第五章蒸發(fā)1第五章1要求：1.了解蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及選型；2.掌握溫度差損失的計算、單效蒸發(fā)的計算及蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度；3.了解多效蒸發(fā)流程及計算；4.掌握多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較；5.了解蒸發(fā)器的工藝設(shè)計。2要求：2重點：1.溫度差損失的計算、單效蒸發(fā)的計算；2.多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較。3重點：3蒸發(fā)：使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作。4蒸發(fā)：使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中55加壓蒸發(fā)常壓蒸發(fā)真空蒸發(fā)分類：單效蒸發(fā)多效蒸發(fā)6加壓蒸發(fā)分類：單效蒸發(fā)6真空蒸發(fā)的特點：溶液沸點下降，有利于處理熱敏性物料，且可利用低壓強的蒸汽或廢蒸汽作為熱源；對相同壓強的加熱蒸汽，可提高傳熱總溫度差；溶液的粘度加大，總傳熱系數(shù)降低；對減壓系統(tǒng)，系統(tǒng)的投資費和操作費增加。7真空蒸發(fā)的特點：7蒸發(fā)過程的特點：（1）傳熱性質(zhì)：熱、冷流體都發(fā)生相變。（2）溶液性質(zhì)：蒸發(fā)過程中有結(jié)晶吸出、易結(jié)垢、產(chǎn)生泡沫、粘度變化大、有腐蝕性。（3）溶液沸點的改變（4）泡沫夾帶：二次蒸汽中常挾帶大量泡沫。（5）能源利用：如何利用二次蒸汽的能量。8蒸發(fā)過程的特點：85.1蒸發(fā)設(shè)備5.1.1蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：加熱室、分離器

循環(huán)型（非膜式）間接加熱蒸發(fā)器單程型（膜式）直接加熱蒸發(fā)器95.1蒸發(fā)設(shè)備5.1.1蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：加熱室、1.循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器1）中央循環(huán)管式（標準式）蒸發(fā)器

中央循環(huán)管截面積一般為加熱管總截面積的40～100%，循環(huán)速度：0.4～0.5m/s以下，適宜用于處理結(jié)垢不嚴重、腐蝕性小的溶液。101.循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器1011112）懸筐式蒸發(fā)器

環(huán)形截面積一般為加熱管總截面積的100～150%，循環(huán)速度：1.0～1.5m/s之間，適宜用于蒸發(fā)有晶體的溶液。缺點是設(shè)備耗材量大、占地面大、加熱管內(nèi)的溶液滯留量大。122）懸筐式蒸發(fā)器1213133）外熱式蒸發(fā)器加熱管長徑比為50～100，循環(huán)速度：可達1.5m/s。143）外熱式蒸發(fā)器1415154）列文蒸發(fā)器

循環(huán)管截面積一般為加熱管總截面積的200～350%，阻力小，循環(huán)速度高達2.0～3.0m/s，適宜處理晶體析出或易結(jié)垢的溶液。164）列文蒸發(fā)器1617175）強制循環(huán)蒸發(fā)器循環(huán)速度高達2.0～5.0m/s。處理粘度大、易結(jié)溝或易結(jié)晶的溶液。185）強制循環(huán)蒸發(fā)器1819192.膜式式（單程型）蒸發(fā)器1）升膜蒸發(fā)器：加熱管長徑比為100～150，管徑為25～50mm。二次蒸汽在加熱管內(nèi)的速度為20～50m/s，減壓下為：100～160m/s。處理蒸發(fā)量較大的稀溶液以及熱敏性或生泡的溶液。不適合處理易結(jié)晶、易結(jié)垢或粘度特大的溶液。202.膜式式（單程型）蒸發(fā)器2021212）降膜式蒸發(fā)器處理粘度較大的溶液、熱敏性物料。不適合處理易結(jié)晶、易結(jié)垢或粘度特大的溶液。222）降膜式蒸發(fā)器223）升—降膜蒸發(fā)器

