蒸發(fā)濃縮的操作原理課件

第五章蒸發(fā)掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理、特點及其工藝計算方法；熟悉單效真空的工藝設備的配置；了解多效蒸發(fā)流程及計算原理。本章重點和難點：第五章蒸發(fā)掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理、特點及其本章重點和1一、蒸發(fā)的定義

二、加熱蒸氣和二次蒸氣使含有不揮發(fā)性溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)，所用的設備稱為蒸發(fā)器。蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為二次蒸氣。第一節(jié)概述一、蒸發(fā)的定義二、加熱蒸氣和二次蒸氣2三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。2、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效蒸發(fā)三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效3四、蒸發(fā)操作的特點1、傳熱性質：屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫傳熱過程。2、溶液性質：熱敏性、腐蝕性、結晶性、結垢性、泡沫、粘度等。3、沸點升高：當加熱蒸氣一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)純水的溫度差。4、泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設備污染。5、能源利用：二次蒸氣的利用是蒸發(fā)操作中要考慮的關鍵問題之一。四、蒸發(fā)操作的特點1、傳熱性質：屬于壁面兩側流體均4溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點升高。稀溶液或有機溶液沸點升高值較小，無機鹽溶液較大。對于同一種溶液，沸點升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點升高值越大。第二節(jié)單效蒸發(fā)

一、溶液的沸點升高和溫度差損失溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱5溶液沸點升高的計算公式：式中Δ——溶液的沸點升高，℃

t——溶液的沸點，℃

T/——與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的飽和溫度，℃（5-1）溶液沸點升高的計算公式：式中Δ——溶液的沸點6傳熱溫度差損失：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。式中Δt——傳熱的有效溫度差，℃

ΔtT

——理論上的傳熱溫度差，℃

t——溶液的沸點，℃

T——純水在操作沸點，℃

Ts——加熱蒸氣的溫度，℃計算公式為：Δt=Ts-tΔtT

=Ts-TΔ=ΔtT-Δt（5-2）

傳熱溫度差損失傳熱溫度差損失：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。式中7例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=150℃），蒸發(fā)室內壓力為1atm，蒸發(fā)30%的NaOH溶液，沸點為t=115℃，其最大傳熱溫度差，用ΔtT來表示：

ΔtT=Ts-T=150-100=50℃有效溫度差為：

Δt=Ts-t=150-115=35℃則溫度差損失為：

Δ=ΔtT-Δt=（Ts-T）-（Ts-t）=t-T=15℃即傳熱溫度差損失等于溶液的沸點與同壓下水的沸點之差。只有求得Δ，才可求得溶液的沸點t（=T+Δ）和有效傳熱溫度差Δt（=ΔtT-Δ

）。例例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=18（1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失Δ′；（3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失。（2）因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失Δ″；總溫度差損失為：（5-3）

蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因有：（1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失Δ′；（3）因管路9（5-4）式中tA——溶液沸點，℃，主要與溶液的類別、濃度及操作壓強有關。

T′——與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的飽和溫度，℃在文獻和手冊中，可以查到常壓（1atm）下某些溶液在不同濃度時的沸點數據。非常壓下的溶液沸點則需計算，估算方法有兩種。1溶液的蒸汽壓下降引起的溫度差損失（5-4）式中tA——溶液沸點，℃，主要與溶10式中——常壓下溶液的沸點升高，可由實驗測定的tA值求得，℃；

Δ′——操作條件下溶液的沸點升高，℃；

f——校正系數，無因次。其經驗計算式為：式中T′——操作壓強下二次蒸氣的溫度，℃；

r′——操作壓強下二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。(1)（5-5）（5-6）式中——常壓下溶液的沸點升高，可由實驗11(2)杜林規(guī)則該規(guī)則認為：某溶液（或液體）在兩種不同壓力下兩沸點之差與另一標準液體在相應壓力下兩沸點之差，其比值為一常數，即式中tA、tw—分別為壓強pM下溶液的沸點與純水的沸點，℃

tA′、tw′—分別為壓強pN下溶液的沸點與純水的沸點，℃一定濃度下溶液的沸點與相同壓強下水的沸點呈直線關系，可以利用杜林線求不同濃度的溶液在任一壓力下的沸點。（5-7）(2)杜林規(guī)則該規(guī)則認為：某溶液（或液體）在兩種不12當某壓強下水的沸點tw=0時，則上式變?yōu)椋菏街衴m——杜林線的截距，℃注意：不同濃度的杜林線是不平行的，斜率k與截距ym都是溶液質量濃度x的函數。對NaOH水溶液，k、ym與x的關系為：

k=1+0.142x

(5-9a)

ym=150.75x2-2.71x

(5-9b)

式中x——溶液的質量濃度（5-8）當某壓強下水的沸點tw=0時，則上式變?yōu)椋?3液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與表面沸點之差即為因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。式中pm——液層中部的平均壓強，Pap′——液面的壓強，即二次蒸氣的壓強，Pal——液層深度，m簡化處理：計算時以液層中部的平均壓強pm及相應的沸點tAm為準，中部的壓強為：（5-10）2液柱靜壓強引起的溫度差損失液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與14

