糖、奶粉等、糖、奶粉等为制取纯净的溶剂海水淡化为制取纯净的溶剂海水淡化 54 4、蒸发的分类蒸发的分类按压力按压力加压蒸发加压蒸发常压蒸发常压蒸发真空蒸发真空蒸发可使溶液沸点下降，传热可使溶液沸点下降，传热 t t 大大适合热敏性物料适合热敏性物料 温度低，但温度低，但 小，小，K K 值小值小按二次蒸汽利用按二次蒸汽利用单效蒸发：二次蒸汽不利用单效蒸发：二次蒸汽不利用多效蒸发：二次蒸汽供下一效作多效蒸发：二次

3、蒸汽供下一效作 加热蒸汽加热蒸汽6第二节第二节 单效蒸发单效蒸发 7-2-1 7-2-1 单效蒸发的计算单效蒸发的计算 对于单效蒸发，在给定的生产任务和确对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通常需要计算以下这定了操作条件以后，通常需要计算以下这些内容：些内容：水分的蒸发量；水分的蒸发量；热蒸汽消耗量；热蒸汽消耗量；蒸发器的传热面积。蒸发器的传热面积。要解决以上问题，可应用物料衡算方程，要解决以上问题，可应用物料衡算方程，热量衡算方程和传热速率方程来解决。热量衡算方程和传热速率方程来解决。7一、物料衡算一、物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个溶质在蒸发过程中不挥发，且

4、蒸发过程是个定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即等，即wWFFw)(0)1(0wwFWWFFww0水分蒸发量：水分蒸发量：完成液的浓度：完成液的浓度：式中：式中：F F溶液的加料量溶液的加料量 kg/skg/s W W 水分蒸发量水分蒸发量 kg/skg/s WW0 0、WW 料液与完成液的质量分数料液与完成液的质量分数8二、热量衡算二、热量衡算 1 1、浓缩热显著的溶液、浓缩热显著的溶液损QWIiWFFiDr)(00损QiIWiiFDr)()(00（1 1）（2 2）式式中中 D D 加热蒸汽消耗量，加热蒸汽消耗量，kg/skg/s；i i0

5、 0 、i i 加料液与完成液的热焓，加料液与完成液的热焓，kJ/kgkJ/kg；r r0 0 加热蒸汽的汽化热，加热蒸汽的汽化热，kJ/kgkJ/kg；I I 二次蒸汽的热焓，二次蒸汽的热焓，kJ/kgkJ/kg。式中热损失可视具体条件可取加热蒸汽放热量（式中热损失可视具体条件可取加热蒸汽放热量（DrDr0 0 ）的）的 某一百分数。某一百分数。9 NaOHNaOH水溶液以水溶液以00为基准温度的焓浓图为基准温度的焓浓图 10例题：在一连续操作的单效蒸发器中将例题：在一连续操作的单效蒸发器中将NaOHNaOH水溶液从水溶液从1010浓缩浓缩到到4040，原料液的处理量为，原料液的处理量为18

6、00kg/h1800kg/h，预热到，预热到8080加入蒸发器，加入蒸发器，加热蒸汽的绝对压力为加热蒸汽的绝对压力为.a a，分离室内的操作压力，分离室内的操作压力(绝对绝对压力压力)为为50KPa50KPa，此压力下完成液的沸点为，此压力下完成液的沸点为110 110。蒸发器的热损。蒸发器的热损失为失为kwkw。试求：。试求：水分蒸发量；水分蒸发量；加热蒸汽消耗量。加热蒸汽消耗量。解：对解：对NaOHNaOH水溶液需借助焓浓图进行计算。水溶液需借助焓浓图进行计算。水分蒸发量水分蒸发量hkgwwFW/1350)40.010.01(1800)1(0加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量查查.a a压力下（

7、压力下（143.4143.4）水蒸汽的汽化热水蒸汽的汽化热 r r0 0=2138.5kj/kg=2138.5kj/kg110下二次蒸汽的焓下二次蒸汽的焓I=2693.5kj/kgI=2693.5kj/kg11110 110 下完成液的焓下完成液的焓i=4i=40kj/kg0kj/kg8080下原料液的焓下原料液的焓i i0 0=300kj/kg=300kj/kg蒸发器的热损失蒸发器的热损失损损3600360028800kj/h28800kj/h00)()(rQiIWiiFD损5.213828800)4805.2693(1350)300480(1800D=1562kg/h=1562kg/h需要

