1、化工節(jié)能技術(shù)化工節(jié)能技術(shù) 汪莉TEL四章第四章 能量傳遞過程能量傳遞過程的節(jié)能的節(jié)能 目目 錄錄傳熱節(jié)能的理論基礎(chǔ)傳熱方程與傳熱節(jié)能傳熱效率與傳熱單元及其合理選取蒸發(fā)操作的節(jié)能各種干燥裝置目目 錄錄蒸發(fā)操作的節(jié)能蒸發(fā)過程的熱力學(xué)分析傳熱過程的節(jié)能干燥過程的節(jié)能干燥介質(zhì)對干燥過程的影響正確選擇影響干燥過程的因素第二節(jié)第二節(jié) 蒸發(fā)操作的節(jié)能蒸發(fā)操作的節(jié)能蒸發(fā)是濃縮溶液的化工單元操作。 在工業(yè)上采用加熱沸騰的方法使溶液中部分溶劑汽化，溶液濃縮。 是消耗大量的熱能的過程，對這一過程從熱力學(xué)角度進行分析，不僅從數(shù)量上而且從質(zhì)量上研究能量的利用與轉(zhuǎn)換，以便指導(dǎo)節(jié)能工作。一、蒸發(fā)過

2、程的熱力學(xué)分析一、蒸發(fā)過程的熱力學(xué)分析5加熱蒸汽加熱蒸汽 D、T、H原料液原料液F、X0、t0、h0加熱室加熱室蒸發(fā)室蒸發(fā)室冷凝水冷凝水D、T、h完成液完成液（F-W）、）、X1、t1、h1熱損失熱損失 QL二次蒸汽二次蒸汽W、T、H1 1、蒸發(fā)過程的熱量衡算、蒸發(fā)過程的熱量衡算對單效蒸發(fā)作熱量衡算，得加熱蒸汽消耗量：對單效蒸發(fā)作熱量衡算，得加熱蒸汽消耗量： h/kgrQWrttFCDL01P0 rr汽化潛熱，汽化潛熱， kJ/kgkJ/kg。 從上式可見，消耗的熱量主要供給產(chǎn)生二次蒸汽所需的從上式可見，消耗的熱量主要供給產(chǎn)生二次蒸汽所需的汽化潛熱。一般單效蒸發(fā)時，每蒸發(fā)汽化潛熱。一般單效蒸發(fā)

3、時，每蒸發(fā) 1kg 1kg 水，需加熱蒸汽量水，需加熱蒸汽量約為約為 1.1kg1.1kg。熱源的溫度越高，有效能越大，溫差越大，有。熱源的溫度越高，有效能越大，溫差越大，有效能損失越大。效能損失越大。1 1、蒸發(fā)過程的熱量衡算、蒸發(fā)過程的熱量衡算7對于單效蒸發(fā)：蒸發(fā)器保溫不善而散熱于環(huán)境中，即QL；加熱蒸氣冷凝水帶出熱量；完成液帶出熱量；二次蒸汽帶走的熱量。溫度、壓力低于加熱蒸汽，但仍有較大的利用價值。2 2、蒸發(fā)器的熱損失、蒸發(fā)器的熱損失8 比較蒸發(fā)器的性能時，用生產(chǎn)強度作為比較標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)強度指單位傳熱面積上單位時間內(nèi)所蒸發(fā)的水(溶劑)量。 hm/kgAWU2 若沸點進料，并忽略熱損失，則

4、rtKUt加熱蒸氣溫度與溶液沸點之差(T-t)3 3、蒸發(fā)器的傳熱溫差、蒸發(fā)器的傳熱溫差9可見，要提高蒸發(fā)器的可見，要提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度生產(chǎn)強度，必須設(shè)法提高蒸發(fā)器，必須設(shè)法提高蒸發(fā)器的的傳熱溫差傳熱溫差和和總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)。 設(shè)傳熱量為設(shè)傳熱量為Q Q，高溫和低溫流體溫度分別為，高溫和低溫流體溫度分別為T Tn n和和T Tc c，環(huán)，環(huán)境溫度為境溫度為T T0.0.根據(jù)有效能損失的分析：根據(jù)有效能損失的分析：QTTTTTEchch0 xL可見溫差越大，不可逆性越大，有效能損失越大。因此必可見溫差越大，不可逆性越大，有效能損失越大。因此必須設(shè)法提高傳熱系數(shù)或者增大傳熱面積，通過經(jīng)濟分析

