第五章蒸發(fā)(3節(jié))

1、O返回2022-4-22 為什么采用多效蒸發(fā)？為什么采用多效蒸發(fā)？ 可以節(jié)能！可以節(jié)能！平流流程錯(cuò)流流程逆流流程并流流程向分為按料液與二次蒸汽的走不論何種流程不論何種流程總的規(guī)律如下總的規(guī)律如下： 生蒸汽進(jìn)入第一效，蒸出的生蒸汽進(jìn)入第一效，蒸出的二次蒸汽二次蒸汽進(jìn)入第二效進(jìn)入第二效作為作為加熱加熱蒸汽蒸汽用，以次類推；第三效（最后一效）的二次蒸汽進(jìn)入大氣用，以次類推；第三效（最后一效）的二次蒸汽進(jìn)入大氣冷凝器；造成蒸發(fā)室真空，即真空操作。冷凝器；造成蒸發(fā)室真空，即真空操作。多效蒸發(fā)中各效的加熱溫度及沸點(diǎn)：多效蒸發(fā)中各效的加熱溫度及沸點(diǎn)：T (T1)t1T 2 t2T3t3Tk各效中操作壓強(qiáng)依次

2、為各效中操作壓強(qiáng)依次為：Ps pPs p1 1 p p2 2 pp3 3 p pk k以上是多效蒸發(fā)的操作原理。以上是多效蒸發(fā)的操作原理。 生蒸汽只用一次，產(chǎn)生的二次蒸汽作為加熱蒸汽被反復(fù)利生蒸汽只用一次，產(chǎn)生的二次蒸汽作為加熱蒸汽被反復(fù)利用，節(jié)能！用，節(jié)能！O返回2022-4-221 1、并流（順流）流程、并流（順流）流程( (料液與加熱蒸汽并流料液與加熱蒸汽并流) )并流特點(diǎn)并流特點(diǎn)( (以三效為例以三效為例) )的流程的流程原料液原料液t1t2生蒸汽生蒸汽Ps、T(T1)p1p2p3安全罐安全罐真空泵真空泵pkTkT2T3完成液完成液O返回2022-4-22物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸

3、氣蒸汽：生蒸氣1 2 3 1 2 3 冷凝器冷凝器 溶液：溶液： 1 23 1 23 儲(chǔ)罐；儲(chǔ)罐；x x0 0 xx1 1xx2 2xtTt1 1 , , P Ps s p p1 1 p p2 2 p p3 3 p pk k; ; 又由于蒸汽流動(dòng)有阻力損失，又由于蒸汽流動(dòng)有阻力損失， pp3 3 p pk k ; ;即一般多效即一般多效 蒸發(fā)中，蒸發(fā)中，最后一效均為真空蒸發(fā)最后一效均為真空蒸發(fā)。2 2、沸點(diǎn)關(guān)系：、沸點(diǎn)關(guān)系： TtTt1 1tt2 2tt3 3; ;3 3、由于并流是溶液從高壓罐向低壓罐流動(dòng)，則溶液在、由于并流是溶液從高壓罐向低壓罐流動(dòng)，則溶液在 效間輸送不需要泵效間輸送不需要

4、泵，溶液靠壓強(qiáng)差流動(dòng)即可溶液靠壓強(qiáng)差流動(dòng)即可。4 4、在并流操作中、在并流操作中存在存在自蒸發(fā)現(xiàn)象。自蒸發(fā)現(xiàn)象。5 5、流程簡(jiǎn)單，、流程簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定可靠操作穩(wěn)定可靠。O返回2022-4-22并流蒸發(fā)流程的缺點(diǎn)：并流蒸發(fā)流程的缺點(diǎn)： 后一效的溶液比前一效的溶液濃度大，后一效的溶液比前一效的溶液濃度大，但溫度但溫度卻低，卻低，則溶液黏度變大，傳熱系數(shù)則溶液黏度變大，傳熱系數(shù)K K變小，蒸發(fā)效變小，蒸發(fā)效果越來(lái)越差。果越來(lái)越差。因此因此并流蒸發(fā)流程：并流蒸發(fā)流程： 不適合蒸發(fā)黏度隨溶液濃度變化較大的溶液及不適合蒸發(fā)黏度隨溶液濃度變化較大的溶液及易結(jié)晶溶液的蒸發(fā)。易結(jié)晶溶液的蒸發(fā)。O返回2022-4