常根據平均壓強pm查出純水的相應沸點tpm，故因靜壓強而引起的溫度差損失為：

Δ″=tpm-tp′（5-11）式中tpm

——與平均壓強pm相對應純水的沸點，℃

tp′——與二次蒸氣壓強p′相對應的水的沸點，℃影響Δ″的因素：（1）沸騰時液層內混有氣泡，液層的實際密度較計算公式所用的純液體密度要小，使得算出的Δ″值偏大；（2）當溶液在加熱管內的循環(huán)速度較大時，就會因流體阻力使平均壓強增高。常根據平均壓強pm查出純水的相應沸點tpm，故因15

采用多效蒸發(fā)時，二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往后一效加熱室的過程中要克服管道的流動阻力，從而導致蒸汽溫度下降。此項溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關，一般取0.5~1.5℃。采用多效蒸發(fā)時，二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往16單效蒸發(fā)的計算項目有：（1）蒸發(fā)量；（2）加熱蒸氣消耗量；（3）蒸發(fā)器的傳熱面積通常生產任務中已知的項目有：（1）原料液流量、組成與溫度；（2）完成液組成；（3）加熱蒸氣壓強或溫度；（4）冷凝器的壓強或溫度。二、單效蒸發(fā)的計算單效蒸發(fā)的計算項目有：通常生產任務中已知的項目有：二、單效蒸17加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,18式中F—原料液流量

W—蒸發(fā)量

x0—原料液的質量組成

x1—完成液的組成對單效蒸發(fā)器作溶質衡算，得（5-12）1蒸發(fā)量w式中F—原料液流量對單效蒸發(fā)器作溶質衡算，得（19蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸點，將水分蒸發(fā)為蒸氣以及向周圍散失的熱量。對于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀釋時釋放出熱量，則當其蒸發(fā)濃縮時應考慮供給和稀釋熱相當的濃縮熱。2加熱蒸氣消耗量D蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至20式中D——加熱蒸氣的消耗量,kg/h

H——加熱蒸氣的焓,kJ/kgh0——原料液的焓,kJ/kg

H’——二次蒸氣的焓,kJ/kgh1——完成液的焓,kJ/kg

hw——冷凝水的焓,kJ/kgQL——熱損失,kJ/h（5-13）對單效蒸發(fā)器作物料的熱量衡算，得（5-14）2.1溶液稀釋熱不可忽略時式中D——加熱蒸氣的消耗量,kg/h（5-13）21若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則式中r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg稀釋熱不可忽略時，溶液的焓可由專用的焓濃圖查得。則上式變?yōu)椋?-14a）H-hw=r若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則22溶液的稀釋熱可以忽略時，溶液的焓可由比熱算出，即

h0=cp0(t-0)=cp0t0

（5-15）

h1=cp1(t-0)=cp1t1

（5-16）

hw=cpw(t-0)=cpwtw（5-17）代入蒸發(fā)器物料的熱量衡算式中，則有D(H-cpwT)=WH’+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL（5-18）2.2溶液的稀釋熱可以忽略時溶液的稀釋熱可以忽略時，溶液的焓可由比熱算出，即代入蒸發(fā)器物23計算溶液比熱的經驗公式為：

Cp=cpw(1-x)+cpBx（5-19）

式中Cp——溶液的比熱,kJ/(kg?℃);

Cpw——純水的比熱,kJ/(kg?℃);

CpB——溶質的比熱,kJ/(kg?℃).當x<0.2時，上式簡化為：

Cp=cpw(1-x)（5-19a）計算溶液比熱的經驗公式為：式中Cp24為簡化計算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯立上兩式，得

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0

（5-20）

計算原料液及完成液的比熱可分別寫成：

Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1=cpw-(cpw-cpB)x1為簡化計算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯立上兩25上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關系式。Fx0=(F-W)x1

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw

（5-21）將式5-21代入5-18，并整理得：（5-22）上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關系式。Fx0=(F-W)26由于H-cpwT≈r(5-23)

H?-cpwt1≈r′(5-24)

式中r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg；

r′——二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。將上兩式代入式5-22，并簡化得：上式說明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點、蒸發(fā)水分以及向周圍的熱損失。

Q=Dr=Wr′+Fcp0(t1-t0)+QL（5-25）由于H-cpw27

若原料液預熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上式簡化為：（5-25a）（5-26）式中e——蒸發(fā)1kg水分時，加熱蒸氣的消耗量，稱為單位蒸氣耗量，kg/kg。若原料液預熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上28單效蒸發(fā)操作中e≈1，每蒸發(fā)1kg的水分約消耗1kg的加熱蒸氣（由于蒸汽的汽化熱隨壓強變化不大，即r≈r′）；實際蒸發(fā)操作中e值約為1.1或更大；（1）溫度差的損失的存在；（2）二次蒸汽的氣化潛熱總是大于加熱蒸汽的氣化潛熱。

e值是衡量蒸發(fā)裝置經濟程度的指標。3單位蒸氣消耗量單效蒸發(fā)操作中e≈1，每蒸發(fā)1kg的水分約消耗1kg的加29蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率公式計算，即：式中S0——蒸發(fā)器的傳熱面積，m2