5、探須設(shè)法提高傳熱系數(shù)或者增大傳熱面積，通過經(jīng)濟分析探索最佳的溫差。索最佳的溫差。3 3、蒸發(fā)器的傳熱溫差、蒸發(fā)器的傳熱溫差10 提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強度的途徑，主要應(yīng)是提高總傳熱系數(shù)K?？倐鳠嵯禂?shù)取決于傳熱壁面兩側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)和污垢熱阻，在化工原理中已有詳細分析，這里主要介紹蒸發(fā)過程強化傳熱的新動向。管型的改造： 為了節(jié)約蒸發(fā)過程能耗，必須減少蒸發(fā)器中所需的傳熱溫差，就必須設(shè)法強化有相變過程的沸騰和冷凝傳熱。近年來，在乙烯分離、天然氣液化、海水淡化、深冷等行業(yè)中都在探索新型、高效的蒸發(fā)器3 3、蒸發(fā)器的傳熱溫差、蒸發(fā)器的傳熱溫差11冷凝器，特別要求在低溫差（t=2-30C）下仍能具備較高的傳熱系

6、數(shù)，以實現(xiàn)低能耗的目的。u內(nèi)外縱槽管。 總傳熱系數(shù)比光管提高2-3倍u縱槽管。 在冷凝側(cè)的管子表面開有縱槽，冷凝液沿槽下流，能將冷凝液從冷凝面及時排除，使傳熱面上的液膜減?。ü夤苌蠌纳系较乱耗ず穸戎饾u增加），管子從上到下熱阻都很小，冷凝傳熱系數(shù)有較大提高。適用于低溫差，主要用于有機物蒸汽的冷凝，如異丁烷冷凝時，有效溫差t=1.3-3.00C，4 4、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)12 冷凝傳熱系數(shù)提高4-6倍，只適用于立式冷凝器。管內(nèi)、外安裝縱向翅片、掛幾條直線，強化傳熱機理同縱槽管，但加工不便。u表面多孔管。 為了提高低溫差下的沸騰傳熱系數(shù)，在普通金屬管內(nèi)表面或外表面上加上一薄層多孔金屬

7、，多孔層一般為0.25-0.38mm厚，孔徑0.01-0.1mm，孔隙率65%左右。4 4、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)13 蒸發(fā)過程包括汽泡生成、汽泡成長、汽泡脫離、汽泡浮升四個步驟。因此，要強化大容積氣泡狀沸騰傳熱過程就必須增多汽化核心數(shù)和加強氣泡的脫離頻率。氣泡最容易在凹穴中產(chǎn)生，因為凹穴中易吸附氣體，而形成氣泡的胚胎，另外凹穴側(cè)壁易托住氣泡，使形成氣泡消耗功最小，可增加汽化核心數(shù)，使沸騰傳熱過程得到強化。同時利用表面張力作用，多孔金屬表面上保持一層極薄的液體，沸騰傳熱效果好，傳熱系數(shù)比一般光管提高10倍以上，強化效果十分顯著。4 4、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)14多孔管的

8、制造：據(jù)報道美國采用金屬粉末燒結(jié)法、德國采用金屬粉末噴鍍法、我國采用機械加工法。強化傳熱管對易結(jié)晶、結(jié)垢、高粘性、非牛頓性流體一般情況下不適用。如主要熱阻在管內(nèi)，也可采用某種管內(nèi)插入物，如扭帶（麻花片）、螺旋線、螺旋片等。4 4、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)15添加表面活性劑減小流體阻力來強化傳熱。表面活性劑降低了相介面間的張力，具有潤濕、乳化、分散、柔軟、平滑等性能。 表面活性劑在蒸發(fā)中強化傳熱的作用可解釋為：一是加強了傳熱壁面的潤濕，避免產(chǎn)生干點，使整個壁面都能有效地進行傳熱；二是能在汽液兩相流體間起潤滑的作用，使緊靠壁面的一層液膜進一步減薄，在管內(nèi)形成泡沫狀的環(huán)形流動，從而減小了熱

