化工原理（上冊(cè)）

化工原理6蒸發(fā)6.1概述定義：

濃縮溶液不揮發(fā)溶質(zhì)與揮發(fā)性溶劑分離，獲得濃度高的溶液或溶劑；加熱（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸發(fā)器分類：

蒸汽利用：?jiǎn)涡А⒍嘈д舭l(fā)；

壓力：常壓蒸發(fā)，加壓蒸發(fā)，減壓（真空）蒸發(fā).減壓（真空）優(yōu)點(diǎn)：1）省傳熱面積；2）利用低壓（廢熱）蒸汽；3）適用熱敏性溶液；4）熱損失減少。

缺點(diǎn)：1）μ

↗、α↙、K↙；

2）減壓裝置、能耗。

流程：敘述P281圖6-1傳熱過程

蒸發(fā)基本流程.swf

真空泵緩沖罐水分離器混合冷凝器冷卻水二次蒸汽冷凝水疏水器加熱室加熱蒸汽原料液蒸發(fā)室完成液不凝氣體特點(diǎn)：１.沸點(diǎn)升高，Δt變小２．節(jié)省能源，大量汽化大量蒸汽消耗３．物料的工藝特性，析晶、結(jié)垢、分解、熱敏性、高粘、強(qiáng)腐蝕設(shè)備差異：與換熱器相比加熱室＋分離室（蒸發(fā)室）詳細(xì)在后面介紹重點(diǎn)：

１．根據(jù)任務(wù)選擇與設(shè)計(jì)蒸發(fā)器２．如何提高設(shè)備的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性可以替代的節(jié)能新單元操作：膜分離技術(shù)等

用于海水脫鹽，低濃度組分提取，藥物濃縮，菌種等熱敏性物質(zhì)處理6.2蒸發(fā)器的形式

一結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)加熱室+分離室

循環(huán)型:自然循環(huán)型--中央循環(huán)型中央循環(huán)管式蒸發(fā)器.swf、懸筐式懸筐蒸發(fā)器.swf、外熱式外加熱式蒸發(fā)器.swf、列文式列文式蒸發(fā)器.swf強(qiáng)制循環(huán)型強(qiáng)制循環(huán)管式蒸發(fā)器.swf

P282圖6-2、6-3，6-4

單程式（不循環(huán)）：升膜升膜式蒸發(fā)器.swf、降膜降膜式蒸發(fā)器.swf、升-降膜、刮板式轉(zhuǎn)子式刮板蒸發(fā)器.swf、攪拌薄膜

P285圖6-5，6-6，6-7、10

浸沒燃燒式：煙道氣直接式直接接觸式蒸發(fā)器.swf

P286圖6-8

二選型原則:滿足工藝要求、保證質(zhì)量，能力大，簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)。

三輔助裝置

P287圖6-9、10除沫器除沫器的主要形式.swf

冷凝器干式逆流高位冷凝器.swf

真空裝置---氣體壓送裝置懸筐列文單效外循環(huán)攪拌薄膜刮板浸沒燃燒升膜降膜三效升降膜蒸發(fā)器果汁蒸發(fā)器三效蒸發(fā)器加熱室蒸發(fā)室原料F,x0,t0,c0,

h0加熱蒸汽D,Ts,Hs完成液L=F--W,x,t,c,h冷凝液D,Ts,hs二次蒸汽W,T1',H熱損失

QlAFWLDkg/h,x0x質(zhì)量%,Ts,

T1',

t0t,℃,Hs

hsHhkJ/kg,c0,ckJ/(kg.K),

Ql

kJ/h6.3單效蒸發(fā)的計(jì)算

單效蒸發(fā)計(jì)算示意圖—P394圖6-13符號(hào)說明

計(jì)算項(xiàng)目：蒸發(fā)量Wkg/h；加熱蒸汽消耗量D（Q）kg/h；

蒸發(fā)器的傳熱面積Am2

已知條件：生產(chǎn)任務(wù)與操作條件-------原料液的流量F、溫度t0、濃度x0(質(zhì)量分率)；完成液的濃度x；加熱蒸汽的壓強(qiáng)ps(pa)(Ts)；

冷凝器內(nèi)的壓強(qiáng)P(pa)依據(jù)：物料衡算式、焓衡算式、傳熱速率方程式一、蒸發(fā)量的計(jì)算總F=L+W溶質(zhì)不揮發(fā)Fx0=Lx=(F–W)x

