化工原理課件

化工原理2024/4/18化工原理蒸發(fā)部分化工原理1.蒸發(fā)概述1）蒸發(fā)操作概念

在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，通過化學反應或物理性操作過程經(jīng)常得到一些含溶質(zhì)的稀溶液，為了得到符合標準的產(chǎn)品。

常將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。溶劑S溶質(zhì)A（不揮發(fā)）溶劑S加熱揮發(fā)性溶劑，不揮發(fā)溶質(zhì)――加熱、沸騰－→溶劑部分汽化；溶液濃縮化工原理2）蒸發(fā)操作的目的獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品脫除溶劑。此過程常伴隨有結晶過程去除雜質(zhì)?；ぴ?）蒸發(fā)操作的分類①按二次蒸氣的利用情況分單效蒸發(fā)：

將二次蒸氣不再利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。單效蒸發(fā)；多效蒸發(fā)單效化工原理多效蒸發(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(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)?；ぴ恝诎床僮鲏毫Ψ殖杭訅簻p壓（真空）減壓蒸發(fā)：沸點降低優(yōu)點：(1)有利于提高Δtm↑,(2)可利用低壓蒸汽作為加熱蒸汽(3)有利于對熱敏性物料蒸發(fā)(4)沸點溫度低，減少熱損失常壓蒸發(fā)：可采用敞口設備，二次蒸汽可直接排放在大氣中，但會造成大氣污染，適用于臨時性或小批量的生產(chǎn)。加壓蒸發(fā)：可提高二次蒸汽的溫度，有利于二次蒸汽的利用，但要求加熱蒸汽的壓力較高。

單效蒸發(fā)多采用真空操作；多效蒸發(fā)一般，前效是加壓或常壓的，后效采用真空的；化工原理4）蒸發(fā)操作的特點①沸點升高

溶液沸點高于純?nèi)軇┑?；濃度越高，沸點越高，傳熱動力越低；②物料的工藝特性

濃縮結晶、變質(zhì)分解等；③能源利用

節(jié)約能源，提高蒸汽利用率等；蒸發(fā)屬于傳熱加傳遞過程，但又區(qū)別與傳熱化工原理2.單位蒸汽消耗量D/W和溫度差損失△1）.單位蒸汽消耗量是蒸發(fā)器操作是否經(jīng)濟的重要標志。D——加熱蒸汽消耗量，kg/h；W——溶劑蒸發(fā)量，kg/h；D/W:每蒸發(fā)1kg溶劑所需要加熱蒸汽的消耗量。化工原理2）.溫差損失△t=T-tb△t視=T-T′T——加熱蒸汽溫度；tb——溶液沸點；T′—溶劑的沸點（二次蒸汽飽和溫度）；有效溫差△t

（即△tm）：加熱蒸汽溫度和溶液沸點之差(實際)溶液沸點tb溶劑沸點T′加熱T有效溫差△t視溫差△t視：加熱蒸汽溫度和溶劑沸點之差(理論)化工原理△=△t視-△t=tb-T′溫差損失△：溶液沸點與溶劑沸點之差(即:沸點升高)溫差損失△,就是溶液沸點升高值溫差損失原因：溶質(zhì)引起；液柱靜壓頭引起；流體阻力；化工原理3.蒸發(fā)生產(chǎn)強度和強化途徑1）.蒸發(fā)器生產(chǎn)強渡單位加熱面的蒸發(fā)水量為蒸發(fā)器生產(chǎn)強度，用U表示，提高傳熱溫差――真空蒸發(fā)（受水溫和設備條件限制）；提高傳熱系數(shù)K（主要途徑）化工原理強化方法：

蒸汽中不凝性氣體的排除（蒸汽冷凝降低傳熱系數(shù)）；液體的流動狀態(tài)：增加溶液循環(huán)和湍流程度；解決結垢問題；化工原理2）蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性可采用的措施：⑴多效蒸發(fā)⑵額外蒸汽的采出⑶熱泵蒸發(fā)⑷冷凝水熱量的利用化工原理（1）采用多效蒸發(fā)提高了生蒸汽的經(jīng)濟性。顯然，W/D的提高是以增加蒸發(fā)器的投資為代價換取的。壓力↘沸點↘真空設備費用隨效數(shù)增加而增加，一定程度后節(jié)省的蒸汽量得不償失；一般在四效以下;化工原理并流優(yōu)點：1．利用各效間壓差自動進料，可省去輸液泵。2．前效溫度高于后效，進料呈過熱狀態(tài)，產(chǎn)生自蒸發(fā)，各效間可不設預熱器。3．輔助設備少，裝置緊湊，溫差損失少。4．操作簡便，工藝穩(wěn)定。缺點：后效溫度低，組成高，料液黏度增大，降低了傳熱系數(shù)?；ぴ砟媪鲀?yōu)點：1.隨著料液組成提高，溫度相應提高，黏度變化小，各效傳熱系數(shù)相差不大，可充分發(fā)揮設備潛力。2.完成液排出溫度較高，可利用顯熱在減壓下閃蒸增濃，提高完成液組成。缺點：1.輔助設備多，動力消耗大；2.不適于處理熱敏性溶液；3.操作復雜，工藝不易穩(wěn)定化工原理平流各效分別進料并分別出料，二次蒸汽多次利用，對易結晶的物料較合適（因為結晶體不便在效與效之間輸送）。化工原理（2）引出額外蒸汽在多效蒸發(fā)中，末效二次蒸汽因能位太低而難以利用。但是，實際操作中往往從前幾效中引出部分二次蒸汽――稱額外蒸汽，供其他加熱設備使用，以提高生蒸汽的利用率?；ぴ恚?）冷凝水閃蒸化工原理⑶熱泵蒸發(fā)（二次蒸汽再壓縮）在單效蒸發(fā)中，可以將二次蒸汽經(jīng)壓縮機絕熱壓縮，提高能位后再送往加熱室。這可以利用二次蒸汽的大量潛熱，而為維持正常操作，只需補加少量壓縮功即可?；ぴ?.蒸發(fā)設備將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）循環(huán)型中央循環(huán)管式外熱式強制循環(huán)式單程型升膜式降膜式刮板式輔助設備：除沫器、冷凝器、真空泵等化工原理循環(huán)型化工原理單程型化工原理冷凍部分補：熱力學基本概念化工原理冷凍簡介制冷：將熱持續(xù)的從低溫物體傳給高溫環(huán)境介質(zhì)制冷操作：利用冷凍劑從物料中取出熱量，使物料低于周圍環(huán)境的溫度，同時將熱量傳遞給周圍的水或空氣的操作。由于熱量只能自動地從高溫物體傳給低溫物體，因此實現(xiàn)制冷必須包括消耗能量的補償過程。