K0——基于外面積的總傳熱系數；kw/(m2?℃)

Δtm——平均溫度差，℃

Q——蒸發(fā)器的熱負荷，即蒸發(fā)器的傳熱速率，kw。

注意：若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，則s0可根據式5-27直接算出，否則應分段計算。下面按前者情況進行討論。（5-27）3.1傳熱面積S0蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率公式計算，即：式中S0——蒸30在蒸發(fā)過程中，加熱兩側流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下，故：

Δtm=T-t（5-28）式中T——加熱蒸氣的溫度，℃；

t——操作條件下溶液的沸點，℃。3.1.1平均溫度差Δtm在蒸發(fā)過程中，加熱兩側流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下31垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱系數可按膜式冷凝傳熱系數公式計算，管內側溶液沸騰傳熱系數則按管內沸騰傳熱系數關聯式計算。式中a——對流傳熱系數，W/(m2?℃)

d——管徑，m

Ri——垢層熱阻，m2?℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的導熱系數，W/(m?℃)

下標i表示管內側、o表示外側、m表示平均。（5-29）3.1.2基于傳熱外面積的總傳熱系數K0垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱32若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，則蒸發(fā)器的熱負荷為：

上面算出的傳熱面積，應視具體情況選用適當的安全系數加以校正。Q=Dr(5-30)3.2蒸發(fā)器的熱負荷Q若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失33例題有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35℃，濃度為20%（質量）的NaOH溶液濃縮至50%（質量）。已知加熱用飽和水蒸氣的壓力為294kN/m2（絕壓），蒸發(fā)室內壓力為19.6kN/m2（絕壓），溶液的沸點為100℃，又蒸發(fā)器的總傳熱系數為1000W/m2?k,熱損失可取為傳熱量的3%，試計算加熱蒸氣消耗量D和料液處理量F。解：根據加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得：294kN/m2（絕壓）時：蒸氣焓H=2728kJ/kg

冷凝水的焓hw=556.5kJ/kg

汽化熱r=2171.5kJ/kg

溫度T=132.9℃例題例題有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35℃，濃度為23419.6kN/m2（絕壓）時：蒸氣的焓H*=2605kJ/kg飽和溫度T′=59.7℃二次蒸氣的焓H′=2605+1.88×(100-59.7)=2681kJ/kg,(1.88為水蒸氣的比熱,kJ/kg·k)(1)加熱蒸氣消耗量D

由傳熱速率方程得：

Q=KA(T-t)=1000×30×(132.9-100)=9.87×105w/m2·℃19.6kN/m2（絕壓）時：(1)加熱蒸氣消耗量D35(2)

料液流量F

DH+Fh0=WH′+(F-W)h1+Dhw+QL式中是D、H、H′、hw已知量，根據料液、完成液的溫度和濃度查圖得，原料液的焓h0=120kJ/kg，完成液的焓h1=540kJ/kg又QL=0.03Q=0.03×9.87×105=29.6kw代入已知數據0.445×2728+120F=2681W+540(F-W)+0.455×556.5+29.6F=0.56kg/sW=0.34kg/s整理后，得420F+2141W=958.4(2)

料液流量FDH+Fh0=WH′+(F-W)h136(3)

不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。已知溶質的比熱CB=2.01kJ/kg·kD(H-cpwT)=WH′+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QLCp0=4.187×(1-0.2)+2.01×0.2=3.75kJ/kg·kCp1=4.187×(1-0.5)+2.01×0.5=3.1kJ/kg·k則有0.455×(2728-556.5)=(F-W)×3.1×100+2681W+29.6-F×3.75×35178.7F+2371W=958.4將W=0.6F代入，解得F=0.6kg/sW=0.36kg/s(3)

不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。已知溶質的比熱CB37

此例的2、3兩項計算結果表明，蒸發(fā)面積相同時，不考慮濃縮熱所得料液處理量要比實際情況約高6%。注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數據，對于有明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來處理，即先不考慮濃縮熱的影響進行計算后，再校正。此例的2、3兩項計算結果表明，蒸發(fā)面積相同時38蒸發(fā)器的生產能力用單位時間內蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)量表示。其生產能力的大小取決于通過傳熱面積的傳熱速率Q，因此也可以用蒸發(fā)器的傳熱速率來衡量生產能力。根據傳熱速率方程得單效蒸發(fā)時的傳熱速率為：Q=KSΔt

