1、浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发1/30第六章 蒸发6.1 概述6.2 单效蒸发器的计算6.3 多效蒸发6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施6.5 蒸发设备幻灯片1目录浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发2/306.1 概述概述1、什么是蒸发、什么是蒸发?将含有不挥发性溶质的将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为去的单元操作，称为。2、蒸发操作的目的、蒸发操作的目的（1）获得浓缩的溶液）获得浓缩的溶液（2）获得固体溶质）获得固体溶质（3）除去杂质）除去杂质 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发3/
2、30 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器3、蒸发设备、蒸发设备-列管式换热器列管式换热器连续式、间歇式连续式、间歇式常压式、减压式、加压式常压式、减压式、加压式除沫器二次蒸汽蒸发室加热室中央循环管不凝性气体（生蒸汽）冷凝器思考思考1：如图，为减压式操作设如图，为减压式操作设备，为什么图中冷凝器备，为什么图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：生蒸汽与二次蒸汽何者生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？温度高？6.1 6.1 概述概述浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发4/30 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器除沫器二次蒸汽蒸发室加热室中央循环管不
3、凝性气体（生蒸汽）冷凝器4、蒸发操作的特点：、蒸发操作的特点：传质传质传热传热*能耗大能耗大*从进口到出口传热温差从进口到出口传热温差逐渐减小逐渐减小（浓度浓度，沸点，沸点）*易结垢、粘度逐渐变大易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化而使传热条件恶化6.1 6.1 概述概述浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发5/306.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算已知：已知：F、x0、t0、x计算内容：计算内容：L、W、加热蒸汽量加热蒸汽量D、加热面积加热面积 二次蒸汽 W，T 料液 蒸发室 F,x0,t0 加热室 完成液 L，x,t一、物料衡算一、物料衡算 0FxLxWFL xxFW01WFL 浙江
4、大学本科生课程化工原理第六章 蒸发6/30 二次蒸汽 W，T，H 料液 蒸发室F,t0,h0,c0 D,Ts,Hs 加热室 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,-查焓浓图查焓浓图a.无明显浓缩热的体系无明显浓缩热的体系稀释热稀释热000tchcth 6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发7/30假定：假定：Hs-hs=R（加热蒸汽汽化潜热）加热蒸汽汽化潜热）；h h0；H-h=r（二次蒸汽汽化潜热）二次蒸汽汽化潜热）；Ql 0汽化汽化1kg水所消耗的
5、蒸汽量，水所消耗的蒸汽量，其值其值约为约为1。实际上。实际上D/W=1.1 二次蒸汽 W，T，H 料液 蒸发室F,t0,h0,c0 D,Ts,Hs 加热室 完成液 L，t，h,c D,Ts,hsRWrD RrWD 6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发8/30b.有明显浓缩热的体系有明显浓缩热的体系先按先按 情况情况a 计算，然后再校正。计算，然后再校正。6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发9/30三、加热面积三、加热面积A的计算的计算mtKAQ DRQ 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器K值约
6、为值约为10004500W/m2KtTtsm Pt 取决于：取决于：冷凝器压力冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，内液层深度，因此，t T。=t-T-传热温度差损失传热温度差损失tTRTDs,222111111AhRakAbRaAhKAm P TTs6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发10/30 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器 PtTRTDs,P n引起传热温差损失的原因：引起传热温差损失的原因：（1）溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比）相比）-杜林规则杜林规则 查图步骤
7、：查图步骤：P水的沸点水的沸点由杜林线查由杜林线查得某一浓度下的溶液沸点。得某一浓度下的溶液沸点。（2）蒸发室内液层深度引起的）蒸发室内液层深度引起的 与设备结构有关，与设备结构有关，有些设备液柱可高达有些设备液柱可高达36m，有些设备中此有些设备中此 项损失可不计。项损失可不计。6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发11/30 冷却水 料液加热蒸汽 冷凝水 水 完成液 单效蒸发器tTtsm Pt 取决于：取决于：冷凝器压力冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，内液层深度，因此，t T。=t-T-传热温度差损失传热温度差损失t
8、TRTDs,P TTs（3）二次蒸汽的阻力损失引起的）二次蒸汽的阻力损失引起的 此项影响很小，通常取此项影响很小，通常取 1 左右左右6.2 单效蒸发器的计算单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发12/30 冷 却 水 料 液加 热 蒸 汽 冷 凝 水 水 完 成 液 单 效 蒸 发 器 PtTRTDs,P 二次蒸汽二次蒸汽浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发13/30一、多效蒸发及其流程一、多效蒸发及其流程 平流流程平流流程错流流程错流流程逆流流程逆流流程并流流程并流流程按料液走向分按料液走向分6.3 多效蒸发多效蒸发思考：思考：P1、P2、P3大小顺序？大小顺序？3213
9、21TTTPPP 冷却水料液加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发14/30 冷却水料液加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T6.3 多效蒸发多效蒸发并流流程：并流流程优、缺点：并流流程优、缺点：料液可自动流入料液可自动流入下一效，无需泵输送下一效，无需泵输送；溶液会发生闪蒸而溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；产生更多的蒸汽；传热推动力依次减传热推动力依次减小小；K依次减小；依次减小；浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发15/30 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液