8、指出，蒸发器的操作压力为需要指出，蒸发器的操作压力为50KPa50KPa时，对应的温度为时，对应的温度为81.281.2，而溶液的沸点为，而溶液的沸点为110110，二次蒸汽离开液面的温度也，二次蒸汽离开液面的温度也应为应为110110，相对于操作压力来说是过热蒸汽。但是由于蒸发，相对于操作压力来说是过热蒸汽。但是由于蒸发器的热损失等原因，二次蒸汽会很快变为操作压力下的饱和器的热损失等原因，二次蒸汽会很快变为操作压力下的饱和蒸汽，温度降为蒸汽，温度降为81.281.2。122 2、不计溶液的浓缩热不计溶液的浓缩热大多数溶液在溶质含量不太高时，浓缩热不显著，常可大多数溶液在溶质含量不太高时，浓缩

9、热不显著，常可忽略忽略。其焓值可由比热容近似计算。以其焓值可由比热容近似计算。以00为基准，为基准，则有则有 000tci cti 溶液的比热容可近似按线性加和的原则由水的比热容溶液的比热容可近似按线性加和的原则由水的比热容C CWW和溶质的比热容和溶质的比热容C CB B计算，即计算，即0B00)1(wcwccwwcwccwB)1(式中：式中：t t0 0、t t分别为原料液、完成液的温度，分别为原料液、完成液的温度，；C C0 0、C C分别为原料液、完成液的比热容，分别为原料液、完成液的比热容，kj kj/kg/kg13由式（由式（1 1）或式（）或式（2 2）可得加热蒸汽的消耗量为：）

10、可得加热蒸汽的消耗量为：00)()(rQiIWiiFD损000)()(rQctIWtcctFD损000)(rQWrtcctFD损忽略浓缩热时忽略浓缩热时 作为近似可取作为近似可取 I Ictrctr（二次蒸汽的汽化热）（二次蒸汽的汽化热）有浓缩热时有浓缩热时14 如沸点进料，如沸点进料，并忽略热损失和溶液浓度，并忽略热损失和溶液浓度较低时，较低时，则，则 tt 00cc 00)(rWrrctIWD100rrrctIWD或或式中：式中：D/W D/W 为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程度（或生蒸汽的利用率）。的经济程度（或生蒸汽的利用率）。15三、蒸发器

11、传热面积的计算三、蒸发器传热面积的计算 mtKQA由传热速率方程得：由传热速率方程得：式中式中 A A 蒸发器传热面积，蒸发器传热面积，mm2 2；QQ 传热量，传热量，ww；K K 传热系数，传热系数，w/mw/m2 2；t tmm 平均传热温差，平均传热温差，。16 由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热，恒温差传热，且蒸发器的热负，且蒸发器的热负荷荷 ，所以有，所以有 tTtm0DrQ )()(0tTKDrtTKQA177-2-2 7-2-2 蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失 蒸发器中的传热温差等于蒸发器中的传热温差等于t tm

12、m(T-t)(T-t)，当加热蒸汽的温度，当加热蒸汽的温度一定（如用一定（如用476kPa476kPa（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽，（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽，T=150 T=150 ），若蒸发室的压力为），若蒸发室的压力为1atm1atm而蒸发的又是水而蒸发的又是水（其沸点（其沸点 t=100 t=100）而不是溶液，此时的传热温差最）而不是溶液，此时的传热温差最大，用大，用t tT T 表示：表示：501001500TtTt如果蒸发的是如果蒸发的是30%30%的的NaOHNaOH水溶液，在常压下其沸点水溶液，在常压下其沸点要高于要高于100100。若其沸点。若其沸点t=120 t=120

13、，则有效传热温差，则有效传热温差 t=150-120=30t=150-120=30，比比 t tT T 所减小的值，称为传热所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度差损失，用温度差损失，简称温度差损失，用表示表示。18ttT传热温差损失传热温差损失0tt)(0tTtTt溶液沸点溶液沸点有效传热温差有效传热温差温度差损失的原因温度差损失的原因 ：溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂（水）在同一温度下的蒸汽压为低，致使纯溶剂（水）在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯溶剂（水）高；溶液的沸点比纯溶剂（水）高；蒸发器中静压头的影响蒸发器中静压头的影响；

14、因蒸汽流动阻力引起的温度差损失。因蒸汽流动阻力引起的温度差损失。19一、溶液的沸点升高和杜林规则一、溶液的沸点升高和杜林规则杜林发现在相当宽的压强范围内溶液的沸点杜林发现在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强下溶剂的沸点成线性关系：与同压强下溶剂的沸点成线性关系：KttttwwA00A)(0ww0AttKttA式中式中 t tA A 和和t tA A0 0 代表某种液体（或者溶液）在两种不代表某种液体（或者溶液）在两种不同压力下的沸点，同压力下的沸点，t tww 和和 t tww0 0 代表水在相应压力下的代表水在相应压力下的沸点。沸点。20 如图如图7-177-17为不同浓度为不同浓度NaO

