化工原理chap6_1

1、浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)1/336.1 概述概述6.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)6.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施6.5 蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備幻燈片1目錄浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)2/33將含有不揮發(fā)性溶質的稀溶液中部分溶劑汽化、將含有不揮發(fā)性溶質的稀溶液中部分溶劑汽化、除去的單元操作，稱為除去的單元操作，稱為。2、蒸發(fā)操作的目的、蒸發(fā)操作的目的（1）獲得濃縮的溶液）獲得濃縮的溶液（2）獲得固體溶質）獲得固體溶質（3）除去雜質）除去雜質6.1 概述概述 1、什么是蒸發(fā)、什么是蒸發(fā)?浙江大學本科生課程化工原理第六

2、章 蒸發(fā)3/33 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單效蒸發(fā)器3、蒸發(fā)設備、蒸發(fā)設備-間壁式換熱器間壁式換熱器連續(xù)式、間歇式連續(xù)式、間歇式常壓式、減壓式、加壓式常壓式、減壓式、加壓式除沫器二次蒸汽蒸發(fā)室加熱室中央循環(huán)管不凝性氣體（生蒸汽）冷凝器思考思考1：如圖，為減壓式操作設如圖，為減壓式操作設備，為什么圖中冷凝器備，為什么圖中冷凝器的放置高度要的放置高度要 很高？很高？思考思考2：生蒸汽與二次蒸汽何者生蒸汽與二次蒸汽何者溫度高？溫度高？6.1 6.1 概述概述浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)4/33 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單效蒸發(fā)器除沫器二次蒸汽蒸發(fā)室加熱室

3、中央循環(huán)管不凝性氣體（生蒸汽）冷凝器4、蒸發(fā)操作的特點：、蒸發(fā)操作的特點： 傳質傳質傳熱傳熱*能耗大能耗大*從進口到出口傳熱溫差從進口到出口傳熱溫差逐漸減小逐漸減小（濃度濃度，沸點，沸點）*易結垢、粘度逐漸變大易結垢、粘度逐漸變大而使傳熱條件惡化而使傳熱條件惡化6.1 6.1 概述概述浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)5/336.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算已知：已知：F、x0、t0、x計算內(nèi)容：計算內(nèi)容： L、 W、加熱蒸汽量加熱蒸汽量D、加熱面積加熱面積 二次蒸汽 W，T 料液 蒸發(fā)室 F,x0,t0 加熱室 完成液 L，x, t一、物料衡算一、物料衡算 0FxLxWFL xx

4、FW01浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)6/33 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸發(fā)室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加熱室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hs二、能量衡算二、能量衡算 lssQDhhWFWHFhDH 0 sslhHQhHWhhFD 0 txfh, -查焓濃圖查焓濃圖a. 無明顯濃縮熱的體系無明顯濃縮熱的體系000tchcth 6.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算稀釋熱稀釋熱浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)7/33假定：假定： Hs-hs =R（加熱蒸汽汽化潛熱）加熱蒸汽汽化潛熱）； h h0； H-h r（二次蒸汽汽化潛熱）二次蒸汽汽化

5、潛熱）；Ql 0汽化汽化1kg水所消耗的蒸汽量，水所消耗的蒸汽量，其值其值約為約為1。實際上。實際上D/W=1.1 二次蒸汽 W，T ，H 料液 蒸發(fā)室F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加熱室 完成液 L，t，h, c D, Ts ,hsRWrD RrWD 6.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算 sslhHQhHWhhFD 0浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)8/33b. 有明顯濃縮熱的體系有明顯濃縮熱的體系先按先按 情況情況a 計算，然后再校正。計算，然后再校正。6.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)9/33三、加熱面積三、加熱面積A

6、的計算的計算mtKAQ DRQ 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單效蒸發(fā)器K值約為值約為10004500W/m2KtTtsm Pt 取決于：取決于：冷凝器壓力冷凝器壓力P、溶液濃度、蒸發(fā)室、溶液濃度、蒸發(fā)室內(nèi)液層深度，因此，內(nèi)液層深度，因此，t T。 =t -T-傳熱溫度差損失傳熱溫度差損失tTRTDs,222111111ARaAbRaAKAm P TTs6.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)10/33 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單效蒸發(fā)器 PtTRTDs, P （1） 溶液沸點升高（與同壓力下溶液沸點升高（與同壓力下 純?nèi)軇┫?/p>

7、比）純?nèi)軇┫啾龋?杜林規(guī)則杜林規(guī)則 查圖步驟：查圖步驟：P水的沸點水的沸點由杜由杜林線查得某一濃度下的溶液沸點。林線查得某一濃度下的溶液沸點。（2）蒸發(fā)室內(nèi)液層深度引起的）蒸發(fā)室內(nèi)液層深度引起的 與設備結構有關，有些設備與設備結構有關，有些設備 液柱可高達液柱可高達36m，有些設有些設 備中此項損失可不計。備中此項損失可不計。（3）二次蒸汽的阻力損失引起的）二次蒸汽的阻力損失引起的 此項影響很小，通常取此項影響很小，通常取 1 左右左右6.2 單效蒸發(fā)器的計算單效蒸發(fā)器的計算 引起傳熱溫差損失的原因：引起傳熱溫差損失的原因： =t -T-傳熱溫度差損失傳熱溫度差損失 P 浙江大學本科生課程化工