5、-22逆流流程特點(diǎn)：逆流流程特點(diǎn)：以三效為例以三效為例p2p1p3生蒸汽生蒸汽Ps、T(T1)T2T3安全罐安全罐真空泵真空泵PkTkt3t2完成液完成液t1原料液原料液2 2、逆流流程、逆流流程( (料液與加熱蒸汽相反料液與加熱蒸汽相反) )O返回2022-4-22物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸氣蒸汽：生蒸氣1 2 3 冷凝器冷凝器溶液：溶液： 3 21儲(chǔ)罐；儲(chǔ)罐； x0 x3x2t1,P3 P2P1tTt1 1tt2 2tt3 3; ;3 3、由于逆流是溶液從低壓罐到高壓罐流動(dòng)，則溶液在、由于逆流是溶液從低壓罐到高壓罐流動(dòng)，則溶液在 效間輸送必須用泵效間輸送必須用泵。4 4、在逆流操作中、

6、在逆流操作中無(wú)自蒸發(fā)現(xiàn)象無(wú)自蒸發(fā)現(xiàn)象，產(chǎn)生的蒸汽量少于前者，產(chǎn)生的蒸汽量少于前者。5 5、溶液在各效的溫度升高，則黏度下降，、溶液在各效的溫度升高，則黏度下降，K K值上升，所值上升，所 需的傳熱面積需的傳熱面積S S小于前者。小于前者。O返回2022-4-22 效間輸送效間輸送，由于溶液是由低壓蒸發(fā)器，由于溶液是由低壓蒸發(fā)器 進(jìn)入高壓進(jìn)入高壓的蒸發(fā)器內(nèi)，效間輸送需要用泵的蒸發(fā)器內(nèi)，效間輸送需要用泵 完成，增加了設(shè)備完成，增加了設(shè)備費(fèi)用。費(fèi)用。 溶液溶液由沸點(diǎn)低的蒸發(fā)器進(jìn)入沸點(diǎn)高的由沸點(diǎn)低的蒸發(fā)器進(jìn)入沸點(diǎn)高的 蒸發(fā)器，蒸發(fā)器，無(wú)自蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽量少于前者。無(wú)自蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽量少于前者。 完

7、成液完成液的溫度（沸點(diǎn)）較高，耗熱量較大。的溫度（沸點(diǎn)）較高，耗熱量較大。逆流蒸發(fā)流程缺點(diǎn)：逆流蒸發(fā)流程缺點(diǎn)：O返回2022-4-22以五效為例說(shuō)明：部分并流以五效為例說(shuō)明：部分并流, ,部分逆流。部分逆流。物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸氣蒸汽：生蒸氣1 2 3 4 51 2 3 4 5冷凝器冷凝器溶液：溶液：儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐 1 1 2 2 3 3 45 45儲(chǔ)罐；儲(chǔ)罐； （原料液）原料液）溫度高，溫度高，x x大，但黏度??；大，但黏度小； 溫度低，溫度低，x x大，黏度大；大，黏度大； 錯(cuò)流的目的：利用并、逆流的優(yōu)點(diǎn)，克服或減輕兩錯(cuò)流的目的：利用并、逆流的優(yōu)點(diǎn)，克服或減輕兩 者的缺點(diǎn)。者的缺點(diǎn)。

8、一般：一般：末尾幾效為并流末尾幾效為并流，雖然黏度較大，但可以不用，雖然黏度較大，但可以不用泵，存在自蒸發(fā)，產(chǎn)生較多的蒸汽。泵，存在自蒸發(fā)，產(chǎn)生較多的蒸汽。3 3、錯(cuò)流流程：、錯(cuò)流流程：O返回2022-4-22 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水 完成液 錯(cuò)流多效蒸發(fā)器（231） P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)、缺點(diǎn)： 兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)；兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)； 操作復(fù)雜操作復(fù)雜。以三效為例說(shuō)明：部分并流以三效為例說(shuō)明：部分并流, ,部分逆流。部分逆流。O返回2022-4-22 物流方向：物流方向：蒸汽：生蒸氣蒸汽：生蒸氣1 2 3 1 2 3 冷凝器冷凝器 特點(diǎn)：特點(diǎn)：原