15、HNaOH水溶液的沸点与对水溶液的沸点与对应压强下纯水的沸点的关应压强下纯水的沸点的关系，由图可以看出，当系，由图可以看出，当NaOHNaOH水溶液浓度为零时，水溶液浓度为零时，它的沸点线为一条它的沸点线为一条 45450 0 对角线，即水的沸点对角线，即水的沸点线，其它浓度下溶液的沸线，其它浓度下溶液的沸点线大致为一组平行直线。点线大致为一组平行直线。21由该图可以看出：由该图可以看出：浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为一组平行直线，因此可以合理的认为沸点的升一组平行直线，因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关，而可取大气压下的数值；高与压强无关，而可取

16、大气压下的数值；浓度范围只需要知道两个不同压强下溶液浓度范围只需要知道两个不同压强下溶液的沸点，则其它压强下的溶液沸点可按杜林规的沸点，则其它压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。则进行计算。22二、液柱静压头引起的沸点升高二、液柱静压头引起的沸点升高 按液面下处按液面下处L L/5/5溶液的沸腾温度来计算，液体在溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的饱和压力：平均温度下的饱和压力：gLpp51m式中式中：液面上方二次蒸汽的压强（通常可以液面上方二次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器压强代替），用冷凝器压强代替），PaPa；蒸发器内的液面高度，蒸发器内的液面高度，mm。23液柱静压强引起的溶液温度

17、升高：液柱静压强引起的溶液温度升高：)()51(ptgLpt所以沸腾液体的平均温度为所以沸腾液体的平均温度为 ：0 tt在有些教材中，液柱内部的平均压力取的是液面压在有些教材中，液柱内部的平均压力取的是液面压力和液柱底部压力的平均值，即力和液柱底部压力的平均值，即 gLpp21m)()21(ptgLpt24三、因蒸汽流动阻力引起的温度差损失三、因蒸汽流动阻力引起的温度差损失 在多效蒸发中，末效以前的二次蒸汽流到下一在多效蒸发中，末效以前的二次蒸汽流到下一效的加热室的过程中，为克服管道阻力使其压强效的加热室的过程中，为克服管道阻力使其压强降低，二次蒸汽的温度也相应的降低，由此引起降低，二次蒸汽的

18、温度也相应的降低，由此引起的温度差损失为的温度差损失为 （=1=1）。总的温度差损失总的温度差损失 蒸发过程的传热温度差（有效温度差）：蒸发过程的传热温度差（有效温度差）：)(0tTtTt注意：注意：中中 为前一效蒸汽到下一效时由于阻力损为前一效蒸汽到下一效时由于阻力损失而引起的温度差损失。若单效蒸发，已知入口蒸汽失而引起的温度差损失。若单效蒸发，已知入口蒸汽（生蒸汽）的温度，则要计入（生蒸汽）的温度，则要计入 吗？吗？25 四、单效蒸发过程的计算四、单效蒸发过程的计算 设计型计算：给定蒸发任务，要求设计经济上设计型计算：给定蒸发任务，要求设计经济上合理的蒸发器。合理的蒸发器。给定条件：料液流

19、量给定条件：料液流量 F F ，浓度，浓度wwo o ，温度，温度 t t0 0 以及以及完成液浓度完成液浓度 ww ；设计条件：加热蒸汽的压强以及冷凝器的操作压设计条件：加热蒸汽的压强以及冷凝器的操作压强（主要由可供使用的冷却水温度来决定）；强（主要由可供使用的冷却水温度来决定）；计算目的：根据选用的蒸发器形式确定传热系数计算目的：根据选用的蒸发器形式确定传热系数K K，计算所需供热面积计算所需供热面积 A A 及加热蒸汽用量及加热蒸汽用量D D。26 操作型计算：已知蒸发器的结构形式和蒸发面积操作型计算：已知蒸发器的结构形式和蒸发面积 给定条件：蒸发器的传热面积给定条件：蒸发器的传热面积

20、A A与传热系数与传热系数 K K，料液，料液的进口状态的进口状态ww0 0与与 t t0 0，完成液的浓度要求，完成液的浓度要求 w w，加热蒸，加热蒸汽与冷凝器内的压强。汽与冷凝器内的压强。计算目的：核算蒸发器的处理能力计算目的：核算蒸发器的处理能力 F F 和加热蒸汽用和加热蒸汽用量量 D D 。或：或：已知条件：已知条件：A A ，F F ，ww0 0 ，t t0 0 ，w w 。加热蒸汽。加热蒸汽与冷凝器内的压强；与冷凝器内的压强；计算目的：反算蒸发器计算目的：反算蒸发器 的的K K并求并求D D ；27第三节多效蒸发第三节多效蒸发 蒸发操作消耗的费用包括蒸发操作消耗的费用包括设备费