8、原理第六章 蒸發(fā)11/33一、多效蒸發(fā)及其流程一、多效蒸發(fā)及其流程 平平流流流流程程錯錯流流流流程程逆逆流流流流程程并并流流流流程程向向分分為為按按料料液液與與二二次次蒸蒸汽汽的的走走6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)思考：思考：P1、 P2、 P3大小順序？大小順序？321321TTTPPP 1T 冷卻水料液加熱蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸發(fā)器P二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T并流流程：并流流程：并流流程優(yōu)、缺點：并流流程優(yōu)、缺點： 料液可自動流入下一效，料液可自動流入下一效，無需泵輸送；無需泵輸送； 溶液會發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更溶液會發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸汽；多的蒸汽； 傳熱推動力依次減小傳熱推動力

9、依次減??； K依次減小；依次減小；浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)12/33 冷卻水 料液 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸發(fā)器P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T逆流流程優(yōu)、缺點：逆流流程優(yōu)、缺點： 料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效； 傳熱推動力較為均勻傳熱推動力較為均勻；6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)逆流流程：逆流流程：浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)13/33 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水 完成液 錯流多效蒸發(fā)器（231） P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T錯流流程優(yōu)、缺點：錯流流程優(yōu)、缺點： 兼有并、逆流的優(yōu)點；兼有并、逆流的優(yōu)點； 操作復雜操作復

10、雜；6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)錯流流程：錯流流程：浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)14/33 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸發(fā)器P1T 1232T3T平流流程優(yōu)、缺點：平流流程優(yōu)、缺點： 各效獨立進料，傳熱狀各效獨立進料，傳熱狀況均較好；況均較好； 物料停留時間較短物料停留時間較短思考：思考： 1、粘度隨濃度變化很大的料液，宜、粘度隨濃度變化很大的料液，宜采用哪一種流程？采用哪一種流程？ 平流、逆流或錯平流、逆流或錯流流2、當料液溫度較高或最后濃縮液在高、當料液溫度較高或最后濃縮液在高溫下易被破壞時，宜采用哪一種流程溫下易被破壞時，宜采用哪一種流程？ 并流并流3、當

11、進料幾乎是飽和液時，宜采用哪、當進料幾乎是飽和液時，宜采用哪一種流程？一種流程？ 平流平流6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)平流流程：平流流程：浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)15/33生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力：單位單位時間的傳熱量或時間的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，蒸發(fā)的水分量，用用Q或或 W表示。表示。生產(chǎn)強度：生產(chǎn)強度：單位時單位時間、單位面積的傳間、單位面積的傳熱量或蒸發(fā)的水分熱量或蒸發(fā)的水分量，用量，用q或或 W/A表表示。示。二、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較二、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)單位生蒸汽消耗量單位生蒸汽消耗量D/W比單效蒸發(fā)小，操作費比單比單效蒸發(fā)小，操作費比單效蒸發(fā)小；效蒸

12、發(fā)小； 多效蒸發(fā)生產(chǎn)能力比單效蒸發(fā)小多效蒸發(fā)生產(chǎn)能力比單效蒸發(fā)小， 生產(chǎn)強度比單效蒸發(fā)小，生產(chǎn)強度比單效蒸發(fā)小，故設備費比單效蒸發(fā)大。故設備費比單效蒸發(fā)大。6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)16/33 冷卻水 料液 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸發(fā)器證明：證明： 多效與單效相比，多效與單效相比， 單位生蒸汽消耗量單位生蒸汽消耗量 小。小。WDDW D W D W D DWWDDWWDWD3,312,211 三三效效時時二二效效時時單單效效時時6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)假設屬理想情況，每一效假設屬理想情況，每一效D/W=1浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)

13、17/33 冷卻水 料液 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸發(fā)器DW W W D D D D/W 實實際際值值單單效效1.1二二效效0.57三三效效0.46.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)小小多多效效時時WD多多效效時時操操作作費費少少注意：注意：操作費減小的幅度并不與效數(shù)成正比，操作費減小的幅度并不與效數(shù)成正比，效數(shù)越多，操作費減小的幅度成下降效數(shù)越多，操作費減小的幅度成下降趨勢。趨勢。浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)18/33mtKAQ 單效：單效：333222111mmmtAKQtAKQtAKQ 三三效效： KKKK 321假假設設6.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)證明：證明： 多效與單效相比，