或Q=KS(T-t1)（5-31）三、蒸發(fā)器的生產能力和生產強度

1蒸發(fā)器的生產能力蒸發(fā)器的生產能力用單位時間內蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)39進料狀況影響蒸發(fā)器的生產能力：(1)低于沸點進料時，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點，因而降低了生產能力；(2)沸點進料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分，其生產能力有所增加；(3)高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，使生產能力有所增加。進料狀況影響蒸發(fā)器的生產能力：(1)低于沸點進料時，需消耗部40蒸發(fā)器的生產強度是指單位傳熱面積上單位時間內蒸發(fā)的水量，單位為kg/(m2·h)，常采用生產強度U作為衡量蒸發(fā)器性能的標準。若為沸點進料，且忽略熱損失，則：由上式可以看出，欲提高蒸發(fā)器的生產強度，必須設法提高蒸發(fā)器的總傳熱系數和傳熱溫度差。（5-32）2蒸發(fā)器的生產強度蒸發(fā)器的生產強度是指單位傳熱面積上單位時間內蒸發(fā)41

傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次蒸氣的壓強。傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：加熱蒸氣的壓強越高，其飽和溫度也越高，但是加熱蒸氣常受工廠的供汽條件所限。一般為300~500kPa，有時可高達600~800kPa。提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點降低，也可以加大溫度差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸點降低，使粘度增高，導致沸騰傳熱系數下降，因此一般冷凝器中的壓強不低于10~20kPa。為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區(qū)，也不宜采用過高的傳熱溫度差。傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次蒸氣的壓強。傳熱42一般來說，增大總傳熱系數是提高蒸發(fā)器生產強度的主要途徑?？倐鳠嵯禂礙值取決于對流傳熱系數和污垢熱阻。蒸氣冷凝傳熱系數通常比溶液沸騰傳熱系數大，即傳熱總熱阻中，蒸氣冷凝側的熱阻較小。在蒸發(fā)器的設計和操作中，必須考慮及時排除蒸氣中的不凝氣，否則，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數下降。一般來說，增大總傳熱系數是提高蒸發(fā)器生產強度的主要途徑?？?3多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。

一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經濟性。第三節(jié)多效蒸發(fā)

一、多效蒸發(fā)原理多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低44效數單效雙效三效四效五效理論最小值11/21/31/41/5實際最小值1.10.570.40.30.27表單位蒸氣消耗量

強調：蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒有提高蒸發(fā)量，而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價則是設備投資增加。在相同的操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產能力并不比傳熱面積與其中一個效相等的單效蒸發(fā)器的生產能力大。錯誤觀點：多效蒸發(fā)器的生產能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。效數單效雙效三效四效五效理論最45

蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數下降，在后二效中尤為嚴重。優(yōu)點：在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。二、多效蒸發(fā)流程

1順流法缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數下降，46原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水47料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系數較大。缺點：（1）各效間需用泵輸送；

（2）無自蒸發(fā)；

（3）高溫加熱面上易引起結焦和營養(yǎng)物的破壞。2逆流法料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸48原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加49效數多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，這種流程可協(xié)調兩種流程的優(yōu)缺點，適于粘度極高料液的濃縮。

3平流法

原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過程中伴有結晶析出的溶液。4混流法3、平流法

效數多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流50原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水完成液完成液平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖

原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水完成51第三節(jié)蒸發(fā)設備蒸發(fā)器的結構：加熱室、分離器等特點：溶液在蒸發(fā)器內作連續(xù)的循環(huán)運動，以提高傳熱效果、緩和溶液結垢情況。按加熱室的結構和操作時溶液的流動情況分：循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。一、循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器

分類（引起循環(huán)運動的原因）：自然循環(huán)和強制循環(huán)自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產生了密度差而引起的循環(huán)運動；強制循環(huán)：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動。第三節(jié)