二、加熱蒸汽消耗量的計(jì)算蒸汽在飽和溫度下排出冷凝液

DHs+Fh0=Lh+WH+Dhs+QlD(Hs–hs)+Fh0=(F–W)h+WH+Ql

則0℃液體焓為零（基準(zhǔn)）、忽略濃縮熱：

hs=C*Ts–0=C*Ts；h0=C0t0–0=C0t0；h=Ct–0=Ct；

則

D(Hs–C*Ts)+FC0t0=(F–W)Ct+WH+Ql

C0=C*(1–x0)+CBx0C=C*(1–x)+CBxC*溶劑、CB溶質(zhì)kJ/kg.K

當(dāng)x<0.2C0

≈C*(1–x0)C≈C*(1–x)若忽略濃縮熱則∵Hs–C*Ts=RH–Ct≈r(H–C*T=r若C≈C*)

如沸點(diǎn)進(jìn)料t0=t,又C≈C0

及Ql=0

則D=W(H–Ct)/R≈Wr/R

orD/W=(H–Ct)/R≈r/R--單位蒸汽消耗量

表示經(jīng)濟(jì)程度，1~1.1三、蒸發(fā)器的傳熱面積

Q=D(Hs–hs)orQ=DR（熱損失通過溶液再?gòu)耐獗诿孀撸?/p>

或?qū)τ跇?biāo)準(zhǔn)型的（熱損失直接通過外壁面走）Q傳=DR--Ql

Δtm=Δt=Ts–t沸點(diǎn)

P291,關(guān)鍵是α２的提高,減少污垢、提高流速等

α1不凝性氣體排放例1單效蒸發(fā)計(jì)算在單效蒸發(fā)器中每小時(shí)將2000kg的某種水溶液從10℅連續(xù)濃縮到30℅，蒸發(fā)操作的平均壓強(qiáng)為40kpa，相應(yīng)的溶液沸點(diǎn)為80℃，加熱蒸汽絕壓為200kpa，原料液的比熱為3.77kJ/kg.K，蒸發(fā)器的熱損失為12000W，假設(shè)溶液的稀釋熱可忽略，不考慮C與C0的區(qū)別，若K=1500W/(m2.K)，試求：（1）蒸發(fā)量W；（2）原料液溫度分別為30℃。80℃與120℃時(shí)的加熱蒸汽消耗量D，并比較它們的經(jīng)濟(jì)性；（3）30℃，80℃，120℃進(jìn)料下所需的傳熱面積A.解：（1）蒸發(fā)量WW=F(1-x0/x)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg/h（2）加熱蒸汽消耗量DD=[F(Ct-C0t0)+Wr+Q1]/R壓強(qiáng)為40kpa,200kpa飽和蒸汽的汽化潛熱分別為2312和2205kJ/kg料液溫度為30℃時(shí)的蒸汽消耗量：

D=[20003.77(80-30)+13332312+120003.6]/2205=1588kg/h單位蒸汽消耗量D/W=1588/1333=1.19料液溫度為80℃時(shí)，則D=(13332312+120003.6)/2205=1417kg/hD/W=1417/1333=1.06

料液溫度為120℃時(shí)，則D=[20003.77(80-120)+13332312+120003.6]/2205=1280kg/hD/W=1280/1333=0.96由以上計(jì)算可知，原料液的溫度越高，蒸發(fā)1kg水所消耗的加熱蒸汽量越少.（3）A=Q/{K(Ts-t1)}=DR/{K(Ts-t1)}

200kpa沸點(diǎn)Ts=120.2℃t1=80℃30℃A=[158822051000]/[36001500(120.2-80)]=16m280℃A=[141722051000]/[36001500(120.2-80)]=14.4m2120℃A=[128022051000]/[36001500(120.2-80)]=13m2

四焓濃圖熱效應(yīng)—稀釋熱（濃縮熱）,焓濃圖P293圖6-12縱坐標(biāo)—焓,橫坐標(biāo)—溶液濃度,曲線---等溫線其中h,h0查圖五蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與生產(chǎn)強(qiáng)度

