第八章蒸發(fā)

1、第八章 蒸發(fā),Chapter 8 Evaporation,加熱蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽單效蒸發(fā) 多效蒸發(fā) 常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā),概述 (Introduction),蒸發(fā)過(guò)程：將含有固體溶質(zhì)的稀溶液加熱沸騰進(jìn)行濃縮，以獲得固體產(chǎn)品或制取溶劑。蒸發(fā)過(guò)程實(shí)際上是不揮發(fā)性的溶質(zhì)和揮發(fā)性的溶劑分離的過(guò)程。,蒸發(fā)過(guò)程的基本概念,概述 (Introduction),蒸發(fā)操作是間壁兩側(cè)分別有蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過(guò)程，蒸發(fā)器也

2、是一種換熱器。,蒸發(fā)過(guò)程的特殊性,(1) 溶液中含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，故溶液的蒸汽壓較純?nèi)軇┑恼羝麎簽榈?沸點(diǎn)高)，相同條件下，蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)純?nèi)軇┑膫鳠釡夭钚。?2) 工業(yè)規(guī)模的蒸發(fā)量很大，需要耗用大量的加熱蒸汽，應(yīng)充分利用二次蒸汽(多效蒸發(fā))，降低過(guò)程的能量消耗；(3) 溶液的特殊性決定了蒸發(fā)器的特殊結(jié)構(gòu)。例如，易結(jié)垢或析出結(jié)晶的溶液，設(shè)計(jì)上應(yīng)設(shè)法防止或減少垢層的生成，并應(yīng)使加熱面易于清洗。對(duì)熱敏性，高粘度或強(qiáng)腐蝕性的物

3、料，應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇適宜結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。,蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),蒸發(fā)裝置,循環(huán)型蒸發(fā)器,循環(huán)型和單程型,中央循環(huán)管式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,懸筐式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,外熱式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,列文式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,升膜式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,升-降膜式蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,刮板式冷凝器,浸沒(méi)燃燒式蒸發(fā)器,除沫器、冷凝器和真空裝置,除沫器,除沫器、冷凝器和真空裝置,冷凝器及真空裝置,除沫器、冷凝

4、器和真空裝置,疏水閥,防止加熱蒸汽和冷凝水一起排出加熱室外。(1) 熱動(dòng)力式(2) 鐘形浮子式(3) 脈沖式,1-冷凝水入口；2-冷凝水出口；3-排出管；4-背壓室；5-濾網(wǎng)；6-閥片,單效蒸發(fā),主要計(jì)算項(xiàng)目：蒸發(fā)器的水分蒸發(fā)量；傳熱負(fù)荷與加熱蒸汽的消耗量；傳熱溫度差；傳熱系數(shù)；傳熱面積。,物料衡算和熱量衡算,水分蒸發(fā)量,物料衡算和熱量衡算,加熱蒸汽消耗量,若加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出,忽略溶液稀釋熱，溶液焓可用比熱計(jì)算，

5、取0℃為基準(zhǔn),物料衡算和熱量衡算,加熱蒸汽消耗量,有,若溶液為沸點(diǎn)進(jìn)料 (tl=t0 ) ，忽略蒸發(fā)器熱損失,蒸汽的汽化潛熱隨壓力變化不大( r ? r’ )，故D/W ? 1，蒸發(fā)1kg水約需1kg加熱蒸汽。實(shí)際上 r 1，其值約為1.1或稍高。,物料衡算和熱量衡算,蒸發(fā)器的傳熱面積,物料衡算和熱量衡算,溶液的焓濃圖和濃縮熱,氫氧化鈉、氯化鈣等水溶液在蒸發(fā)濃縮時(shí)，除水的汽化潛熱外，還需提供溶液的濃縮熱。焓不能用比熱計(jì)算式計(jì)算。,溶液

6、的沸點(diǎn)及溫度差損失,溶液中溶質(zhì)不揮發(fā)，溶液的蒸汽壓比純?nèi)軇┑恼羝麎阂?，因而相同壓力下溶液的沸點(diǎn)總是比相同壓力下水的沸點(diǎn)(二次蒸汽溫度)為高，其差值稱為沸點(diǎn)升高，用Δ表示,即溫度差損失在數(shù)值上等于沸點(diǎn)升高。蒸發(fā)計(jì)算中，應(yīng)先確定Δ值，再求溶液沸點(diǎn) (tl=Tk’+Δ) 和實(shí)際傳熱溫度差 (Δt=ΔtT -Δ)。,蒸發(fā)純?nèi)軇┑臏夭?蒸發(fā)溶液的溫差,溫度差損失的原因,(1) 溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失，?’ ；(2) 加熱管內(nèi)不同高

