1、2020/7/30，第5章蒸發(fā)，5.1概述5.1.1蒸發(fā)和應用(1)蒸發(fā)：蒸發(fā)是溶液濃縮的單元操作。采用加熱法將溶解有非揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液煮沸，蒸發(fā)除去部分溶劑，濃縮溶液。設備：蒸發(fā)器和冷凝器。(2)應用：溶液濃縮后，冷卻結晶，得到固體產(chǎn)品；將溶液濃縮，得到純?nèi)軇┊a(chǎn)品；得到濃縮液產(chǎn)品。單效蒸發(fā)過程：(3)幾個概念*加熱蒸汽(原蒸汽):加熱蒸發(fā)過程中使用的蒸汽；*成品溶液：濃縮液；*單效蒸發(fā)：產(chǎn)生的二次蒸汽直接冷凝排放，不利用；*多效蒸發(fā)：二次蒸汽用作串聯(lián)使用的下一個蒸發(fā)器的加熱蒸汽。5.1.2按運行方式分類：間歇和連續(xù)；根據(jù)二次蒸汽的利用情況：單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)；操作壓力：常壓、加壓和減壓(真空

2、)；真空蒸發(fā)的優(yōu)點：增加傳熱溫差，使用低壓蒸汽作為熱源，有利于熱敏材料的蒸發(fā)。2020/7/30，5.1.3蒸發(fā)操作的特征(1)蒸發(fā)器本質(zhì)上是一個熱交換器，流體的兩側發(fā)生相變；(2)當溶液沸點升高，原蒸汽溫度不變時，傳熱溫差小于純?nèi)軇┘訜釙r的傳熱溫差。(3)當溶劑蒸發(fā)時，消耗大量能量。為了降低能耗，必須提高加熱蒸汽的利用率。(4)根據(jù)材料的特性(如粘度、結晶度、熱敏性等)。)，應合理選擇設備和操作工藝。2020/7/30，5.2單效蒸發(fā)5.2.1物料平衡目的：計算蒸發(fā)水量和成品液濃度至溶質(zhì)：2020/7/30，5.3.2熱平衡目的：計算原蒸汽消耗量(1)熱平衡公式，2020/7/30，(2)以

3、0C為焓基準，有：代入熱流公式：2020/7/30。如果加入沸點而忽略熱損失，則加熱蒸汽消耗為：原料蒸汽的經(jīng)濟性(經(jīng)濟度)qmw/qmv *是蒸發(fā)操作的重要經(jīng)濟指標之一，反映了蒸發(fā)操作的能耗；*實際上，由于沸點升高和熱量損失，單效蒸發(fā)qmw/qmv 0.9.2020/7/30，(3)當溶液和稀釋熱不能忽略時，計算平均比熱有較大誤差。此時，可通過焓圖計算原始蒸汽消耗量。(1)傳熱溫差在蒸發(fā)器內(nèi)，蒸汽冷凝在管外，溫度為常數(shù)t，溶液在管內(nèi)沸騰，溫度大部分是固定的，可視為恒溫差傳熱，所以(2)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)k主要是根據(jù)目前現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)選取的。普通蒸發(fā)器管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1的經(jīng)驗關聯(lián)式：普通

4、自然循環(huán)蒸發(fā)器：強制循環(huán)蒸發(fā)器：升膜蒸發(fā)器：(3)蒸發(fā)器的生產(chǎn)率和強度是單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水的質(zhì)量。因為它主要取決于過程的熱流，所以蒸發(fā)器的生產(chǎn)率通常通過熱流來測量。生產(chǎn)強度是單位傳熱面積的生產(chǎn)能力，單位為千克/(小時)。在2020/7/30，5.2.4中，溶液的沸點與傳熱溫差的損失(1)溶液的沸點與溫度之差失去了二次蒸汽在溶液沸點時的飽和溫度，從而導致沸點升高。a)溶質(zhì)的存在降低了溶液的飽和蒸汽壓；相同壓力下水的沸點。b)保持一定的液位，在液柱的作用下，下層溶液的沸點會上升；也就是說，由于液柱的靜水壓頭，沸點升高。c)當二次蒸汽從蒸發(fā)室流向冷凝器時，由于阻力，冷凝器中二次蒸汽的溫度低于蒸發(fā)室中