9、料液平行、同時(shí)進(jìn)入原料液平行、同時(shí)進(jìn)入 各效中，各效也同時(shí)產(chǎn)生完各效中，各效也同時(shí)產(chǎn)生完 成液。溶液不在效間流動(dòng)。成液。溶液不在效間流動(dòng)。 例易結(jié)晶的鹽類的蒸發(fā)可以不例易結(jié)晶的鹽類的蒸發(fā)可以不 用在效間輸送。用在效間輸送。溶液：溶液： 3 2 1 儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐 儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐 儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐平流適用于：平流適用于：易結(jié)晶的料液。易結(jié)晶的料液。 例無(wú)機(jī)鹽的蒸發(fā)。例無(wú)機(jī)鹽的蒸發(fā)。4、平流流程：、平流流程：O返回2022-4-22 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸發(fā)器平流流程優(yōu)、缺點(diǎn)：平流流程優(yōu)、缺點(diǎn)： 各效獨(dú)立進(jìn)料，傳熱狀各效獨(dú)立進(jìn)料，傳熱狀況均較好；況均較好； 物料停留時(shí)間較短物料停留時(shí)間

10、較短思考：思考： 1 1、黏度隨濃度變化很大的料液，、黏度隨濃度變化很大的料液，宜采用哪一種流程？宜采用哪一種流程？ 平流、逆流或錯(cuò)流平流、逆流或錯(cuò)流2 2、當(dāng)最后濃縮液在高溫下易被破壞、當(dāng)最后濃縮液在高溫下易被破壞時(shí)，宜采用哪一種流程？時(shí)，宜采用哪一種流程？ 并流并流3 3、當(dāng)進(jìn)料幾乎是飽和液時(shí)，宜采用、當(dāng)進(jìn)料幾乎是飽和液時(shí)，宜采用哪一種流程？哪一種流程？ 平流平流平流流程：平流流程：O返回2022-4-22 在多效蒸發(fā)操作中，有時(shí)并不是將每效所產(chǎn)生的二次蒸汽全部引入后在多效蒸發(fā)操作中，有時(shí)并不是將每效所產(chǎn)生的二次蒸汽全部引入后一效，作為加熱蒸汽用，而是將其中的一部分引出，用于其它，一效，作

11、為加熱蒸汽用，而是將其中的一部分引出，用于其它，例：用于例：用于預(yù)熱原料液；預(yù)熱原料液；在制糖中用于蒸發(fā)后的結(jié)晶加熱；在制糖中用于蒸發(fā)后的結(jié)晶加熱；預(yù)熱浴室用水等等。預(yù)熱浴室用水等等。 但但最后一效的二次蒸汽最后一效的二次蒸汽由于壓由于壓強(qiáng)低，一般不引出額外二次蒸汽，強(qiáng)低，一般不引出額外二次蒸汽，而是而是全部送入冷凝器。全部送入冷凝器。O返回2022-4-22特點(diǎn)：特點(diǎn)：蒸發(fā)器中每一效蒸發(fā)器中每一效排除冷凝水的溫度都比排除冷凝水的溫度都比下一效中溶液溫度高。下一效中溶液溫度高。因此，因此，可以讓冷凝水通可以讓冷凝水通過(guò)一自蒸發(fā)器，過(guò)一自蒸發(fā)器，減壓為減壓為下一效加熱室的壓力，下一效加熱室的壓力

12、，自蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽與前自蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽與前一效的二次蒸汽合并，一效的二次蒸汽合并，可作為作為下一效的加可作為作為下一效的加熱蒸汽用。熱蒸汽用。達(dá)到了節(jié)能達(dá)到了節(jié)能的目的。的目的。O返回2022-4-22 蒸發(fā)器加熱室排出大量高溫冷凝水，這些水理應(yīng)返回鍋爐房重新使蒸發(fā)器加熱室排出大量高溫冷凝水，這些水理應(yīng)返回鍋爐房重新使用，這樣既節(jié)省能源又節(jié)省水源。用，這樣既節(jié)省能源又節(jié)省水源。 但應(yīng)用這種方法時(shí)，應(yīng)注意水質(zhì)監(jiān)測(cè)，避免因蒸發(fā)器損壞或閥門泄但應(yīng)用這種方法時(shí)，應(yīng)注意水質(zhì)監(jiān)測(cè)，避免因蒸發(fā)器損壞或閥門泄漏，污染鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。當(dāng)然高溫冷凝水還可用于其他加熱或需工業(yè)用漏，污染鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。當(dāng)然高溫冷凝水還可