蒸發(fā)設備

一.循環(huán)型（非膜式蒸發(fā)器第三節(jié)蒸發(fā)設備特點：溶液在蒸發(fā)器內作連52加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。循環(huán)產生的原因：粗管——降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積40—100％細管——沸騰管或加熱管，直徑Ф25—75mm，長徑比20—40細管內單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細管內汽液混和物比粗管內小，密度差促使溶液循環(huán)。1中央循環(huán)管式（或標準式）蒸發(fā)器加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。循環(huán)產生的53優(yōu)點：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。缺點：（1）溶液循環(huán)好，傳熱效率高；（2）結構緊湊，制造方便，操作可靠，應用廣泛，有“標準蒸發(fā)器”之稱。（1）完成液粘度大，沸點高；（2）加熱室不易清洗；優(yōu)點：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。54此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。加熱蒸汽由中央蒸汽管進入加熱室，加熱室懸掛在器內，可取出，便于清洗及更換，循環(huán)通道由加熱室與蒸發(fā)器外殼壁面內的環(huán)隙組成。優(yōu)點：（1）溶液循環(huán)速度較高，約在1—1.5m/s之間；（2）改善了加熱管內結垢情況，并提高了傳熱速率。缺點：設備耗材量大，占地面大，加熱管內溶液滯留量大。該蒸發(fā)器適用蒸發(fā)有晶體析出的溶液。2懸筐式蒸發(fā)器此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。加熱蒸汽由中央蒸55結構特點：由于循環(huán)管內的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運動，循環(huán)速度可達1.5m/s。加熱室較長，其長徑比為50—100；加熱室和分離室分開。物料的運動：3外熱式蒸發(fā)器結構特點：由于循環(huán)管內的溶液未受蒸汽加熱，其密度較56結構特點：加熱室上端有一段2.7—5m的圓形筒作沸騰室，致使加熱管內要承受較大的液柱靜壓力，溶液只有上升到沸騰室內才能沸騰汽化，可以避免加熱管內有晶體析出或結垢；優(yōu)點：循環(huán)速度（2—3m/s），傳熱效果好，不會有晶體堵塞，適用于處理有晶體析出或易結垢的溶液。沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長大。缺點：循環(huán)管必須保持一定高度（7—8m），要求廠房高，同時耗材較多；蒸發(fā)器的液柱靜壓大，要求較高壓強的蒸汽才能維持一定的溫度差。4列文蒸發(fā)器結構特點：加熱室上端有一段2.7—5m的圓形筒作沸騰室，致使57優(yōu)點：利用外加動力（泵）進行循環(huán)，適于處理粘度大，易結晶或易結垢的溶液。缺點：動力消耗大，通常為0.4—0.8kw/（m2傳熱面），使用此蒸發(fā)器時加熱面受到一定限制。5強制循環(huán)蒸發(fā)器優(yōu)點：利用外加動力（泵）進行循環(huán)，適于處理粘度大，易缺點：動58非膜式蒸發(fā)器的主要缺點是加熱室內滯料量大，致使物料在高溫下停留時間過長，不適于處理熱敏性物料。膜式蒸發(fā)器只通過加熱室一次即可達到所需濃度，停留時間短，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器的比較：二、膜式（單程）蒸發(fā)器非膜式蒸發(fā)器的主要缺點是加熱室內滯料量大，致使物料在高溫下停59結構：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比100—150。原理：原料液經預熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部引入管內，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，邊進行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達到所需的濃度，完成液由分離室底部排出。注意：溶液應預熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發(fā)器；二次蒸氣在加熱管內的速度不應小于10m/s，一般為20—50m/s，減壓下可高達100—160m/s。該蒸發(fā)器適于處理蒸發(fā)量大的稀溶液以及熱敏性或易生泡的溶液；不適于處理高粘度、有結晶析出或易結垢的溶液。1升膜式蒸發(fā)器結構：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比100—150。60結構：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。為了使溶液能在壁上均勻分布，且防止二次蒸氣由加熱管頂端直接竄出，加熱管頂部必須設置加工良好的液體分布器。原理：原料液由加熱室頂部加入，竟管端的液體分布器均勻地流入加熱管內，在溶液自身重力作用下，溶液沿管內壁呈膜狀下流，并進行蒸發(fā)。降膜式蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，但不適于處理易結晶、結垢或粘度大的溶液。

2降膜式蒸發(fā)器結構：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。為了使溶液能在壁61結構：由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器底部封頭內有一隔板，將加熱管束均分為二。溶液在升膜和降膜蒸發(fā)器內的情況完全相同。該蒸發(fā)器適于處理粘度變化大的溶液，或廠房高度有一定限制的場合。如果蒸發(fā)過程溶液的粘度變化較大，建議采用常壓操作。原理：原料液在預熱器中加熱達到或接近沸點后，引入升膜加熱管束的底部，汽液混合物經管束由頂部流入降膜加熱管束，然后轉入分離器，完成液由分離器底部取出。3升—降膜式蒸發(fā)器結構：由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器底部封頭內有一隔板62結構：加熱管是一根垂直的空心管，圓管外有夾套，內通加熱蒸氣，圓管內裝可以旋轉的攪拌葉片。原理：原料液沿切線方向進入管內，由于受離心力、重力及葉片的刮帶作用，在管壁上形成旋轉下降的薄膜，并不斷的被蒸發(fā)，完成液由底部排出。缺點：結構復雜，動力耗費大，傳熱面小，處理能力不大。該蒸發(fā)器適用于高粘度、易結晶、易結垢或熱敏性溶液的蒸發(fā)。4刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器結構：加熱管是一根垂直的空心管，圓管外有夾套，內通加熱蒸氣，63將燃料氣與空氣按比例混合后噴入溶液中，燃燒氣的溫度可高達1200—1800℃，由于氣液間的溫度差大，且氣體對溶液產生強烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸氣與煙道氣一同由頂部排出。特點：結構簡單，不需固定的傳熱面，熱利用率高。適于處理易結垢、易結晶或有腐蝕性溶液的蒸發(fā)。但不適于處理熱敏性物料。目前廣泛應用于廢酸處理工業(yè)。

5浸沒燃燒蒸發(fā)器將燃料氣與空氣按比例混合后噴入溶液中，燃燒氣64第五章蒸發(fā)掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理、特點及其工藝計算方法；熟悉單效真空的工藝設備的配置；了解多效蒸發(fā)流程及計算原理。本章重點和難點：第五章蒸發(fā)掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理、特點及其本章重點和65一、蒸發(fā)的定義