21、设备费和和操作费操作费两部两部分。分。蒸发操作费主要是汽化大量溶剂蒸发操作费主要是汽化大量溶剂(水水)所需消耗所需消耗的能量。为了提高加热蒸汽的利用率，可对蒸发的能量。为了提高加热蒸汽的利用率，可对蒸发操作采用多种措施。最常用的为：操作采用多种措施。最常用的为：利用二次蒸汽的潜热利用二次蒸汽的潜热 利用冷凝水的显热（如预热原料液利用冷凝水的显热（如预热原料液)蒸发操作中二次蒸汽的利用是提高蒸发过程经济蒸发操作中二次蒸汽的利用是提高蒸发过程经济性的重要方面。通常将第性的重要方面。通常将第个蒸发器汽化的二次个蒸发器汽化的二次蒸汽作为加热剂通入第二个蒸发器的加热室，称蒸汽作为加热剂通入第二个蒸发器的

22、加热室，称为双效蒸发。再将第二效的二次蒸汽通入第三效为双效蒸发。再将第二效的二次蒸汽通入第三效加热室，如此可串接多个。加热室，如此可串接多个。287-3-1 7-3-1 多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）第一效：第一效：/w/w1 1=1=1 D=w D=w1 1 ，1kg1kg生蒸汽在第一效生蒸汽在第一效中可产生中可产生1kg1kg的二次蒸汽，将此的二次蒸汽，将此1kg1kg二次蒸汽（二次蒸汽（ww1 1）引）引入第二效又可蒸发入第二效又可蒸发1kg1kg水，即水，即 第二效：第二效：ww2 2=w=w1 1=D=D，1kg1kg生蒸汽在双效中的总蒸发量生蒸汽在双效

23、中的总蒸发量w=ww=w1 1+w+w2 2=2D=2D，所以所以w/D=2w/D=2依次类推：三效依次类推：三效 w/D=3 w/D=3，n n效效 w/D=nw/D=n29minWDmaxDW效数效数 单效单效 双效双效 三效三效 四效四效 五效五效 1.10.570.40.30.270.911.752.53.333.70但实际上，由于热损失，温度差损失等原因，但实际上，由于热损失，温度差损失等原因，单位蒸汽消耗量不可能达到如此经济的程度，单位蒸汽消耗量不可能达到如此经济的程度，根据生产经验，最大的根据生产经验，最大的 w/D w/D 的值大致如下：的值大致如下：数据说明，效数增加数据说明

24、，效数增加，WWD D并不按比例增加。并不按比例增加。但设备费却成倍提高。因此，必须对设备费和但设备费却成倍提高。因此，必须对设备费和操作费进行权衡以决定最合理的效数。操作费进行权衡以决定最合理的效数。307-3-2 7-3-2 多效蒸发流程多效蒸发流程 多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合，常见的有：多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合，常见的有：并流：并流：溶液与蒸汽的流向相同，称并流。溶液与蒸汽的流向相同，称并流。逆流：逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。平流：平流：每一效都加入原料液的方法。每一效都加入原料液的方法。下面以三效为例加以说明：下面以三效为

25、例加以说明：（1 1）并流流程（图）并流流程（图7-187-18）蒸汽流动方向：蒸汽流动方向：123123 溶液流动方向：溶液流动方向：123 123 31（1 1）并流流程）并流流程 优点优点：由于前效的压强较后效高，由于前效的压强较后效高，P P1 1PP2 2PP3 3，料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送；料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送；t t1 1tt2 2tt3 3 ，溶液由前一效流入后一效处，溶液由前一效流入后一效处于过热状态会放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生于过热状态会放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生更多的二次蒸汽更多的二次蒸汽，系统的能量利用比较合理。系

26、统的能量利用比较合理。缺点缺点：溶液浓度，：溶液浓度，ww3 3ww2 2ww1 1 ，w w，末效，末效 溶液温度溶液温度，传热条件差，需要较大的传热面积，传热条件差，需要较大的传热面积。应用范围应用范围：黏度不大或随组成增高黏度变化不大的：黏度不大或随组成增高黏度变化不大的料液。料液。32（2 2）逆流流程）逆流流程(图图7-19)7-19)蒸汽流动方向：蒸汽流动方向：123123 溶液流动方向：溶液流动方向：321 321 优点优点：ww1 1ww2 2ww3 3，w w，1 12 23 3 t t1 1tt2 2tt3 3，tt，1 12 2pp2 2pp3 3，料液从后，料液从后效往