P299

生產(chǎn)能力

Wkg/hQA生產(chǎn)強(qiáng)度—評(píng)價(jià)性能Ukg/m2.hTst→Δtm但受限制

K↑Δtm↑→U↑α2→

K,不凝性氣體排出，增大u，清除垢層等可增K。焓濃度一組溫度線焓--濃圖水沸點(diǎn)溶液沸點(diǎn)質(zhì)量濃度線杜林規(guī)則圖

6.4溶液沸點(diǎn)和溫度差損失沸點(diǎn)升高原因：濃度↑，液柱高度↑

Δ=t-T1ˊ

t

溶液沸點(diǎn)，T1ˊ

相同壓力下水的沸點(diǎn)，二次蒸汽飽和溫度。有效溫度差Δt<

理論溫度差ΔtT

ΔtT-Δt=（Ts-

T1ˊ）-（Ts-

t）=Δ沸點(diǎn)升高或溫度差損失

Δ引起原因：1溶液蒸汽壓下降Δˊ2液柱靜壓強(qiáng)Δˊˊ3管路流體阻力ΔˊˊˊT1ˊ根據(jù)冷凝室壓強(qiáng)定Δ=Δˊ+Δˊˊ+Δˊˊˊ

T1ˊ根據(jù)蒸發(fā)室壓強(qiáng)定則Δ=Δˊ+Δˊˊ

溫度差損失計(jì)算Δˊ沸點(diǎn)計(jì)算法杜林規(guī)則圖Δˊˊ靜壓強(qiáng)計(jì)算查水蒸氣表Δˊˊˊ1℃末效1.5℃（一）Δˊ計(jì)算Δˊ與種類、財(cái)濃度、稠操作壓強(qiáng)維有關(guān)，Δˊ=戶tA-T1ˊ1.庭tA常壓下您測(cè)定溶睛液沸點(diǎn)可查加減壓下Δˊ=f匆Δ0ˊΔ0ˊ—常壓面可貓測(cè)T1ˊ相同壓強(qiáng)截下水的沸酸點(diǎn),rˊ實(shí)際壓強(qiáng)臘下二次蒸驗(yàn)汽的汽化濤潛熱2.扣杜林規(guī)眨則計(jì)算tA兩組溶液款沸點(diǎn)與純?cè)核悬c(diǎn)（枯壓力對(duì)應(yīng)浮相同）數(shù)撈據(jù)構(gòu)成直膏線則其他窩可查圖賣線P29郵0圖6-1厘1（二）Δˊˊ計(jì)算pm=p+滴ρgL蘿/2p二次蒸汽播壓強(qiáng)paΔˊˊ=彈Tpm-Tp查水沸點(diǎn)（三）Δˊˊ份ˊ計(jì)算與流速被、物性司、尺寸侮有關(guān)。監(jiān)可通過恥阻力公參式計(jì)算詠，取1℃,末效1惕~1.5℃.Δ—沸點(diǎn)、選裙擇加熱蒸端汽壓強(qiáng).例1籃：溫度深差損失爛的計(jì)算某垂直長(zhǎng)綠管蒸發(fā)器陽(yáng)用于蒸發(fā)或氫氧化鈉膜水溶液。畜蒸發(fā)器內(nèi)夏的液面高辦度約3m，已知完那成液的鼠濃度為此50%扯（質(zhì)量盾），密摸度為1集500kg/m3，加熱用寨飽和蒸喜汽的壓真強(qiáng)（表哭壓）為罰0.3Mpa伏，冷凝器真握空度為5宅3Kpa，求傳熱溫啞度差。解：由線附表中姻的水蒸煮汽表查稠出水蒸鴿汽的飽價(jià)和溫度掘?yàn)椋罕韷?.3Mpa下Ts=14只3.5特℃，絕壓48.擱3kpa下Tp=80.李1℃蒸發(fā)器址內(nèi)的液欄體充分蜜混合，椒器內(nèi)溶熊液濃度住即為完最成液的戀濃度。山由圖6脾-11育可以查煌得水的迎沸點(diǎn)為帖80.帽1℃時(shí)努50%華氫氧化雨鈉溶液島的沸點(diǎn)攻為12墳0℃。打溶液蹤蝶的沸點(diǎn)研升高Δ′=釘120俗-80嗎.1=泉39.嘩9℃液面高度L為3m，取Pm=瘦P+1芳/2ρ掌gL=及48.計(jì)3*1壺000禁+0.瞧5*3隱*15扮00*封9.8矩1=70.環(huán)37k碎pa查此壓紗強(qiáng)下水剝的沸點(diǎn)Tpm為90.插02℃,勤故因溶液營(yíng)靜壓頭而乏引起的溫糖度升高Δ′′=畏90.0惡-80.所1=9.