化工單元操作技術(shù)張郢峰項(xiàng)目四

蒸發(fā)技術(shù)任務(wù)一認(rèn)識(shí)蒸發(fā)操作任務(wù)二蒸發(fā)過程工藝計(jì)算化工單元操作技術(shù)項(xiàng)目四蒸發(fā)技術(shù)二、蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性和操作方式1.加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性2.多效蒸發(fā)流程3.蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)能力和效數(shù)的限制4.提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)程度的其他措施5.蒸發(fā)操作的最優(yōu)化化工單元操作技術(shù)任務(wù)二——蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性和操作方式1.加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性

蒸汽的經(jīng)濟(jì)性：每1kg加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量（W/D）（或用溶液中蒸發(fā)出1kg水所需消耗的生蒸汽的量

D/W表示蒸汽的利用率）。若物料的水溶液先預(yù)熱至沸點(diǎn)后加入蒸發(fā)器，忽略生蒸汽與產(chǎn)生的二次蒸汽的汽化潛熱的差異，不計(jì)熱損失，則每1kg加熱蒸汽可汽化1kg水，即W/D=1。實(shí)際上，由于有熱損失等原因，W/D<1。怎樣才能節(jié)省加熱蒸汽的消耗量，提高生蒸汽的利用率呢？

①利用二次蒸汽的潛熱；

②利用冷凝水的顯熱。第一效：W1/D=1→D=W1

，1kg生蒸汽在第一效中可產(chǎn)生1kg的二次蒸汽，將此1kg二次蒸（W1）引入第二效又可蒸發(fā)1kg水，即第二效：W2=W1=D

，1kg生蒸汽在雙效中的總蒸發(fā)量

W=W1+W2=2D

，則W/D=2依次類推：第三效：W/D=3，…，

n效：W/D=n。

3.703.332.50.1750.910.270.30.40.571.1五效

四效

三效

雙效

單效

效數(shù)

實(shí)際由于熱損失，溫度差損失等原因，單位蒸汽消耗量不可能達(dá)到如此經(jīng)濟(jì)的程度，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最大的W/D

的值大致如下：2.多效蒸發(fā)(Multi-effectevaporation)

多效蒸發(fā)操作蒸汽與物料的流向有多種組合，常見的有：

并流(cocurrentorforwardfeed)：溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。

逆流(countercurrentorbackwardfeed)：溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。

錯(cuò)流(crossflowormixedfeed)：溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些效間成逆流。

平流(parallelfloworparallelfeed)：每一效都加入原料液的方法。以三效為例加以說明：（1）并流流程蒸汽流動(dòng)方向:1→2→3

溶液流動(dòng)方向:1→2→32.多效蒸發(fā)優(yōu)點(diǎn)：

a、由于前效的壓強(qiáng)較后效高，p1>p2>p3，料液可借此壓強(qiáng)差自動(dòng)地流向后一效而無須泵送；

b、t1>t2>t3，溶液由前一效流入后一效處于過熱狀態(tài)會(huì)放出溶液的過熱量形成自蒸發(fā)，可產(chǎn)生更多的二次蒸汽，因此第三效的蒸發(fā)量最大。缺點(diǎn)：

溶液濃度，x3>x2>x1，x↑，μ↑，∴μ3>μ2>μ1;

溶液溫度，t1>t2>t3，t↑，μ↓，∴μ3>μ2>μ1。這兩個(gè)因素使得后一效粘度較前一效雙倍提高，K↓↓，在最后的一、二效尤其嚴(yán)重，使整個(gè)系統(tǒng)的蒸發(fā)能力降低。并流流程（2）逆流流程

蒸汽流動(dòng)方向：1→2→3

溶液流動(dòng)方向：3→2→12.多效蒸發(fā)優(yōu)點(diǎn)：x1>x2>x3

，x↑，μ↑，∴μ1>μ2>μ3;t1>t2>t3

，t↑，μ↓，∴μ1<μ2<μ3。x、t

對μ的影響大致抵消，各效的K基本不變。缺點(diǎn)：a、由于前效壓強(qiáng)較后效高，p1>p2>p3

，料液從后效往前一效要用泵輸送。b、各效進(jìn)料（末效除外）都較沸點(diǎn)低，自蒸發(fā)不會(huì)發(fā)生，所需要熱量大。注：逆流流程不適用于熱敏性物料（heatsensitivematerials），為什么？逆流流程（3）錯(cuò)流流程蒸汽流向：1→2→3

料液3→1→2料液2→3→12.多效蒸發(fā)優(yōu)點(diǎn)：兼有逆流與并流的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：操作較復(fù)雜。錯(cuò)流流程（4）平流流程各效分別進(jìn)料并分別出料，二次蒸汽多次利用，對易結(jié)晶的物料較合適（因?yàn)榻Y(jié)晶體不便在效與效之間輸送）。2.多效蒸發(fā)（1）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度

生產(chǎn)能力：單位時(shí)間內(nèi)水分總蒸發(fā)量W；

生產(chǎn)強(qiáng)度：單位傳熱面積的蒸發(fā)量（U=W/A）；在三效蒸發(fā)器中，蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度為：3.蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強(qiáng)度和效數(shù)的限制3.蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強(qiáng)度和效數(shù)的限制

真空蒸發(fā)：加熱蒸汽的溫度（及相應(yīng)壓強(qiáng)）受鍋爐額定壓強(qiáng)的限制，因此，在許多情況下，需要采用真空蒸發(fā)以降低溶液的沸點(diǎn)。采用真空蒸發(fā)除可提高傳熱溫差外，還可使熱敏性物料免遭破壞，并可利用工廠中低溫的水蒸氣作為熱源。缺點(diǎn)：溶液沸點(diǎn)的降低使粘度增大，傳熱系數(shù)有所降低，此外，為維持真空操作須添加真空設(shè)備費(fèi)用和一定量的動(dòng)力費(fèi)。

提高K：提高U的另一措施是提高K，而K主要取決于蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、操作方式和溶液的物理性質(zhì)。合理的設(shè)計(jì)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)以建立良好的溶液循環(huán)流動(dòng)及時(shí)排除加熱室中不凝性氣體，經(jīng)常清除污垢等均可提高K。

（2）多效蒸發(fā)效數(shù)的限制

加熱蒸汽溫度

T0溶液溫度t冷凝器溫度T1有效傳熱溫差Δt溫差損失Δ1T0t1T1t2T2Δt1Δ1Δt2Δ1圖7-24單效