處理粘度變化大的溶液。233）升—降膜蒸發(fā)器234）刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器葉片邊緣與管內(nèi)壁的間隙為0.25～1.5mm。處理高粘度、易結(jié)晶、易結(jié)垢或熱敏性溶液。結(jié)構(gòu)復雜、動力消耗大。244）刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器2425253.直接加熱蒸發(fā)器263.直接加熱蒸發(fā)器264.蒸發(fā)器的改進與發(fā)展1）開發(fā)新型蒸發(fā)器2）改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動狀況3）改進溶液的性質(zhì)274.蒸發(fā)器的改進與發(fā)展275.1.2蒸發(fā)器的輔助設(shè)備除沫器、冷凝器、真空系統(tǒng)裝置285.1.2蒸發(fā)器的輔助設(shè)備除沫器、冷凝器、真空系統(tǒng)裝置2829295.1.3蒸發(fā)器的選型從以下因素考慮：（1）溶液的粘度（2）溶液的熱穩(wěn)定性（3）有晶體析出時的溶液（4）易發(fā)泡的溶液（5）有腐蝕性的溶液（6）易結(jié)垢的溶液（7）溶液的處理305.1.3蒸發(fā)器的選型從以下因素考慮：305.2單效蒸發(fā)5.2.1溶液的沸點和溫度差損失1.溶液沸點升高

=t-T1

：溶液沸點升高值，oC；t：溶液的沸點，oC；T1：與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸汽的飽和溫度，oC。315.2單效蒸發(fā)5.2.1溶液的沸點和溫度差損失1.溶液2.傳熱的溫度差損失

tT-

t=

tT：理論上傳熱的溫度差，oC；

t

：實際傳熱的溫度差，oC。322.傳熱的溫度差損失32蒸發(fā)過程溫度差損失的原因：（1）溶液的飽和蒸汽壓下降；（2）加熱管內(nèi)液柱靜壓強；（3）管路流體阻力（多效蒸發(fā)）33蒸發(fā)過程溫度差損失的原因：331）由于溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失

1常壓：附錄二十三非常壓：經(jīng)驗公式、杜林規(guī)則341）由于溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失1常壓：附錄二十三35352）由于加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起的溫度差損失

11362）由于加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起的溫度差損失11363）由于管路流體阻力而引起的溫度差損失

111373）由于管路流體阻力而引起的溫度差損失111375.2.2單效蒸發(fā)的計算計算項目：（1）單位時間內(nèi)蒸發(fā)出的水分量，即蒸發(fā)量；（2）加熱蒸汽的消耗量；（3）蒸發(fā)器的傳熱面積。385.2.2單效蒸發(fā)的計算計算項目：3839391.蒸發(fā)量W2.加熱蒸汽消耗量D1）溶液稀釋熱不可忽略時401.蒸發(fā)量W2.加熱蒸汽消耗量D40

若加熱蒸汽的冷凝液在蒸汽的飽和溫度下排除，則：41若加熱蒸汽的冷凝液在蒸汽的飽和溫度下排除，則：4142422）溶液的稀釋熱可以忽略時

溶液的焓可以由比熱算出，則：432）溶液的稀釋熱可以忽略時43

若原料液預熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且熱損失可忽略，則：單位蒸汽耗量，kg/kg。44若原料液預熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且熱損失可忽略，則：3.傳熱面積S0453.傳熱面積S0454.管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式1）標準型蒸發(fā)器2）強制型蒸發(fā)器464.管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式2）強制型蒸發(fā)器463）升膜蒸發(fā)器4）降膜蒸發(fā)器473）升膜蒸發(fā)器4）降膜蒸發(fā)器475.2.3蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度1.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力：單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)量，單位：kg/h。生產(chǎn)能力的大小取決于傳熱速率Q，因此可用蒸發(fā)器的傳熱速率來衡量其生產(chǎn)能力。485.2.3蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度1.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力42.蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度生產(chǎn)強度：單位傳熱面積上單位時間內(nèi)的蒸發(fā)量，單位：kg/(m2﹒h)若原料沸點進料，且熱損失可忽略，則：492.蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度若原料沸點進料，且熱損失可忽略，則：49強化途徑：（1）適量增大傳熱溫度差加熱蒸汽最高壓強：300～500kPa冷凝器最低壓強：10～20kPa（2）增大總傳熱系數(shù)溶液沸騰傳熱系數(shù)、污垢熱阻50強化途徑：505.3多效蒸發(fā)為了降低加熱蒸汽的消耗量，可采用多效蒸發(fā)。效數(shù)