27、前效要用泵输送。效往前效要用泵输送。各效进料（末效除外）都较沸点低，自蒸发不会发各效进料（末效除外）都较沸点低，自蒸发不会发生，所需要热量大。生，所需要热量大。应用范围应用范围：黏度大的料液，不适宜于热敏性物料。：黏度大的料液，不适宜于热敏性物料。33（3 3）平流流程）平流流程(图图7-20)7-20)各效分别进料并分别各效分别进料并分别出料，二次蒸汽多次利出料，二次蒸汽多次利用。用。优点优点：控制方便。：控制方便。应用范围应用范围：对易结晶的物：对易结晶的物 料较合适（因为结晶体不料较合适（因为结晶体不便在效与效之间输送）便在效与效之间输送）。347-3-3 7-3-3 多效蒸发的生产能力

28、、生产强度和效数的限制多效蒸发的生产能力、生产强度和效数的限制 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 生产能力生产能力：单位时间蒸发的水分量；用：单位时间蒸发的水分量；用WW表示表示 单位：单位：kg/sorkg/hkg/sorkg/h 生产强度生产强度：单位时间单位传热面积上蒸发的水分量；：单位时间单位传热面积上蒸发的水分量；用用 U U表示表示 单位：单位：kg/mkg/m2 2sorkg/msorkg/m2 2hh 若不计热损失和浓缩热，料液预热至沸点加入，则蒸发器传若不计热损失和浓缩热，料液预热至沸点加入，则蒸发器传热速率为：热速率为：Q=Wr(rQ=Wr(r为

29、水的汽化热）则：为水的汽化热）则：AWU tKrArQU135假设各效传热面积相等，即假设各效传热面积相等，即 ，不考虑温差，不考虑温差损失及浓缩热等，且各效蒸发器的传热系数相等，损失及浓缩热等，且各效蒸发器的传热系数相等，1 1 ，由前面学过的知识我们可以知道，由前面学过的知识我们可以知道，r r1 1 、r r2 2 、r r3 3 相差相差不大，可近似认为相等。不大，可近似认为相等。即即Q=DrQ=Dr0 0=Wr=Wr则则rtKArtKAUArtAKtAKtAKArQQQUTT3333333222111321总总在三效蒸发器中，蒸发器的生产强度为：在三效蒸发器中，蒸发器的生产强度为：3

30、21332211321321AAArQrQrQAAAWWWAWU总总总36真空蒸发真空蒸发：提高生产强度的途径之一是增大传热温差：提高生产强度的途径之一是增大传热温差t t ，提，提高加热蒸汽的温度或是降低溶液的沸点均可增加高加热蒸汽的温度或是降低溶液的沸点均可增加 t t。加热蒸。加热蒸汽的温度（及相应压强）受锅炉额定压强的限制，因此，在许汽的温度（及相应压强）受锅炉额定压强的限制，因此，在许多情况下，需要采用真空蒸发以降低溶液沸点免遭破坏，并可多情况下，需要采用真空蒸发以降低溶液沸点免遭破坏，并可利用工厂中低温的水蒸气作为热源。利用工厂中低温的水蒸气作为热源。缺点：溶液沸点的降低使粘度增大

31、，传热系数有所降低，此外，缺点：溶液沸点的降低使粘度增大，传热系数有所降低，此外，为维持真空操作须添加真空设备费用和一定量的动力费。为维持真空操作须添加真空设备费用和一定量的动力费。提高提高K K ：提高提高U U 的另一措施是提高的另一措施是提高K K ，而，而 K K 主要取决于蒸发器主要取决于蒸发器的结构，操作方式和溶液的物理性质。合理的设计蒸发器结构的结构，操作方式和溶液的物理性质。合理的设计蒸发器结构以建立良好的溶液循环流动以建立良好的溶液循环流动,及时排除加热室中不凝性气体，经及时排除加热室中不凝性气体，经常清除污垢等均可提高常清除污垢等均可提高K K。提高生产强度的途径提高生产强

32、度的途径 37 蒸发器的传热系数蒸发器的传热系数K K 1 1、蒸发器的热阻分析蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻可由下式计算蒸发器的传热热阻可由下式计算 管外蒸汽冷凝热阻管外蒸汽冷凝热阻 一般很小，但须注意一般很小，但须注意及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝性气体及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加；在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加；管壁热阻管壁热阻 一般可以忽略；一般可以忽略；iiRK11100138 管内壁溶液一侧的垢层热阻管内壁溶液一侧的垢层热阻 取决于溶液的取决于溶液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的方法性质及管内液体的

33、运动状况。降低垢层热阻的方法是定期清理加热管，加快流体的循环速度，或加入是定期清理加热管，加快流体的循环速度，或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析出的微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析出的物料时可加入少量晶种，使结晶尽可能分散在溶液物料时可加入少量晶种，使结晶尽可能分散在溶液的主体中，而不是在加热面上析出；的主体中，而不是在加热面上析出；管内沸腾给热热阻管内沸腾给热热阻 主要决定于沸腾液体主要决定于沸腾液体的流动情况。的流动情况。2 2、管内汽液两相流动形式管内汽液两相流动形式 3 3、管内沸腾给热管内沸腾给热iRi139管内汽液两相流动形式管内汽液两相流动形式在蒸发器、冷凝器