辰9℃因在冷凝蟻器故取Δ′′′截=1.稱5℃總溫差匪損失Δ=Δ′響+Δ′′拜+Δ′′憑′=39大.9+9杰.9+腎1.5粉=51.督3℃有效傳熱青溫差Δt=（珠Ts-Tp）-Δ=瘋（143作.5-8體0.1）州-51.即3=12殺.1℃例2：?jiǎn)蕟涡д舭l(fā)城器設(shè)計(jì)型包計(jì)算采用真空潤(rùn)蒸發(fā)將質(zhì)迅量濃度為極20%的凡氫氧化鈉撒水溶液在盜蒸發(fā)器縣中（上例覺所述）濃速縮到50熊%，進(jìn)料近溫度為6寒0℃，加料易量為1危.5kg/s，已知蒸發(fā)挑器的傳熱哭系數(shù)為1順560w/m2k，求加熱六蒸汽消殲耗量及規(guī)蒸發(fā)器綠的傳熱薪面積。失設(shè)蒸發(fā)撕器的熱患損失為籮加熱蒸中汽消耗墓量的3蛋%.解：由物呼料衡算式掉可求出水緞份蒸發(fā)量W=F（究1-x0/x)=責(zé)1.5（脆1-0.時(shí)2/0.齡5）=0定.9kg玻/s按上例菊，蒸發(fā)蔬器中溶捷液的溫艦度（完什成液的夜沸點(diǎn)）帆為t=1哥43.蹄5-12.晌1=1紫31.府4℃由圖6討-12用可查的煙氫氧化勝鈉水溶加液的熱擋焓為：原料液炒濃度2鴿0%備60℃h0=220喊kJ/k恐g完成液濃肢度50%檢131冠.4℃h=65冶0kJ/軋kg由水蒸圍汽表查謝得表壓0桌.3Mpa下143.簡(jiǎn)5℃水藥蒸汽的重潛熱R=2誕138穿kJ術(shù)/kg絕壓48遷.3kpa下水蒸汽的熱焓r=26盲43kJ/螺kg由熱量衡垂算式可得論加熱蒸汽橋用量DR+文Fh0=（F扛-W）泰h+W閱r+0輸.03尼DRD=(1冷/0.9通7R)[己F(h-要h0)+W豆(r-師h)]=[(端1/0止.97213帽8)]蓬[1.暢5(6伴50-揮220賺)+0隸.9(棟264察3-6濁50)寨]=1.兔176植kg桃/s加熱蒸汽留經(jīng)濟(jì)性W/D黃=0.顧9/1唐.17膽6=0部.76述5蒸發(fā)器熱弱負(fù)荷Q=D身R=1芒.172138畢=251郵4kw由傳熱速周率方程式麗求出傳熱脆面積A=Q園/KΔt=251謠4100狡0/（壘156花012.痰1）=谷133姐.2m26.5驕多緒效蒸發(fā)節(jié)省能碧量—加粉熱蒸發(fā)要求后息一效的赤操作壓攪強(qiáng)和溶資液的沸盜點(diǎn)都要床比前一嶄效的低償，后一效的距加熱室成藥為前一效波二次蒸汽東的冷凝器幟。單效D/W稍=1雙效D/W=繭1/2三效D/W越=1/段3四效1躍/4婚五效1蒜/5實(shí)際帥1.言1序0.尚57浙0.4靠0傻.3湯0.跑27由于存憐在溫度尸差損失拿和蒸發(fā)掃的熱損滾失Ql一多效材蒸發(fā)流程識(shí)—加料方蹄式并流（縣順流）?。喝芤汉驼舸榔牧飨驂南嗤⒘骷铀土狭鞒烫?swf優(yōu)點(diǎn)：距不用泵謙，恭自行嫩蒸發(fā)—累閃蒸P296圖6-1告4缺點(diǎn)：C↑，t攝↓，K↓逆流：逆流加料陳蒸發(fā)流程左1.swf原料液夢(mèng)末效進(jìn)揀；用泵艘往前打會(huì)；完成液棵由第一叢效出，盾蒸汽由艷第一效慕到末效蓬。優(yōu)點(diǎn)：C↑，T盤↑，μ近似不綠變，K相近；P29末7圖6-1醒5缺點(diǎn)：用泵，t0<t，二次蒸骨汽少。宜：μ隨C、t變化大；士不宜農(nóng)：熱敏性平流：平流加料伸蒸發(fā)流程成.swf原料液分懷別加入各查效、完成擔(dān)液分別排擁出，蒸瘡汽的流向詞由第一效默到末效。牌適宜：有詞結(jié)晶析出途。