蒸发浓缩的操作原理

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1、第五章蒸发掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其工艺计算方法；熟悉单效真空的工艺设备的配置；了解多效蒸发流程及计算原理。本章重点和难点：一、蒸发的定义二、加热蒸气和二次蒸气使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸气。第一节概述三、分类1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发单效蒸发：将二次蒸气

2、不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发四、蒸发操作的特点1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。3、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操

3、作中要考虑的关键问题之一。溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。第二节单效蒸发一、溶液的沸点升高和温度差损失溶液沸点升高的计算公式：式中Δ——溶液的沸点升高，℃t——溶液的沸点，℃T/——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃（5-1）传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。式中Δt——传热的有效温度差，℃ΔtT——理

4、论上的传热温度差，℃t——溶液的沸点，℃T——纯水在操作沸点，℃Ts——加热蒸气的温度，℃计算公式为：Δt=Ts-tΔtT=Ts-TΔ=ΔtT-Δt（5-2）传热温度差损失例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为t=115℃，其最大传热温度差，用ΔtT来表示：ΔtT=Ts-T=150-100=50℃有效温度差为：Δt=Ts-t=150-115=35℃则温度差损失为：Δ=ΔtT-Δt=（Ts-T）-（Ts-t）=t-T=15℃即传热温度差损

5、失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。只有求得Δ，才可求得溶液的沸点t（=T+Δ）和有效传热温度差Δt（=ΔtT-Δ）。例（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′；（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失。（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″；总温度差损失为：（5-3）蒸发过程中引起温度差损失的原因有：（5-4）式中tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操作压强有关。T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不同浓度时的沸点数据。非

6、常压下的溶液沸点则需计算，估算方法有两种。1溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失式中——常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值求得，℃；Δ′——操作条件下溶液的沸点升高，℃；f——校正系数，无因次。其经验计算式为：式中T′——操作压强下二次蒸气的温度，℃；r′——操作压强下二次蒸气的汽化热，kJ/kg。(1)（5-5）（5-6）(2)杜林规则该规则认为：某溶液（或液体）在两种不同压力下两沸点之差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数，即式中tA、tw—分别为压强pM下溶液的沸点与纯水的沸点，℃tA′、tw′—

7、分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点，℃一定浓度下溶液的沸点与相同压强下水的沸点呈直线关系，可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。（5-7）当某压强下水的沸点tw=0时，则上式变为：式中ym——杜林线的截距，℃注意：不同浓度的杜林线是不平行的，斜率k与截距ym都是溶液质量浓度x的函数。对NaOH水溶液，k、ym与x的关系为：k=1+0.142x(5-9a)ym=150.75x2-2.71x(5-9b)式中x——溶液的质量浓度（5-8）液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引

8、起的温度差损失。式中pm——液层中部的平均压强，Pap′——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pal——液层深度，m简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中部的压强为：（5-10）2液柱静压强引起的温度差损失常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引起的温度差损失为