34、或再沸器中，常出现管内汽液两相同时流在蒸发器、冷凝器或再沸器中，常出现管内汽液两相同时流动的情况。在不同的设备条件动的情况。在不同的设备条件(管径、倾斜度管径、倾斜度)、操作条件、操作条件(汽汽液相流量液相流量)和物性和物性(汽液相粘度、密度和表面张力汽液相粘度、密度和表面张力)下，管内呈下，管内呈现不同的流动型式。现不同的流动型式。40管内沸腾给热管内沸腾给热 图表示加热管内汽液两相流动的图表示加热管内汽液两相流动的状况，流体自下而上通过加热管。状况，流体自下而上通过加热管。在加热管底部，液体尚未沸腾，液在加热管底部，液体尚未沸腾，液体与管壁之间的传热是单相对流给体与管壁之间的传热是单相对流

35、给热。热。在沸腾区内，沿管长气泡逐渐增在沸腾区内，沿管长气泡逐渐增多，管内流动由气泡流、塞状流、多，管内流动由气泡流、塞状流、翻腾流直至环状流，给热系数也依翻腾流直至环状流，给热系数也依次增大，当两相流动处于环状流时，次增大，当两相流动处于环状流时，使流动液膜与管壁之间的给热系数使流动液膜与管壁之间的给热系数达最大值。达最大值。如果加热管足够长，液膜最终被如果加热管足够长，液膜最终被蒸干而出现雾流，给热系数又趋下蒸干而出现雾流，给热系数又趋下降。因此，为提高全管长内的平均降。因此，为提高全管长内的平均给热系数，应尽可能扩大环状流动给热系数，应尽可能扩大环状流动的区域。的区域。41二、多效蒸发效

36、数的限制二、多效蒸发效数的限制 效数增多，设备的生产强度降低，而加热蒸汽经济性效数增多，设备的生产强度降低，而加热蒸汽经济性提高，因此，必须合理选择效数以便设备费和操作费之提高，因此，必须合理选择效数以便设备费和操作费之和最少。这是一个优化问题。和最少。这是一个优化问题。另外，实际蒸发操作由于存在温度差损失，效数另外，实际蒸发操作由于存在温度差损失，效数的增加将受到技术上的限制。的增加将受到技术上的限制。当加热蒸汽温度与冷凝器温度固定的条件下，效当加热蒸汽温度与冷凝器温度固定的条件下，效数增加，各效的传热温差损失的总和也将随之增加，数增加，各效的传热温差损失的总和也将随之增加，致使有效的传热温

37、差减少，设备的生产强度下降。致使有效的传热温差减少，设备的生产强度下降。这一因素使工业蒸发的效数受到限制。这一因素使工业蒸发的效数受到限制。显然，在设计过程中，两端点的总温差不得小于显然，在设计过程中，两端点的总温差不得小于各效的温度差损失之和，反之，若多效蒸发器两端各效的温度差损失之和，反之，若多效蒸发器两端点温度过低，其操作结果必然达不到指定的增浓程点温度过低，其操作结果必然达不到指定的增浓程度。度。42 图形总高度代表总图形总高度代表总的理论温度差的理论温度差t tT T，红色部分代表各种原红色部分代表各种原因造成的温度差损失，因造成的温度差损失，空白部分代表有效传空白部分代表有效传热温

38、差。从图可见，热温差。从图可见，双效蒸发较单效蒸发双效蒸发较单效蒸发的温度差损失大。效的温度差损失大。效数越多，温度差损失数越多，温度差损失越大，有效传热推动越大，有效传热推动力越小。力越小。单效蒸发改为双效蒸发时有效温差的变化单效蒸发改为双效蒸发时有效温差的变化43 三、多效蒸发计算三、多效蒸发计算 描述多效蒸发过程的参数很多，但各类参数之间受到一描述多效蒸发过程的参数很多，但各类参数之间受到一些基本方程的约束，这些基本方程可分为：物料衡算式，些基本方程的约束，这些基本方程可分为：物料衡算式，热量衡算式，传热速率式及物性函数式（如水蒸气性质，热量衡算式，传热速率式及物性函数式（如水蒸气性质，