二、加熱蒸氣和二次蒸氣使含有不揮發(fā)性溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)，所用的設備稱為蒸發(fā)器。蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為二次蒸氣。第一節(jié)概述一、蒸發(fā)的定義二、加熱蒸氣和二次蒸氣66三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。2、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效蒸發(fā)三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效67四、蒸發(fā)操作的特點1、傳熱性質：屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫傳熱過程。2、溶液性質：熱敏性、腐蝕性、結晶性、結垢性、泡沫、粘度等。3、沸點升高：當加熱蒸氣一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)純水的溫度差。4、泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設備污染。5、能源利用：二次蒸氣的利用是蒸發(fā)操作中要考慮的關鍵問題之一。四、蒸發(fā)操作的特點1、傳熱性質：屬于壁面兩側流體均68溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點升高。稀溶液或有機溶液沸點升高值較小，無機鹽溶液較大。對于同一種溶液，沸點升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點升高值越大。第二節(jié)單效蒸發(fā)

一、溶液的沸點升高和溫度差損失溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱69溶液沸點升高的計算公式：式中Δ——溶液的沸點升高，℃

t——溶液的沸點，℃

T/——與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的飽和溫度，℃（5-1）溶液沸點升高的計算公式：式中Δ——溶液的沸點70傳熱溫度差損失：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。式中Δt——傳熱的有效溫度差，℃

ΔtT

——理論上的傳熱溫度差，℃

t——溶液的沸點，℃

T——純水在操作沸點，℃

Ts——加熱蒸氣的溫度，℃計算公式為：Δt=Ts-tΔtT

=Ts-TΔ=ΔtT-Δt（5-2）

傳熱溫度差損失傳熱溫度差損失：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。式中71例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=150℃），蒸發(fā)室內壓力為1atm，蒸發(fā)30%的NaOH溶液，沸點為t=115℃，其最大傳熱溫度差，用ΔtT來表示：

ΔtT=Ts-T=150-100=50℃有效溫度差為：

Δt=Ts-t=150-115=35℃則溫度差損失為：

Δ=ΔtT-Δt=（Ts-T）-（Ts-t）=t-T=15℃即傳熱溫度差損失等于溶液的沸點與同壓下水的沸點之差。只有求得Δ，才可求得溶液的沸點t（=T+Δ）和有效傳熱溫度差Δt（=ΔtT-Δ

）。例例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=172（1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失Δ′；（3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失。（2）因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失Δ″；總溫度差損失為：（5-3）

蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因有：（1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失Δ′；（3）因管路73（5-4）式中tA——溶液沸點，℃，主要與溶液的類別、濃度及操作壓強有關。

T′——與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的飽和溫度，℃在文獻和手冊中，可以查到常壓（1atm）下某些溶液在不同濃度時的沸點數據。非常壓下的溶液沸點則需計算，估算方法有兩種。1溶液的蒸汽壓下降引起的溫度差損失（5-4）式中tA——溶液沸點，℃，主要與溶74式中——常壓下溶液的沸點升高，可由實驗測定的tA值求得，℃；

Δ′——操作條件下溶液的沸點升高，℃；

f——校正系數，無因次。其經驗計算式為：式中T′——操作壓強下二次蒸氣的溫度，℃；

r′——操作壓強下二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。(1)（5-5）（5-6）式中——常壓下溶液的沸點升高，可由實驗75(2)杜林規(guī)則該規(guī)則認為：某溶液（或液體）在兩種不同壓力下兩沸點之差與另一標準液體在相應壓力下兩沸點之差，其比值為一常數，即式中tA、tw—分別為壓強pM下溶液的沸點與純水的沸點，℃

tA′、tw′—分別為壓強pN下溶液的沸點與純水的沸點，℃一定濃度下溶液的沸點與相同壓強下水的沸點呈直線關系，可以利用杜林線求不同濃度的溶液在任一壓力下的沸點。（5-7）(2)杜林規(guī)則該規(guī)則認為：某溶液（或液體）在兩種不76當某壓強下水的沸點tw=0時，則上式變?yōu)椋菏街衴m——杜林線的截距，℃注意：不同濃度的杜林線是不平行的，斜率k與截距ym都是溶液質量濃度x的函數。對NaOH水溶液，k、ym與x的關系為：

k=1+0.142x

(5-9a)

ym=150.75x2-2.71x

(5-9b)

式中x——溶液的質量濃度（5-8）當某壓強下水的沸點tw=0時，則上式變?yōu)椋?7液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與表面沸點之差即為因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。式中pm——液層中部的平均壓強，Pap′——液面的壓強，即二次蒸氣的壓強，Pal——液層深度，m簡化處理：計算時以液層中部的平均壓強pm及相應的沸點tAm為準，中部的壓強為：（5-10）2液柱靜壓強引起的溫度差損失液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與78