P29址7圖6-祥16錯(cuò)流：額外蒸汽帥引出—加艘熱原料二悼計(jì)算已知：F、x0、t0、Ps、P時(shí)、題x項(xiàng)目：tiD犁WiAi依據(jù)：幫物料衡年算、推焓衡算型、傳紡熱速率梁方程，罵方程聯(lián)幕立，愧試謀差。步驟：t末→ΣW悟Wixi→Δt煉Δ夢(mèng)ti→xiWiQi比較→Ai→Ai相等三、與單膜效比較1溫奔度差損失n↑收Δ↑菠Δt↓弄;哀L.茄Δpf2經(jīng)濟(jì)性n↑芹D/W怪↓3生產(chǎn)能輕力與生涌產(chǎn)強(qiáng)度UQ=K贈(zèng)AΔt約,稠Q=蘭Q1+Q2+Q3=KA銅(Δt1+Δt2+Δt3)=坊KAΔ檔t無Δ時(shí)生產(chǎn)候能力W相同恢;有Δ時(shí)則筋生產(chǎn)能永力W↓;生產(chǎn)強(qiáng)轉(zhuǎn)度U厚W/A咽↓4效數(shù)限制為與最佳效吹數(shù)n↑用ΣΔ↑捆Δt↓茅K↓;山n↑妙D/W↓操作費(fèi)↓投資費(fèi)↑;n↑遣W↓輔U電↓電解質(zhì)凝2~3甲效,斷非電解荒質(zhì)4~6爪,海余水淡化2毯0~30派效沒.5椒提高加堡熱蒸汽浸經(jīng)濟(jì)性松的其他踐措施a額外蒸汽控引出:引出額外塑蒸汽的蒸纖發(fā)流程.swfD=W/逃n+(n違-1)E1/n+梅(n-貸2)E2/n+…倡…+En-1/nE1……En-1引出額外挖蒸汽用于栽加熱原料批;ΔEi>ΔD壓力不同鞭,潛熱協(xié)不同,A↑b二次蒸倆汽再壓竹縮—熱泵蒸仁發(fā)器:p↑渣t↑星Δ沸t>0c冷凝水自徒蒸發(fā)—產(chǎn)生苗低壓蒸腹汽蒸發(fā)重需點(diǎn)：生蒸汽、累二次蒸汽瀉、區(qū)別P280蒸發(fā)流程P28鐘1真空蒸發(fā)悄特點(diǎn)蒸發(fā)設(shè)羽備P282溫度差損丙失、原因鞋與計(jì)算P289提高K的方法P29床2焓濃圖P29濟(jì)3物料衡楊算W現(xiàn)P29擋4焓衡算D榮P禮294傳熱面積掌計(jì)算A劣P29儉5多效流侄程及特固點(diǎn)P29表6優(yōu)缺點(diǎn)P29澇8經(jīng)濟(jì)性W/D村P勻298生產(chǎn)強(qiáng)遇度W/A則P敬299提高經(jīng)濟(jì)死性的措施P303習(xí)題課例1劈燕在單銳效真空油蒸發(fā)器壯中，將遣流率為厚100屠00kg/社h的某水溶冠液從10介%濃縮到濫50%，臘原料液溫頂度為31℃，估計(jì)溶怠液沸點(diǎn)升壇高為7℃，蒸發(fā)歌室的絕圈對(duì)壓強(qiáng)寶為20kPa，加熱蒸灣汽壓強(qiáng)用為20石0kPa（絕壓），事冷凝水出穩(wěn)口溫度為龜79℃，已知總分傳熱系數(shù)萬為100克0W/(禮m2.K)，熱損失避可忽略也，試估折算加熱欄蒸汽消持耗量和油蒸發(fā)器由的傳熱虧面積。輸20kPa下飽和魔蒸汽溫距度為6珍0.1℃，汽化潛敞熱235儉5kJ/k情g，20明0kPa下飽和才蒸汽溫伙度為1屯20.北2℃，汽化莊潛熱2扔205kJ/k運(yùn)g，焓H=27后09k摘J/kg蹤蝶。解：溶液缺沸點(diǎn)t=T1'+Δ=60唉.1+7皆=67.茂1℃水分蒸飼發(fā)量W=F辭(1–恨x0/x)=辨1000忠0(1-昆0.1/迷0.5)臭=800心0kg/步h溶液比欺熱C0=4.掉187教(1-揀x0)=4.亮187(古1-0.脖1)=3鄭.77k流J/kg扁.K由蒸發(fā)些器熱量織衡算可斥知：Q=FC0(t–限t0)+點(diǎn)Wr扇+Ql=10證000×3.7醉7×(67挽.1-此31)蟲+80扮00×235拒5+0慎=2.租02×107kJ/紗h=5.6袖1