39、物料热焓及沸点上升等）。物料热焓及沸点上升等）。对于设计型计算，一般给定：对于设计型计算，一般给定：原料状态：原料状态：F F ，t t0 0 ，ww0 0 完成液浓度：完成液浓度：ww冷凝器温度与加热蒸汽温度：冷凝器温度与加热蒸汽温度：T T ，T T0 0各效蒸发器的传热系数：各效蒸发器的传热系数：K Kj j要求加热蒸汽用量：要求加热蒸汽用量：D D每效传热面积：每效传热面积：A Aj j 447-3-4 7-3-4 提高加热蒸汽经济程度的其他措施提高加热蒸汽经济程度的其他措施 一、额外蒸汽的引出一、额外蒸汽的引出 不考虑同压力下蒸发潜热的差别，自蒸发的影响和不考虑同压力下蒸发潜热的差别

40、，自蒸发的影响和热损失等次要因素，并假设进料是在沸点下进入，则热损失等次要因素，并假设进料是在沸点下进入，则可认为每可认为每1kg1kg加热蒸汽可蒸发加热蒸汽可蒸发1kg1kg水。以三效蒸发器为水。以三效蒸发器为例（见图例（见图7-217-21）。45 额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出以三效蒸发器为例以三效蒸发器为例水的总蒸发量：水的总蒸发量：或或 推广至推广至 效：效：DW 11112EDEWW21223EEDEWW2132123EEDWWWW2131323EEWDn1211.21nEnEnnEnnnWD由上可以看出：由上可以看出：无额外蒸汽引出时，无额外蒸汽引出时，nWD 46 由于引出额外蒸

41、汽而多消耗的生蒸汽量：由于引出额外蒸汽而多消耗的生蒸汽量：而引出的蒸汽总量为：而引出的蒸汽总量为：121121 nEnEnnEnnD12111 nniiEEEE比较上面两式：可知，比较上面两式：可知，即引出额外蒸汽作为其它加热，即引出额外蒸汽作为其它加热设备的热源所需补充的生蒸汽量小于引出的额外蒸汽的总量，这设备的热源所需补充的生蒸汽量小于引出的额外蒸汽的总量，这比从锅炉内引出生蒸汽作为其他设备的加热热源合算。比从锅炉内引出生蒸汽作为其他设备的加热热源合算。，D D ，只要二次蒸汽的温度能满足要求，即越，只要二次蒸汽的温度能满足要求，即越后效引出越合算，蒸汽利用率越高，太后效引出的二次蒸汽没有

42、后效引出越合算，蒸汽利用率越高，太后效引出的二次蒸汽没有用，因为用，因为 ，用途有限。，用途有限。11niiED1EninininiiPiT47二、二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）二、二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）在单效蒸发中，可将二次蒸汽绝热压缩，然后将其送入蒸在单效蒸发中，可将二次蒸汽绝热压缩，然后将其送入蒸发器的加热室。二次蒸汽经压缩后温度升高，与器内沸腾发器的加热室。二次蒸汽经压缩后温度升高，与器内沸腾液体形成足够的传热温差，故可重新作加热剂用。这样，液体形成足够的传热温差，故可重新作加热剂用。这样，只须补充一定量的压缩功，便可利用二次蒸汽的大量潜热。只须补充一定量的压缩功，便可利用二次蒸汽

43、的大量潜热。实践表明，妥善设计的蒸汽再压缩蒸发器的能量利用率可实践表明，妥善设计的蒸汽再压缩蒸发器的能量利用率可胜过胜过3-53-5效的多效蒸发装置。此种蒸发器只在启动阶段需效的多效蒸发装置。此种蒸发器只在启动阶段需要加热蒸汽，故在缺水地区、船舶上尤为适用。要加热蒸汽，故在缺水地区、船舶上尤为适用。但是，要达到较好的经济效益，压缩机的压缩比不能太大。但是，要达到较好的经济效益，压缩机的压缩比不能太大。这样，二次蒸汽的温升不可能高，传热推动力不可能大，这样，二次蒸汽的温升不可能高，传热推动力不可能大，而所需的传热面则必然较大。如果溶液的浓度大而沸点上而所需的传热面则必然较大。如果溶液的浓度大而沸

44、点上升高升高(或者所需的压缩比将增大或者所需的压缩比将增大)，则经济上就会变得不合，则经济上就会变得不合理。理。4849 三、冷凝水热量的利用（图三、冷凝水热量的利用（图7-237-23）50第四节第四节 蒸发设备蒸发设备蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多样的形式，以适应各种生产工艺的不同要求。按照溶样的形式，以适应各种生产工艺的不同要求。按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器主要分为循液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器主要分为循环型和单程型（不循环）两类。环型和单程型（不循环）两类。7-4-17-4-1蒸发器蒸发器一、循环型蒸发