14、多效與單效相比，生產(chǎn)能力低、生產(chǎn)能力低、生產(chǎn)強度小生產(chǎn)強度小。 321321mmmtttKAQQQQ mtKq 321mmmtttKAQ tTtsm TTs TTKqsD 冷卻水 料液 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸發(fā)器1T2TTP 3213222111 TTKATTTTTTKAQss浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)19/336.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)QQ D 冷卻水 料液 加熱 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸發(fā)器1T2TTP321故相同生產(chǎn)能力下，故相同生產(chǎn)能力下，A A。因此，多效蒸發(fā)的設備費大。因此，多效蒸發(fā)的設備費大。而且，而且，效數(shù)越多，設備費增效數(shù)越多，設備費增大

15、的幅度越大大的幅度越大。A A A 因為因為AQqAQq 3浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)20/33 總費用費用 設備費 操作費 效數(shù)效效。效效以以下下，一一般般取取效效數(shù)數(shù)不不可可過過多多，應應在在3266.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)21/33n采用多效采用多效n額外蒸汽的引出額外蒸汽的引出n采用熱泵蒸發(fā)流程采用熱泵蒸發(fā)流程n冷凝水的自蒸發(fā)冷凝水的自蒸發(fā)6.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)22/33n采用多效采用多效6.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施 D/W

16、 實實際際值值單單效效1.1二二效效0.57三三效效0.4浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)23/336.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷卻水料液 D加熱蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸發(fā)器DW 1第第一一效效：1112EDEWW 第第二二效效：21223EEDEWW 第第三三效效：假設有假設有n+1效，除最后一效外，每一效均抽出額外蒸汽，分別為效，除最后一效外，每一效均抽出額外蒸汽，分別為E1、E2、En。于是于是1 WD理理想想情情況況：n額外蒸汽的引出額外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可換取生蒸汽可換取2kg的額外的額外蒸汽蒸

17、汽(理想情況理想情況)nnnnEEEDEWWn 2111效效：第第浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)24/336.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷卻水料液 D加熱蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸發(fā)器 nnEEnnEDnWWWW 2112111n額外蒸汽的引出額外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可換取生蒸汽可換取2kg的額外的額外蒸汽蒸汽(理想情況理想情況)nEnEnnEnnnWD11111121 不引出額外蒸汽時，有不引出額外蒸汽時，有 DnWWWWn 11211 nWD浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)25/33 E1 E2 W

18、1 W2 W3 冷卻水料液 D加熱蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸發(fā)器nEnEnnEnnD1111121 生生蒸蒸汽汽的的補補加加量量kgEEEn121 假設假設kgnD2 則總的額外蒸汽引出量則總的額外蒸汽引出量 E=nkg21 ED6.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)26/33二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓大，若利用熱泵給二次蒸汽大，若利用熱泵給二次蒸汽加能，加能，輸入少量的高品位能輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。熱能向高溫位轉移。提高其提高其溫度、壓力

19、，使其循環(huán)使用溫度、壓力，使其循環(huán)使用，可使單效蒸發(fā)的能量利用，可使單效蒸發(fā)的能量利用率勝過率勝過35效的蒸發(fā)流程。效的蒸發(fā)流程。 E1 E2 W1 W2 W3 冷卻水料液 D加熱蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸發(fā)器6.4 提高生蒸汽熱能利用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施n采用熱泵蒸發(fā)流程采用熱泵蒸發(fā)流程浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)27/33將冷凝水減壓而自蒸發(fā)，與二次將冷凝水減壓而自蒸發(fā)，與二次蒸汽一起進入下一效作為加熱蒸蒸汽一起進入下一效作為加熱蒸汽用。汽用。 E1 E2 W1 W2 W3 冷卻水料液 D加熱蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸發(fā)器6.4 提高生蒸汽熱能利

20、用程度的措施提高生蒸汽熱能利用程度的措施n冷凝水的自蒸發(fā)冷凝水的自蒸發(fā)浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)28/33 時時間間短短溶溶液液呈呈膜膜狀狀流流動動、停停留留單單程程式式（膜膜式式）：循循環(huán)環(huán)式式分分類類 強強制制循循環(huán)環(huán)式式準準式式）中中央央循循環(huán)環(huán)管管式式（又又稱稱標標自自然然循循環(huán)環(huán)式式：6.5 蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備-列管式換熱器列管式換熱器用于熱敏性、高粘性、易結垢產(chǎn)品的濃縮、用于熱敏性、高粘性、易結垢產(chǎn)品的濃縮、蒸餾或提純蒸餾或提純浙江大學本科生課程化工原理第六章 蒸發(fā)29/33 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 適用于處理量大、結垢適用于處理量大、結垢不嚴重的物系。不嚴重的物系。缺點：缺點：（1 1）循環(huán)速度較低，管內(nèi)）循環(huán)速度較低，管內(nèi)流速流速0.50.5m/sm/s；（2 2）溶液在加熱室中不斷溶液在加熱室中不