常根據平均壓強pm查出純水的相應沸點tpm，故因靜壓強而引起的溫度差損失為：

Δ″=tpm-tp′（5-11）式中tpm

——與平均壓強pm相對應純水的沸點，℃

tp′——與二次蒸氣壓強p′相對應的水的沸點，℃影響Δ″的因素：（1）沸騰時液層內混有氣泡，液層的實際密度較計算公式所用的純液體密度要小，使得算出的Δ″值偏大；（2）當溶液在加熱管內的循環(huán)速度較大時，就會因流體阻力使平均壓強增高。常根據平均壓強pm查出純水的相應沸點tpm，故因79

采用多效蒸發(fā)時，二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往后一效加熱室的過程中要克服管道的流動阻力，從而導致蒸汽溫度下降。此項溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關，一般取0.5~1.5℃。采用多效蒸發(fā)時，二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往80單效蒸發(fā)的計算項目有：（1）蒸發(fā)量；（2）加熱蒸氣消耗量；（3）蒸發(fā)器的傳熱面積通常生產任務中已知的項目有：（1）原料液流量、組成與溫度；（2）完成液組成；（3）加熱蒸氣壓強或溫度；（4）冷凝器的壓強或溫度。二、單效蒸發(fā)的計算單效蒸發(fā)的計算項目有：通常生產任務中已知的項目有：二、單效蒸81加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,82式中F—原料液流量

W—蒸發(fā)量

x0—原料液的質量組成

x1—完成液的組成對單效蒸發(fā)器作溶質衡算，得（5-12）1蒸發(fā)量w式中F—原料液流量對單效蒸發(fā)器作溶質衡算，得（83蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸點，將水分蒸發(fā)為蒸氣以及向周圍散失的熱量。對于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀釋時釋放出熱量，則當其蒸發(fā)濃縮時應考慮供給和稀釋熱相當的濃縮熱。2加熱蒸氣消耗量D蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至84式中D——加熱蒸氣的消耗量,kg/h

H——加熱蒸氣的焓,kJ/kgh0——原料液的焓,kJ/kg

H’——二次蒸氣的焓,kJ/kgh1——完成液的焓,kJ/kg

hw——冷凝水的焓,kJ/kgQL——熱損失,kJ/h（5-13）對單效蒸發(fā)器作物料的熱量衡算，得（5-14）2.1溶液稀釋熱不可忽略時式中D——加熱蒸氣的消耗量,kg/h（5-13）85若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則式中r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg稀釋熱不可忽略時，溶液的焓可由專用的焓濃圖查得。則上式變?yōu)椋?-14a）H-hw=r若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則86溶液的稀釋熱可以忽略時，溶液的焓可由比熱算出，即

h0=cp0(t-0)=cp0t0

（5-15）

h1=cp1(t-0)=cp1t1

（5-16）

hw=cpw(t-0)=cpwtw（5-17）代入蒸發(fā)器物料的熱量衡算式中，則有D(H-cpwT)=WH’+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL（5-18）2.2溶液的稀釋熱可以忽略時溶液的稀釋熱可以忽略時，溶液的焓可由比熱算出，即代入蒸發(fā)器物87計算溶液比熱的經驗公式為：

Cp=cpw(1-x)+cpBx（5-19）

式中Cp——溶液的比熱,kJ/(kg?℃);

Cpw——純水的比熱,kJ/(kg?℃);

CpB——溶質的比熱,kJ/(kg?℃).當x<0.2時，上式簡化為：

Cp=cpw(1-x)（5-19a）計算溶液比熱的經驗公式為：式中Cp88為簡化計算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯立上兩式，得

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0

（5-20）

計算原料液及完成液的比熱可分別寫成：

Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1=cpw-(cpw-cpB)x1為簡化計算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯立上兩89上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關系式。Fx0=(F-W)x1

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw

（5-21）將式5-21代入5-18，并整理得：（5-22）上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關系式。Fx0=(F-W)90由于H-cpwT≈r(5-23)

H?-cpwt1≈r′(5-24)

式中r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg；

r′——二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。將上兩式代入式5-22，并簡化得：上式說明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點、蒸發(fā)水分以及向周圍的熱損失。

Q=Dr=Wr′+Fcp0(t1-t0)+QL（5-25）由于H-cpw91

若原料液預熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上式簡化為：（5-25a）（5-26）式中e——蒸發(fā)1kg水分時，加熱蒸氣的消耗量，稱為單位蒸氣耗量，kg/kg。若原料液預熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上92單效蒸發(fā)操作中e≈1，每蒸發(fā)1kg的水分約消耗1kg的加熱蒸氣（由于蒸汽的汽化熱隨壓強變化不大，即r≈r′）；實際蒸發(fā)操作中e值約為1.1或更大；（1）溫度差的損失的存在；（2）二次蒸汽的氣化潛熱總是大于加熱蒸汽的氣化潛熱。

e值是衡量蒸發(fā)裝置經濟程度的指標。3單位蒸氣消耗量單效蒸發(fā)操作中e≈1，每蒸發(fā)1kg的水分約消耗1kg的加93蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率公式計算，即：式中S0——蒸發(fā)器的傳熱面積，m2

K0——基于外面積的總傳熱系數；kw/(m2?℃)