45、器一、循环型蒸发器 自然循环：由加热程度不同引起密度差自然循环：由加热程度不同引起密度差强制循环：由机械泵使其运动强制循环：由机械泵使其运动蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备511 1、中央循环管式蒸发器、中央循环管式蒸发器 列管中央有一直径较大的管子列管中央有一直径较大的管子结构简单、投资小结构简单、投资小但循环速度小但循环速度小 u u 0 0 .5.5 mm /s s加热室不易清洗加热室不易清洗522 2、外加热式蒸发器外加热式蒸发器 加热室和分离室分开加热室和分离室分开，有一有一较长循环管，较长循环管，(管长与直径管长与直径之比之比L Ld=50-100)d=

46、50-100)，且液，且液体下降管体下降管(又称循环管又称循环管)不再不再受热。此两点都有利于液体受热。此两点都有利于液体在器内的循环，循环速度可在器内的循环，循环速度可达达1.5m1.5ms s。且加热管便于清洗、更换。且加热管便于清洗、更换。533 3、强制循环蒸发器、强制循环蒸发器 加热室底部装有一循环泵加热室底部装有一循环泵,循环速度大循环速度大,循环速度可达循环速度可达1.8-5 m1.8-5 ms s，所以，所以较大。较大。特别适用于蒸发粘稠溶液。特别适用于蒸发粘稠溶液。54二、液膜式蒸发器（单程型）二、液膜式蒸发器（单程型）前者均有循环过程、停留时间长，对热敏性物料不适合前者均有

47、循环过程、停留时间长，对热敏性物料不适合因此为减小停留时间，发展了液膜式蒸发器。因此为减小停留时间，发展了液膜式蒸发器。1 1、升膜式蒸发器、升膜式蒸发器 原料经预热，由底部进入，原料经预热，由底部进入，由管内向上，成膜状。由管内向上，成膜状。膜状蒸发，膜状蒸发，较大，但有液较大，但有液柱静压作用，其沸点会升高。柱静压作用，其沸点会升高。适合于：蒸发量较大（较稀的适合于：蒸发量较大（较稀的溶液），易生成泡沫及热敏性溶液），易生成泡沫及热敏性物料。物料。不适用于：高粘度，易结晶、不适用于：高粘度，易结晶、结垢的溶液。结垢的溶液。552 2、降膜式蒸发器、降膜式蒸发器 原料经预热，由顶部加原料经预

48、热，由顶部加入，由分布器分布成膜入，由分布器分布成膜状向下运动，此种蒸发，状向下运动，此种蒸发，静压作用小，但需静压作用小，但需有较好分布器，它适合有较好分布器，它适合粘度较大溶液的蒸发及粘度较大溶液的蒸发及热敏性物料。热敏性物料。不适用于：易结晶的物不适用于：易结晶的物料。料。563 3、旋转刮片式蒸发器、旋转刮片式蒸发器 加热室为一有夹套的加热室为一有夹套的空心圆筒，内装有机空心圆筒，内装有机械转动刮板。械转动刮板。适合于高粘度、易结适合于高粘度、易结晶、易结垢的浓溶液晶、易结垢的浓溶液的蒸发。的蒸发。缺点：结构复杂，制缺点：结构复杂，制造要求高，加热面不造要求高，加热面不大，且需要消耗一

49、定大，且需要消耗一定的动力。的动力。57三、直接加热蒸发器三、直接加热蒸发器把可燃性气体直接通入把可燃性气体直接通入溶液中燃烧，使其沸腾，溶液中燃烧，使其沸腾，传热效率高，适合易结传热效率高，适合易结垢、易结晶或有腐蚀性垢、易结晶或有腐蚀性物料蒸发。物料蒸发。但不能处理热敏性及不但不能处理热敏性及不能被燃气污染的物料。能被燃气污染的物料。58四、蒸发器的选型四、蒸发器的选型选型原则选型原则1 1、溶液的性质、溶液的性质溶液的粘度溶液的粘度溶液的热敏性溶液的热敏性有无结晶析出有无结晶析出易发泡起沫性易发泡起沫性溶液的腐蚀性溶液的腐蚀性有无腐蚀性有无腐蚀性2 2、溶液的处理量、溶液的处理量597-

50、4-2 7-4-2 辅助设备辅助设备 蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、疏水器、真空蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、疏水器、真空泵等。泵等。一、除沫器除沫器 蒸发器内产生的二次蒸汽夹带着许多液沫，尤其是处理易蒸发器内产生的二次蒸汽夹带着许多液沫，尤其是处理易产生泡沫的液体，夹带现象更为严重。蒸发器上部有足够大的产生泡沫的液体，夹带现象更为严重。蒸发器上部有足够大的汽液分离空间，可使液滴藉重力沉降下来。此外，常在蒸发器汽液分离空间，可使液滴藉重力沉降下来。此外，常在蒸发器中设置各种形式的除沫器，以尽可能完全地分离液沫。中设置各种形式的除沫器，以尽可能完全地分离液沫。丝网式除沫器丝网式除沫器 折流动板式