9、阻和流體在管內(nèi)流動的阻力。加入表面活性劑的優(yōu)點：管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)增大，可采用較小的溫差；另一優(yōu)點是加熱面覆蓋了一薄層表面活性劑，可阻止污垢黏附在壁面上，使沸騰側(cè)的壁面不生成垢層，保持清潔，強化傳熱。表面活性劑一般分為：陰離子型、陽離子型、兩性離子型、非離子型等。4 4、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)二、蒸發(fā)器與操作方式的經(jīng)濟性二、蒸發(fā)器與操作方式的經(jīng)濟性1 1、蒸發(fā)器的選型、蒸發(fā)器的選型蒸發(fā)器選型時應(yīng)考慮的問題：被蒸發(fā)液體的性質(zhì)，如黏度、熱敏性、發(fā)泡性、腐蝕性、結(jié)構(gòu)性能、是否結(jié)晶等。對選擇的蒸發(fā)器要求：滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量、較大的生產(chǎn)強度及經(jīng)濟的合理性。中央循環(huán)管式（標(biāo)準(zhǔn)式）蒸發(fā)器；

10、適用性：處理量大、結(jié)垢不嚴重、少量結(jié)晶析出、腐蝕性較小的溶液。廣泛用于糖、鹽、燒堿工業(yè)，國內(nèi)30%的小型氯堿廠普遍采用。缺點：溶液的循環(huán)速度低，一般0.5m/s以下；由于循環(huán)加熱室內(nèi)溶液與完成液濃度接近，黏度大影響傳熱，也使沸點高，有效溫差??；清洗、檢修不方便。17列文式蒸發(fā)器：特點：加熱室上部加一段相當(dāng)高度的沸騰室，產(chǎn)生的液柱壓強足以使加熱管內(nèi)溶液只受熱而不沸騰，避免溶質(zhì)在加熱管內(nèi)結(jié)晶析出形成垢層。適用性：我國30%-42%的大中型氯堿廠普遍采用。缺點：設(shè)備龐大，消耗金屬材料多； 由于液柱壓強沸點升高，加熱蒸汽壓強大；1 1、蒸發(fā)器的選型、蒸發(fā)器的選型18液膜（升膜、降膜）式蒸發(fā)器：特點：單

11、流型，液體在管內(nèi)沿管壁呈膜狀流動，傳熱效率高，停留時間短，適用于熱敏性介質(zhì)。適用性：升膜式，適應(yīng)黏度小于0.05Pas，蒸發(fā)量大，易分解、起泡、熱敏性介質(zhì)； 降膜式，蒸發(fā)量小，黏度在0.05-0.4Pas，熱敏性介質(zhì)； 刮板式，粘度超過1-10Pas以上機械成膜、易結(jié)晶、易結(jié)垢的物料；離心（疊片）式（離心力為重力的100倍以上），粘度較小，熱敏性要求極高，如果汁、牛奶、食品、制藥等。1 1、蒸發(fā)器的選型、蒸發(fā)器的選型19液膜蒸發(fā)器20 設(shè)內(nèi)置錐形旋轉(zhuǎn)加熱器21離心刮板式蒸發(fā)器離心刮板式蒸發(fā)器222 2、蒸發(fā)器的操作方式及經(jīng)濟性、蒸發(fā)器的操作方式及經(jīng)濟性為了節(jié)能、經(jīng)濟：采用多效蒸發(fā)、額外蒸汽的引出、熱泵蒸發(fā)、冷凝水自蒸發(fā)等措施。順（并）流加料的多效蒸發(fā)。適用于料液溫度較高或濃縮液在高