一效二效三效

四效

五效

(D/W)min

1.1

0.57

0.4

0.3

0.27

單位蒸汽消耗量515.3多效蒸發(fā)為了降低加熱蒸汽的消耗量，可采用多效蒸發(fā)。效5.3.1多效蒸發(fā)的操作流程按加料方式不同，多效蒸發(fā)流程有以下幾種:1.并流（順流）加料法的蒸發(fā)流程優(yōu)點：不用泵；多閃蒸一部分蒸汽。缺點：隨著濃度的升高，總傳熱系數(shù)下降。適用場合：處理粘度隨溫度和濃度變化不大的溶液。525.3.1多效蒸發(fā)的操作流程按加料方式不同，多效蒸發(fā)流程有53532.逆流加料法的蒸發(fā)流程優(yōu)點：各效的總傳熱系數(shù)大致相同。缺點：需要泵；二次蒸汽量較小。適用場合：處理粘度隨溫度和濃度變化較大的溶液，不宜處理熱敏性的溶液。542.逆流加料法的蒸發(fā)流程5455553.平流加料法的蒸發(fā)流程處理有結(jié)晶吸出的溶液。563.平流加料法的蒸發(fā)流程565.3.2多效蒸發(fā)的計算已知條件：原料液的流量、濃度、溫度；加熱蒸汽（生蒸汽）的壓強、冷凝器的真空度、末效完成液的濃度。設(shè)計項目：生蒸汽的消耗量；各效的蒸發(fā)量；各效的傳熱面積。計算方法：利用蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算、焓衡算、傳熱速率三個方程進行試差計算。575.3.2多效蒸發(fā)的計算已知條件：原料液的流量、濃度、溫度58581.基本關(guān)系1）物料衡算對整個蒸發(fā)系統(tǒng)作溶質(zhì)衡算，可得：591.基本關(guān)系59對任一效作溶質(zhì)衡算，可得：60對任一效作溶質(zhì)衡算，可得：602）焓衡算以00C的液體為基準，忽略熱損失，可得：第一效：若溶液的稀釋熱，且加熱蒸汽的冷凝液在飽和溫度下排出，可得：612）焓衡算若溶液的稀釋熱，且加熱蒸汽的冷凝液在飽和溫度下排出第i效：62第i效：623）總有效溫度差

t及各效溶液的沸點

總有效溫度差:溫度差損失總和：各效溶液的沸點：633）總有效溫度差t及各效溶液的沸點總有效溫度差:溫度差4）有效溫度差在各效中的分配以三效為例：644）有效溫度差在各效中的分配6465652.多效蒸發(fā)計算舉例例題：（自學）662.多效蒸發(fā)計算舉例665.3.3多效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)的比較1.溶液的溫度差損失若操作條件相同，則多效蒸發(fā)的總溫度差損失較單效蒸發(fā)要大。675.3.3多效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)的比較1.溶液的溫度差損失6768682.經(jīng)濟性單位蒸汽消耗量效數(shù)

一效二效三效

四效

五效

(D/W)min

1.1

0.57

0.4

0.3

0.27

692.經(jīng)濟性單位蒸汽消耗量效數(shù)一效二效三效四效五效3.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度

由于多效蒸發(fā)時的溫度差損失較單效時要大，故多效蒸發(fā)時的生產(chǎn)能力較小。

由于多效蒸發(fā)面積、溫度差損失大，故多效蒸發(fā)時的生產(chǎn)強度較小。703.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度704.多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制及最佳效數(shù)由于多效蒸發(fā)的總溫度差損失受總有效溫度差的限制，所以多效蒸發(fā)的效數(shù)也有一定的限制。在多效蒸發(fā)中，效數(shù)增加，單位蒸汽消耗量減小，操作費用降低；但裝置的投資費增加；且生產(chǎn)能力降低。所以，多效蒸發(fā)的效數(shù)存在最佳值，即最佳效數(shù)。714.多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制及最佳效數(shù)715.3.4提高加熱蒸汽經(jīng)濟性的其他措施1.抽出額外蒸汽2.冷凝水顯熱的利用3.熱泵蒸發(fā)725.3.4提高加熱蒸汽經(jīng)