大学课件 化工原理 上册 第5章 蒸发.ppt

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1、第5章蒸发5.1概述(1)蒸发：蒸发是溶液浓缩的单元操作。它采用加热的方法，使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的部分溶剂被气化除去，而溶液得到浓缩。设备：蒸发器，冷凝器2021/6/1第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽多效蒸发并流流程(2)几个概念*加热蒸汽(生蒸汽)*二次蒸汽*完成液*单效蒸发*多效蒸发2021/6/1(3)蒸发操作的特点*蒸发器实质是一种两侧流体相变的换热器；*溶液的沸点升高由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。因此，在相同压力下，溶液的沸

2、点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温差的降低。*溶剂汽化时消耗大量能量为减小能耗必须提高加热蒸汽利用率；*根据物料本身特性(如粘度、结晶性、热敏性等)，合理选择设备和操作流程。2021/6/15.2蒸发设备蒸发的主体设备:蒸发器-----主要由加热室和蒸发室组成。蒸发的辅助设备：除沫器、冷凝器。减压操作时还需真空装置。5.2.1蒸发器的结构和特点按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：（1）循环型蒸发器特点：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同

3、，接近于完成液的浓度。操作稳定。根据引起循环的原因不同，又可分为自然循环和强制循环。2021/6/12021/6/12021/6/1强制循环蒸发器◆结构：如图5.2.5所示。溶液循环需用输送设备完成。◆优点：循环速度大（2～3.5m/s），且可调节；可用于蒸发粘度大，易结晶结垢的物料；传热系数较大。◆缺点：输送设备能耗大，每平方米加热面积约需0.4-0.8kW。2021/6/1（2）单程型蒸发器特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小

4、，表面传热系数较大。缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。2021/6/1加热蒸汽qmv,T,H料液qm0,w0,t0,c0,h0二次蒸汽qmwT,H完成液qm0-qmw,w,t,c,h蒸汽冷凝水qmv,T,hw5.3单效蒸发5.3.1物料衡算目的：计算蒸发水量和完成液浓度。溶质：2021/6/1加热蒸汽qmv,T,H料液qm0,w0,t0,c0,h0二次蒸汽qmwT,H完成液qm0-qmw,w,t,c,h蒸汽冷凝水qmv,T,hw5.3.2热量衡算（焓衡算

5、）目的：计算生蒸汽消耗量(1)蒸发器热量衡算：2021/6/1(2)热量衡算式的简化忽略熔解热、稀释热时，溶液的热焓和比热取质量平均即代入热流量公式得：2021/6/1若沸点进料，忽略热损失时，加热蒸汽消耗量：生蒸汽的经济性qmw/qmv*蒸发操作经济指标之一。*单效蒸发，蒸发1kg水约需要1kg蒸汽。*实际由于沸点升高和热损失，qmw/qmv≈0.9。2021/6/1(3)浓缩热的影响（P355图5.3.2）溶解热、稀释热不能忽略时,用平均比热计算误差很大，此时，生蒸汽消耗量可用焓浓图计算2021/6/15

6、.3.3蒸发器的传热面积由蒸发器的传热方程得：(1)传热度温差  在蒸发器中，管外为蒸气冷凝，温度恒定为T，管内为溶液沸腾，温度也多为定值，可视为恒温差传热。(2)传热系数常见蒸发器管内表面传热系数hi的经验关联见教材p358，蒸发器的传热系数K，目前主要还是根据现场实测数据来选定。2021/6/1（3）蒸发器的生产能力和生产强度生产能力--定义为单位时间蒸发水分的质量，由于它主要取决于过程的热流量，所以常又以热流量来衡量蒸发器的生产能力。生产强度--定义为单位传热面积的生产能力，以U表示，kg/(㎡*h)

7、2021/6/15.3.4溶液的沸点升高和传热温差损失(1)溶液的沸点升高指：溶液沸点>二次蒸汽饱和温度引起沸点升高的原因1）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；溶液沸点>相同压力下水沸点2）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升即：液柱静压头引起沸点升高。3）二次蒸汽从蒸发室流向冷凝器时，存在阻力，压力降低。冷凝器中二次蒸汽温度低于蒸发室中的温度。2021/6/1(2)传热温差损失溶液沸点升高，造成传热温差减小。理论传热温差：有效传热温差：传热温差损失：2021/6/1第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二

8、次蒸汽第三效二次蒸汽多效蒸发并流流程特点*料液输送不需要泵（各效压力差）；*后一效沸点低，可进行自蒸发(闪蒸)；*一般传热系数逐次下降(由粘度增大造成)。5.4多效蒸发5.4.1多效蒸发的流程及加料方式(1)并流加料流程2021/6/1(2)逆流加料流程特点：*需要泵输送流体；*无自蒸发(闪蒸)，且多消耗部分热量；*各物料粘度较一致，传热系数较均匀。2021/6/1(3)平流加料流程适用于有结晶析出