13、用于其他加熱或需工業(yè)用水的場(chǎng)合。水的場(chǎng)合。熱泵蒸發(fā)流程：熱泵蒸發(fā)流程：將蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用壓縮機(jī)壓縮，提高將蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用壓縮機(jī)壓縮，提高它的壓力，倘若壓力又達(dá)加熱蒸汽壓力時(shí)，則它的壓力，倘若壓力又達(dá)加熱蒸汽壓力時(shí)，則可送回入口，循環(huán)使用。可送回入口，循環(huán)使用。加熱蒸汽（或生蒸汽）只作為啟動(dòng)或補(bǔ)充泄漏、加熱蒸汽（或生蒸汽）只作為啟動(dòng)或補(bǔ)充泄漏、損失等用。因此節(jié)省了大量損失等用。因此節(jié)省了大量生蒸汽，熱泵蒸發(fā)的生蒸汽，熱泵蒸發(fā)的流程如圖流程如圖4-44-4所示。所示。圖9-4 熱泵蒸發(fā)流程O(píng)返回2022-4-22以三效為了說(shuō)明：以三效為了說(shuō)明：p1Ps、T1T 1t1T2p2T 2t

14、2p3Pk、TkT 3t3T3 如果無(wú)溫差損失：如果無(wú)溫差損失：第一效溫差第一效溫差t1=T1-t1; t1=T 1=T2第二效溫差第二效溫差t2=T2-t2; t2=T 2=T3第三效溫差第三效溫差t3=T3-t3; t3=T 3=Tk理論上理論上各效間最大可能的各效間最大可能的總溫差總溫差: :t=T1-Tk,t2= t1- T3 ; t3= t2-TkO返回2022-4-22 實(shí)際各效間的溶液由于實(shí)際各效間的溶液由于蒸汽壓下降蒸汽壓下降及及靜液體柱靜液體柱的存的存在，均使溶液的沸點(diǎn)高于相同條件下的純水的沸點(diǎn)，使在，均使溶液的沸點(diǎn)高于相同條件下的純水的沸點(diǎn)，使傳熱推動(dòng)力降低。傳熱推動(dòng)力降低

15、。將將多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)與與單效蒸發(fā)單效蒸發(fā)的溫差損失對(duì)比：的溫差損失對(duì)比： 多效蒸發(fā)中每一效均存在多效蒸發(fā)中每一效均存在 、 =ti-T i; =T(pi+L)/2-Tp; =Tp-Tk=1 有效溫差有效溫差t=T1-Tk-結(jié)論：結(jié)論：多效蒸發(fā)時(shí)的溫度差損失比單效要大，且每一效的多效蒸發(fā)時(shí)的溫度差損失比單效要大，且每一效的 溫差小。溫差小。O返回2022-4-22O返回2022-4-22100kPa 1PS=500kPa70kPa 28kPa 31=21=1t1=? 2=52=2t2=?3=203=4t3=?T 1=?T 2=?T 3=?1=1 2=1 3=1 t1=?t2=?t3=?T2T3

16、TK =?t=?O返回2022-4-22解：查表解：查表Ps=500kPa，T1=151.7；p1=100kPa，T1=99.6，t1=T1 + 1 +1 =102.6p2=50kPa, T2=81.2，t2=T2+ 2+2=88.2p3=8kPa, T3=41.3；t3=T3+ 3+3=65.3T2=99.6-1=98.6；T3=81.2-1=80.2；Tk=41.3-1=40.3；t1=T1-t1=151.7-102.6=49.1； t2=T2-t2=98.6-88.2=10.4；t3=T3-t3=80.2-65.3=14.9t= t1+t2+t3=74.4O返回2022-4-22對(duì)于單效

17、蒸發(fā)對(duì)于單效蒸發(fā)：Q=KSt=KS(T-t) 對(duì)于多效蒸發(fā)：一般每效的傳熱面積相等，傳熱系數(shù)相同，對(duì)于多效蒸發(fā)：一般每效的傳熱面積相等，傳熱系數(shù)相同，則則Q=KS(ti) 雖然多效蒸發(fā)，使生蒸汽雖然多效蒸發(fā)，使生蒸汽D D耗用量減少，二次蒸汽的熱量得到耗用量減少，二次蒸汽的熱量得到一定利用一定利用，但是由于存在溫差損失加大，效數(shù)越多溫差損失越大，但是由于存在溫差損失加大，效數(shù)越多溫差損失越大，生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度卻降低，水蒸氣的熱量利用率降低，因此，并生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度卻降低，水蒸氣的熱量利用率降低，因此，并不是效數(shù)越多越有利于蒸發(fā)操作，不是效數(shù)越多越有利于蒸發(fā)操作，一般由經(jīng)濟(jì)權(quán)衡最佳效數(shù)。一般

