《化工流體流動(dòng)與傳熱》第七章 蒸發(fā)

1、第七章 蒸 發(fā) 通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)了解蒸發(fā)的基本概念與流程；了解單效蒸發(fā)的物料與熱量衡算方法；掌握溶液沸點(diǎn)升高、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與蒸發(fā)強(qiáng)度等概念。學(xué)習(xí)目的與要求7.1 概述7.1.1 蒸發(fā)過程及其應(yīng)用第七章 蒸 發(fā)一、蒸發(fā)的概念與流程 將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮蒸發(fā)。蒸發(fā)的簡化流程1-加熱室2-加熱管3-中央循環(huán)管4-分離器5-除沫室6-冷凝器生蒸汽二、蒸發(fā)過程的應(yīng)用蒸發(fā)操作適用場合v 稀溶液的增濃直接制取液體產(chǎn)品，或?qū)饪s的溶 液再進(jìn)一步處理制取固體產(chǎn)品v 純凈溶劑的制取v 同時(shí)制備濃溶液和回收溶劑示例：稀燒堿溶液(電解液)的濃縮示例：海水蒸發(fā)脫鹽

2、制取淡水示例：中藥生產(chǎn)中溶媒浸取液的蒸發(fā)7.1 概述7.1.1 蒸發(fā)過程及其應(yīng)用第七章 蒸 發(fā)7.1.2 蒸發(fā)的特點(diǎn)與分類一、蒸發(fā)操作的特點(diǎn)1. 溶液沸點(diǎn)升高由拉烏爾定律 AAAxpp0溶液的蒸汽壓低于純?nèi)軇┑恼羝麎?AApp在相同壓力下溶液的沸點(diǎn)蒸發(fā)溶液的溫度差蒸發(fā)溶劑的溫度差純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)在加熱蒸汽溫度一定下故二次蒸汽相對(duì)于水為過熱蒸汽蒸汽的比熱容飽和蒸汽溫度近似處理rtcHW1t1 下的汽化熱1tHH t1 下飽和水蒸氣的焓則二、熱量衡算由有關(guān)關(guān)系式整理得rQttFcrWDL)(010單位蒸汽消耗量rrWDe通常，水的汽化熱隨壓力變化不大rr 故1e實(shí)際蒸發(fā)過程有熱損失1 . 1e二、熱量

3、衡算若溶液稀釋熱不可忽略故溶液在稀釋時(shí)放熱顯著(NaOH溶液)稀釋濃縮放出稀釋熱提供濃縮熱蒸發(fā)所需熱量 = 汽化熱 + 濃縮熱oh1h與溶液濃度有關(guān)查焓濃圖rQFhhWFHWDLo1)(二、熱量衡算NaOH溶液的濃焓圖溶液的焓是濃度的非線性函數(shù)7.1 概述7.2 蒸發(fā)設(shè)備(選讀)第七章 蒸 發(fā)7.3 單效蒸發(fā)7.3.1 物料與熱量衡算方程7.3.2 傳熱速率方程一、蒸發(fā)器的傳熱速率方程由rDhHDQc)(mtSKQmtAKQ蒸發(fā)器傳熱速率方程蒸發(fā)器熱負(fù)荷蒸發(fā)器的傳熱面積對(duì)于蒸發(fā)器二、傳熱的平均溫度差1tTtm對(duì)于加熱室對(duì)于整個(gè)蒸發(fā)器cTtTt蒸發(fā)器總溫度差蒸發(fā)的有效溫度差ct1tTT0tmTt

4、t 溫度差損失(溶液沸點(diǎn)升高)令1. 溫度差損失的概念二、傳熱的平均溫度差冷凝器加熱室ppv 二次蒸汽從蒸發(fā)器流到冷凝器的阻力損失v 蒸發(fā)器的操作需維持一定的液面，液面下部的壓 力高于液面上的壓力 形成原因ctt 1v 水中含有不揮發(fā)的溶質(zhì) 故由于溶質(zhì)的存在引起的沸點(diǎn)升高由于液柱壓力引起的沸點(diǎn)升高由于流動(dòng)阻力引起的沸點(diǎn)升高二、傳熱的平均溫度差經(jīng)驗(yàn)式估算af 溶液的沸點(diǎn)與溶液壓力相等時(shí)水的沸點(diǎn)srTf2)273(0162. 0常壓下由于溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高校正系數(shù)2. 沸點(diǎn)升高的計(jì)算TtB(1) 由于溶液中溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高操作壓力下水的汽化熱二、傳熱的平均溫度差杜林(Duhring)規(guī)則

5、估算 一定濃度的某種溶液的沸點(diǎn)與相同壓力下標(biāo)準(zhǔn)液體的沸點(diǎn)呈線性關(guān)系杜林規(guī)則。標(biāo)準(zhǔn)液體純水。kttttWWBBmkttWB杜林直線斜率BBtt 、 壓力為 和 p下溶液的沸點(diǎn)pWWtt 、 壓力為 和 p下水的沸點(diǎn)p令二、傳熱的平均溫度差NaOH水溶液的杜林線圖各濃度下杜林直線的斜率基本平行二、傳熱的平均溫度差平均壓力平均壓力下溶液的沸點(diǎn)二次蒸汽壓力Bavtt (2) 由于液體靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高2gLppavav溶液的平均密度液層高度二次蒸汽壓力下溶液的沸點(diǎn)二、傳熱的平均溫度差)(，管道尺寸二次蒸汽的流速，物性f (3) 由于流動(dòng)阻力引起的沸點(diǎn)升高設(shè)計(jì)中一般取經(jīng)驗(yàn)值對(duì)于單效蒸發(fā) 11.5oC對(duì)

6、于多效蒸發(fā)，各效間 1oC三、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)osomoiosiiioRkdbdddRddK11o管外側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)i管內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)按膜狀冷凝的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算根據(jù)蒸發(fā)器的形式由相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算7.1 概述7.2 蒸發(fā)設(shè)備(選讀)第七章 蒸 發(fā)7.3 單效蒸發(fā)7.3.1 物料與熱量衡算方程7.3.2 傳熱速率方程7.3.3 蒸發(fā)強(qiáng)度與加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度1. 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。rtAKrQWm若 忽略蒸發(fā)器的熱損失原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)料則在溶液沸點(diǎn)下二次蒸汽的汽化熱kg / h一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度2. 蒸發(fā)強(qiáng)度單位時(shí)間單位傳熱面積上蒸發(fā)的水分量蒸發(fā)強(qiáng)度。AWU 蒸發(fā)強(qiáng)度kg / (m2 h) 若 忽略蒸發(fā)器的熱損失原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)料則rtKUm提高蒸發(fā)強(qiáng)度關(guān)鍵是提高總傳熱系數(shù)和傳熱溫度差二、加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性1 kg生蒸汽可蒸發(fā)的水分量加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。eDWE1則加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性kg水 / kg蒸汽若 忽略蒸發(fā)器的熱損失原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)料忽略溶液的濃縮熱1E通常1E7.1 概述7.2 蒸發(fā)設(shè)備(選讀)第七章 蒸 發(fā)7.3 單效蒸發(fā)7.4 多效蒸發(fā)(選讀)本 章 小 結(jié)本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容v 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)v 溶液的