7、度靜壓力不同，使溶液沸點(diǎn)升高，?’’ ；(3) 二次蒸汽的流動(dòng)阻力，使蒸發(fā)室的壓力高于冷凝器，相應(yīng)的飽和溫度高于冷凝器的溫度，如果二次蒸汽的溫度以冷凝室的溫度計(jì)算，則存在溫度差損失，?’’’ 。,蒸發(fā)器總溫差損失,溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失 ?’,與溶液種類、濃度及操作壓強(qiáng)有關(guān)，其值由試驗(yàn)測(cè)定的溶液沸點(diǎn)tA求得。設(shè)由二次蒸汽壓力查得的飽和溫度為Tk’,對(duì)在加壓或減壓下的蒸發(fā)操作，需計(jì)算各種濃度溶液在不同壓力下的溫度差損失。當(dāng)缺

8、乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可由常壓下溶液的溫度差損失估計(jì),r’ —— 實(shí)際操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱,液柱靜壓力引起的溫度差損失 ?’’,溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)按液面和底部平均壓力計(jì)算，由靜力學(xué)方程,式中：tA(pm) — 水在平均壓力下的沸點(diǎn)，℃； tw(p) — 蒸發(fā)室二次蒸汽壓力下算得的沸點(diǎn)，℃。,二次蒸汽流動(dòng)阻力引起的溫度差損失 ?’’’,與二次蒸汽在管道中的流速、物性及管道尺寸等有關(guān)，一般取為 0.5~1.5 ℃；

9、對(duì)多效蒸發(fā)，二次蒸汽在兩效間由于管道阻力引起的溫度差損失一般取 1 ℃。,蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度,生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間汽化的水量(蒸發(fā)量)，kg/h。如果忽略熱損失和濃縮熱，且料液在沸點(diǎn)下進(jìn)料，則生產(chǎn)能力與傳熱速率成正比，故也可用傳熱速率來(lái)表示生產(chǎn)能力。 生產(chǎn)強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位傳熱面積上蒸發(fā)的水量，kg/(m2·h)。生產(chǎn)強(qiáng)度是衡量蒸發(fā)器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。沸點(diǎn)進(jìn)料和忽略熱損失及濃縮熱時(shí)，傳遞的熱量全部用于水分蒸發(fā)，設(shè)

10、溶劑的汽化潛熱為r’，則生產(chǎn)強(qiáng)度,欲提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度，必須設(shè)法提高蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)和傳熱溫差。,多效蒸發(fā),單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽二次蒸汽作為加熱蒸汽的條件：該蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度應(yīng)低于前一蒸發(fā)器。抽真空可方便地降低蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度。多效蒸發(fā)可提高生蒸汽的利用率(經(jīng)濟(jì)性)，即同樣數(shù)量生蒸汽可蒸發(fā)比單效蒸發(fā)器更多水。,多效蒸發(fā)流程,并流加料蒸發(fā)流程,優(yōu)點(diǎn)：后效蒸發(fā)室壓力較前效低，前效溶液可籍壓差流入

11、后效，無(wú)需用泵輸送；后效溶液沸點(diǎn)較前效低，溶液流入后效時(shí)，由于過(guò)熱而發(fā)生自蒸發(fā)(閃蒸)，可蒸發(fā)更多的溶液。,缺點(diǎn)：后效溶液濃度較前效大，而沸點(diǎn)又較低，故粘度相對(duì)較大，使后效的傳熱系數(shù)較前效為小，在后兩效中尤為嚴(yán)重。,多效蒸發(fā)流程,逆流加料蒸發(fā)流程,優(yōu)點(diǎn)：隨著溶液濃度的逐效提高，溶液的溫度也不斷提高，故各效溶液濃度比較接近，傳熱系數(shù)也大致相同。,缺點(diǎn)：效間溶液需用泵輸送，能量消耗較大。適用于粘度隨溫度和濃度變化比較大的溶液，但不