Δtm——平均溫度差，℃

Q——蒸發(fā)器的熱負荷，即蒸發(fā)器的傳熱速率，kw。

注意：若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，則s0可根據式5-27直接算出，否則應分段計算。下面按前者情況進行討論。（5-27）3.1傳熱面積S0蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率公式計算，即：式中S0——蒸94在蒸發(fā)過程中，加熱兩側流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下，故：

Δtm=T-t（5-28）式中T——加熱蒸氣的溫度，℃；

t——操作條件下溶液的沸點，℃。3.1.1平均溫度差Δtm在蒸發(fā)過程中，加熱兩側流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下95垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱系數可按膜式冷凝傳熱系數公式計算，管內側溶液沸騰傳熱系數則按管內沸騰傳熱系數關聯式計算。式中a——對流傳熱系數，W/(m2?℃)

d——管徑，m

Ri——垢層熱阻，m2?℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的導熱系數，W/(m?℃)

下標i表示管內側、o表示外側、m表示平均。（5-29）3.1.2基于傳熱外面積的總傳熱系數K0垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱96若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，則蒸發(fā)器的熱負荷為：

上面算出的傳熱面積，應視具體情況選用適當的安全系數加以校正。Q=Dr(5-30)3.2蒸發(fā)器的熱負荷Q若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失97例題有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35℃，濃度為20%（質量）的NaOH溶液濃縮至50%（質量）。已知加熱用飽和水蒸氣的壓力為294kN/m2（絕壓），蒸發(fā)室內壓力為19.6kN/m2（絕壓），溶液的沸點為100℃，又蒸發(fā)器的總傳熱系數為1000W/m2?k,熱損失可取為傳熱量的3%，試計算加熱蒸氣消耗量D和料液處理量F。解：根據加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得：294kN/m2（絕壓）時：蒸氣焓H=2728kJ/kg

冷凝水的焓hw=556.5kJ/kg

汽化熱r=2171.5kJ/kg

溫度T=132.9℃例題例題有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35℃，濃度為29819.6kN/m2（絕壓）時：蒸氣的焓H*=2605kJ/kg飽和溫度T′=59.7℃二次蒸氣的焓H′=2605+1.88×(100-59.7)=2681kJ/kg,(1.88為水蒸氣的比熱,kJ/kg·k)(1)加熱蒸氣消耗量D

由傳熱速率方程得：

Q=KA(T-t)=1000×30×(132.9-100)=9.87×105w/m2·℃19.6kN/m2（絕壓）時：(1)加熱蒸氣消耗量D99(2)

料液流量F

DH+Fh0=WH′+(F-W)h1+Dhw+QL式中是D、H、H′、hw已知量，根據料液、完成液的溫度和濃度查圖得，原料液的焓h0=120kJ/kg，完成液的焓h1=540kJ/kg又QL=0.03Q=0.03×9.87×105=29.6kw代入已知數據0.445×2728+120F=2681W+540(F-W)+0.455×556.5+29.6F=0.56kg/sW=0.34kg/s整理后，得420F+2141W=958.4(2)

料液流量FDH+Fh0=WH′+(F-W)h1100(3)

不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。已知溶質的比熱CB=2.01kJ/kg·kD(H-cpwT)=WH′+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QLCp0=4.187×(1-0.2)+2.01×0.2=3.75kJ/kg·kCp1=4.187×(1-0.5)+2.01×0.5=3.1kJ/kg·k則有0.455×(2728-556.5)=(F-W)×3.1×100+2681W+29.6-F×3.75×35178.7F+2371W=958.4將W=0.6F代入，解得F=0.6kg/sW=0.36kg/s(3)

不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。已知溶質的比熱CB101

此例的2、3兩項計算結果表明，蒸發(fā)面積相同時，不考慮濃縮熱所得料液處理量要比實際情況約高6%。注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數據，對于有明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來處理，即先不考慮濃縮熱的影響進行計算后，再校正。此例的2、3兩項計算結果表明，蒸發(fā)面積相同時102蒸發(fā)器的生產能力用單位時間內蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)量表示。其生產能力的大小取決于通過傳熱面積的傳熱速率Q，因此也可以用蒸發(fā)器的傳熱速率來衡量生產能力。根據傳熱速率方程得單效蒸發(fā)時的傳熱速率為：Q=KSΔt

或Q=KS(T-t1)（5-31）三、蒸發(fā)器的生產能力和生產強度

1蒸發(fā)器的生產能力蒸發(fā)器的生產能力用單位時間內蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)103進料狀況影響蒸發(fā)器的生產能力：(1)低于沸點進料時，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點，因而降低了生產能力；(2)沸點進料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分，其生產能力有所增加；(3)高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，使生產能力有所增加。進料狀況影響蒸發(fā)器的生產能力：(1)低于沸點進料時，需消耗部104蒸發(fā)器的生產強度是指單位傳熱面積上單位時間內蒸發(fā)的水量，單位為kg/(m2·h)，常采用生產強度U作為衡量蒸發(fā)