18、由經(jīng)濟(jì)權(quán)衡最佳效數(shù)。結(jié)論：結(jié)論：?jiǎn)涡д舭l(fā)單效蒸發(fā)與與多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)比較：比較：較少的生蒸汽的用量；較少的生蒸汽的用量；溫度差損失增大，每效的傳熱溫差??；溫度差損失增大，每效的傳熱溫差?。徽舭l(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度降低。蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度降低。O返回2022-4-223291：在單效中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)，將在單效中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)，將1010的的NaOHNaOH溶液濃溶液濃縮至縮至2525，分離室內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)為，分離室內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)為1515kPakPa；試求：因溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高及相應(yīng)的沸點(diǎn)。試求：因溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高及相應(yīng)的沸點(diǎn)。解：解：依題意，查圖依題意，查圖101.3101.3

19、kPakPa時(shí)，時(shí)，2525的的 NaOHNaOH的沸點(diǎn)升高為的沸點(diǎn)升高為 a a =13 =13;操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng)p=15kPap=15kPa時(shí)時(shí)T T =53.5=53.5，r=2370.0kJ/kg;r=2370.0kJ/kg; =f =fa a, , 7287. 00 .2370)2735 .53(0162. 0)273(0162. 022rTf3292：上題中加熱管高度上題中加熱管高度L=1.6m,L=1.6m,溶液密度為溶液密度為12301230kg/mkg/m3 3; ;求：因液柱高而引起的沸點(diǎn)升高及溶液的沸點(diǎn)。求：因液柱高而引起的沸點(diǎn)升高及溶液的沸點(diǎn)。沸點(diǎn)；635 . 95 .

20、535 . 9137287. 0TtfaO返回2022-4-22解：解：依題意，依題意，L=1.6m,=1230kg/m3;時(shí)的；用插入法求出時(shí)的查表：6 .726 . 95 . 95 .53/0 .2370;6 . 95 .531 .635 .5315)(1 .63653.2404.2465326 . 181. 91230150002 TtkgkJrTTTkPapTpkPagLppPpPpmmmm3293：前兩題的溶液在傳熱面積為前兩題的溶液在傳熱面積為4040m m2 2的蒸發(fā)器內(nèi)，用絕壓的蒸發(fā)器內(nèi)，用絕壓為為120120kPakPa的飽和蒸汽加熱。原料液于的飽和蒸汽加熱。原料液于4040

21、時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器，總傳時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器，總傳熱系數(shù)熱系數(shù)K K為為13001300W/(mW/(m2 2)，熱損失為總傳熱量的熱損失為總傳熱量的2020，冷凝水，冷凝水在飽和溫度下排出。在飽和溫度下排出。求：求：1) 1)加熱蒸汽的消耗量；加熱蒸汽的消耗量； 2) 2)每小時(shí)能處理的原料液質(zhì)量。每小時(shí)能處理的原料液質(zhì)量。O返回2022-4-22/ 6 .4616hkgF 解：解：依題意依題意，S=40m2,K=1300W/m2;Ps=120kPa時(shí)，時(shí)，T=104.5r=2246.8kJ/kg;/3189/88595. 0108 .22462 . 1)6 .725 .104(401300)2 . 01

22、()(;)(3hkgskgrtTKSDQtTKSDrQL,/2902572;/160%,10,40,)(1001kgkJhkgkJhrhhFrWD，查表;31898 .224615528 .2246)160290(2370;6 . 025101FFWDFFWO返回2022-4-223304：在單效蒸發(fā)器中，每小時(shí)將在單效蒸發(fā)器中，每小時(shí)將10104 4kgkg的的NaNONaNO3 3水溶液從水溶液從5 5濃縮至濃縮至2525，原料液溫度為，原料液溫度為4040。分離室的真空度為。分離室的真空度為6060kPakPa；加熱汽表壓為加熱汽表壓為3030kPakPa。蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為蒸發(fā)器的總

23、傳熱系數(shù)為20002000W/(mW/(m2 2)，熱熱損失忽略；溶液液柱高引起的溫度差損失忽略。損失忽略；溶液液柱高引起的溫度差損失忽略。試求：蒸發(fā)器的傳熱面積及加熱蒸汽的耗用量。試求：蒸發(fā)器的傳熱面積及加熱蒸汽的耗用量。( (當(dāng)?shù)卮髿鈮簽楫?dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33101.33kPa)kPa)解：解：依題意，依題意，F(xiàn)=104kg/h,K=2000W/m2;P=101.33-60=41.33kPa時(shí)，時(shí)，T=75.8; r=2302.96kJ/kg; Ps=30+101.33=131.33kPa,查表查表(插入法插入法)T=107.16，r=2239.78kJ/kg;）（tDrtTKQS6 .1072000)(rrWttFCDP)(010/800025511000010hkgxxFWO返回2022-4-22/928078.22399