化工原理相變制冷蒸氣壓縮式制冷吸收式制冷蒸汽噴射式制冷氣體膨脹制冷(節(jié)流效應和絕熱膨脹)制冷的基本方法化工原理1.冷凍循環(huán)基本原理冷凝壓力蒸發(fā)壓力冷凝壓力蒸發(fā)壓力氣體液體化工原理氣體高溫高壓液體低溫低圧氣體低溫低壓壓縮機（壓縮）冷凝器（冷凝）節(jié)流（膨脹）蒸發(fā)器（蒸發(fā)）液體高圧常溫冷凍循環(huán)低壓吸熱高壓放熱化工原理冷凝、冷卻器蒸發(fā)器壓縮機節(jié)流閥12543TS54123(飽和l)(濕蒸汽)(飽和g)(飽和g)等焓線過熱蒸氣飽和狀態(tài)P↓T↓化工原理冷凝、冷卻器蒸發(fā)器壓縮機節(jié)流閥1254氣體線液體線TS54123氣液

PS冷凝壓縮節(jié)流蒸發(fā)壓-焓圖21453化工原理四大件化工原理所用元件蒸發(fā)器壓縮機冷凝器節(jié)流閥\膨脹閥作用利用冷凍劑蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生冷作用；對外輸出冷量的設備提高冷凍劑氣體壓力，造成液體條件（從蒸發(fā)壓力升到冷凝壓力）用冷卻介質(zhì)將冷凍劑冷凝放出熱量進行液化降低冷凍劑液體壓力和溫度（從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力）制冷劑狀態(tài)液態(tài)→氣態(tài)氣態(tài)氣態(tài)→液態(tài)液態(tài)壓力低壓增加高壓降低溫度低溫→低溫低溫→高溫高溫→常溫常溫→低溫化工原理2.冷凍系數(shù)ε=T1T2–T1=T低T高–T低定義：=從低溫熱源吸收的熱消耗的外功=Q1N=Q1Q2–Q1T1234SQ2Q1冷凝溫度蒸發(fā)溫度NT2T1冷凍能力化工原理對于理想制冷循環(huán),ε僅與T1和T2有關，與制冷劑的性質(zhì)無關。ε↑,制冷效率↑；T2↓,ε↑---------但T2↓受環(huán)境條件限制，故主要受T1影響；T1↑ε↑---------過低不利于傳熱(蒸發(fā)器內(nèi)推動力減小)。冷凝溫度蒸發(fā)溫度制冷系數(shù)ε：消耗單位外功所能獲得的制冷量。用于衡量制冷循環(huán)經(jīng)濟性的一項指標?；ぴ?.冷凍能力Q1Q1化工原理4.冷凍操作條件的選定1）.蒸發(fā)溫度T12）.冷凝溫度T2T1ε蒸發(fā)溫度要適宜，一般比被冷物料最低溫度低4~8K（受冷物料溫度限制）。機械消耗小，操作費用??；蒸發(fā)器傳熱動力小，需加大換熱面積，設備費用增加；通常取冷凝溫度比冷卻劑高8~10K（受冷卻劑溫度限制）。T2ε化工原理4）.過冷操作3）.壓縮比P2/P1T1↘那么P1↘P2P1T2↗那么P2↗功耗增大壓縮比不能過大，單級不能超過6~8冷凍劑蒸汽冷凝成液體后，再進一步冷卻降低其溫度（低于其冷凝溫度），稱為過冷操作；一般過冷量比冷凝溫度低5KT2↘那么P2↘，壓縮比降低，過冷系數(shù)增加，冷凍效果好化工原理5.冷凍劑與冷載體1）.常用冷凍劑對制冷劑的要求：①常壓下，沸點低→蒸發(fā)溫度低；②單位容積制冷量大→制冷劑量小，壓縮機尺寸??；③制冷劑潛熱要大→可減少制冷劑循環(huán)量；

④不燃燒、無毒、無刺激氣味（無爆炸、無腐蝕性）價低。（1）氨:單位容積制冷量大、價廉；但有味、有害且有腐蝕；（2）氟里昂：氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的總稱；破壞地球的臭氧層，已限制使用。⑶碳氫化合物：常用的主要是乙烯、乙烷、丙烯、丙烷；化工原理2）.載冷劑載冷劑是指間接冷卻系統(tǒng)中運載冷量的媒介物質(zhì)，又稱冷媒。它依靠顯熱來傳遞冷量。水：高溫載冷劑（0℃之上），在空調(diào)系統(tǒng)中應用特別理想。冷凍鹽水