5、二次蒸汽的溫度。因此，如果溫度方法2:用都靈定律計算溶液的沸點。都靈定律：在相同壓力下，一定濃度溶液的沸點與標準液體的沸點呈線性關系，即有：其中tw:標準液體的沸點(一般取水)；k，m:與溶液的類型和濃度有關。2020/7/30，都靈定律也可以用圖形表示，這表明在低濃度時壓力對t影響很小。t也可由以下公式估算：液柱靜壓頭引起的沸點升高溶液的內(nèi)沸點是根據(jù)平均壓力計算的：用冷凝器壓力計算二次蒸汽溫度時，應考慮二次蒸汽阻力損失引起的沸點升高。根據(jù)經(jīng)驗值：2020/7/30。特點：*進料液體輸送不需要泵(每種效果的壓差)；*經(jīng)過低沸點后，可以自蒸發(fā)(閃蒸)；*一般傳熱系數(shù)逐漸降低(由粘度增加引起)。5

6、.3多效蒸發(fā)及提高加熱蒸汽經(jīng)濟性的措施5.3.1多效蒸發(fā)工藝(1)順流進料工藝，2020年7月30日，(2)逆流進料工藝，特點：*需要泵送流體；*沒有自蒸發(fā)(閃蒸)和更多的熱量消耗；*每種材料的粘度一致，傳熱系數(shù)均勻。(3)平流進料工藝，說明：適用于有晶體沉淀的蒸發(fā)作業(yè)。(1)溫差損失和有效溫差當成品液體濃度相同時，多效蒸發(fā)的溫差損失之和大于單效蒸發(fā)；即溫差損失多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)當理論傳熱溫差不變時，多效蒸發(fā)的有效傳熱溫差之和小于單效蒸發(fā)。即有效傳熱溫差，多效蒸發(fā)，單效蒸發(fā)，5.3.2多效蒸發(fā)分析，多效蒸發(fā)蒸汽經(jīng)濟性的理論值與效數(shù)成正比，其經(jīng)驗值也隨著效數(shù)的增加而增加，但不是正比。也就是說，多效

7、蒸發(fā)可以提高蒸汽產(chǎn)生的經(jīng)濟性。(2)經(jīng)濟性，2020年7月30日，(3)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度在同等條件下，雖然多效蒸發(fā)的傳熱面積是單效蒸發(fā)的m倍，但生產(chǎn)能力小于單效蒸發(fā)；當多效蒸發(fā)的Ai和Ki與單效蒸發(fā)相同時，多效蒸發(fā)的生產(chǎn)強度小于單效蒸發(fā)的1/m；為了完成同樣的生產(chǎn)任務，多效蒸發(fā)所需的傳熱面積比單效蒸發(fā)大m倍，多效蒸發(fā)的經(jīng)濟性提高是以增加設備成本為代價的。即：生產(chǎn)能力：多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)生產(chǎn)強度：多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)，(4)多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制和傳熱溫差的選擇；設備成本的限制；有效數(shù)字的選擇。蒸汽經(jīng)濟性隨著效率數(shù)的增加而降低，而設備成本總是與效率數(shù)成正比。選擇原則：設備成本和運行成本之和最小，通常選擇23種效果。5.4.3對于多效蒸發(fā)的設計型計算，待計算的未知量為：復雜性：效數(shù)增加，許多變量呈非線性關系，計算過程復雜。計算依據(jù)：物料平衡、熱平衡和傳熱方程，(1)額外抽汽，額外抽汽：在多效蒸發(fā)中，一些二次蒸汽在前幾個效中可以作為其它加熱設備的熱源。注：當提取額外蒸汽時，原蒸汽的消耗量增加，但增加的原蒸汽量少于提取的額外蒸汽總量。總的來說，原蒸汽的經(jīng)濟性得到了提高。5.3.4提高加熱蒸汽經(jīng)