10、 逆流多效蒸发器P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T逆流流程优、缺点：逆流流程优、缺点：料液需用泵送入下一效；料液需用泵送入下一效；传热推动力较为均匀传热推动力较为均匀；6.3 多效蒸发多效蒸发逆流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发16/30 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 错流多效蒸发器（231）P1T二次蒸汽二次蒸汽 1232T3T错流流程优、缺点：错流流程优、缺点：兼有并、逆流的优点；兼有并、逆流的优点；操作复杂操作复杂；6.3 多效蒸发多效蒸发错流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发17/30 料液 冷却水 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 平流多效蒸发器P
11、1T 1232T3T平流流程优、缺点：平流流程优、缺点：各效独立进料，传热状各效独立进料，传热状况均较好；况均较好；物料停留时间较短物料停留时间较短思考：思考：粘度随浓度变化很大的料粘度随浓度变化很大的料液，宜采用哪一种流程？液，宜采用哪一种流程？平流、逆流或错流平流、逆流或错流6.3 多效蒸发多效蒸发平流流程：浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发18/30二、生产能力、生产强度二、生产能力、生产强度生产能力：单位时间的传热量或蒸发的水分量，用生产能力：单位时间的传热量或蒸发的水分量，用Q或或 W表示。表示。生产强度：单位时间、单位面积的传热量或蒸发的水分量，生产强度：单位时间、单位面积的传
12、热量或蒸发的水分量，用用q或或 W/A表示。表示。6.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发19/30 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器思考：思考：多效与单效相比，多效与单效相比，单位生蒸汽消耗量单位生蒸汽消耗量 孰大？孰小？孰大？孰小？（假设属理想情况，每一效（假设属理想情况，每一效D/W=1）生产能力、生产强度孰大？孰小？生产能力、生产强度孰大？孰小？WDDW W W D D D 31211 WDWDWD三效时三效时二效时二效时单效时单效时 D/W 实实际际值值单单效效1.1二二效效0.57三三效效0.46.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课
13、程化工原理第六章 蒸发20/30 冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水 水完成液 逆流多效蒸发器DW W W D D D 小小多效时多效时WD多多效效时时操操作作费费少少mtKAQ 单效：单效：333222111mmmtAKQtAKQtAKQ 三三效效：KKKK 321假假设设 321321mmmtttAKQQQQ 6.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发21/30DW W W D D 321321mmmtttAKQQQQ 并流Ts t逆流Ts tmtAK AA 6.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发22/30DW W W D D 小小多效时多效时WD
14、多多效效时时操操作作费费少少多多效效时时设设备备费费多多单单效效的的生生产产强强度度多多效效的的生生产产强强度度相相同同的的生生产产能能力力下下，降降越越多多力力（总总的的有有效效温温差差）下下热热推推动动效效数数越越多多，总总的的平平均均传传逆流Ts t6.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发23/30DW W W D D 总费用费用 设备费 操作费 效数效效。效效以以下下，一一般般取取效效数数不不可可过过多多，应应在在3266.3 多效蒸发多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发24/30n采用多效采用多效n额外蒸汽的引出额外蒸汽的引出-1kg生蒸汽可换取生蒸汽
15、可换取2kg的的额外蒸汽额外蒸汽(理想情况理想情况)6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施 D/W 实实际际值值单单效效1.1二二效效0.57三三效效0.4浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发25/306.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器DW 1第第一一效效：1112EDEWW 第第二二效效：21223EEDEWW 第三效：第三效：nnEEnnEDnWWWW 2112111假设有假设有n+1效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为效，除最后一效外
16、，每一效均抽出额外蒸汽，分别为E1、E2、En。于是于是1 WD理理想想情情况况：nnnnEEEDEWWn 2111效：效：第第浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发26/301 WD理理想想情情况况：nEnEnnEnnnWD11111121 nnEEnnEDnWWWW 2112111不引出额外蒸汽时，有不引出额外蒸汽时，有 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器 DnWWWWn 11211 nWD6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发27/30 E1 E2 W1 W2 W3 冷却水
17、料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器nEnEnnEnnD1111121 生蒸汽的补加量生蒸汽的补加量kgEEEn121 假设假设kgnD2 则总的额外蒸汽引出量则总的额外蒸汽引出量 E=nkg21 ED6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发28/30冷凝水的自蒸发冷凝水的自蒸发将冷凝水减压而自蒸发，与将冷凝水减压而自蒸发，与二次蒸汽一起进入下一效作为加热二次蒸汽一起进入下一效作为加热蒸汽用。蒸汽用。采用热泵蒸发流程采用热泵蒸发流程 二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓大，二次蒸汽的焓比生蒸汽的焓大，若利用热泵给二次蒸汽加能，提高
18、其若利用热泵给二次蒸汽加能，提高其温度、压力，使其循环使用，可使单温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸发的能量利用率胜过效蒸发的能量利用率胜过35效的蒸效的蒸发流程。发流程。E1 E2 W1 W2 W3 冷却水料液 D加热蒸汽 冷凝水 水完成液 并流多效蒸发器6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发29/30特点特点：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方6.5 蒸发设备蒸发设备-列管式换热器列管式换热器强化传热的措施：强化传热的措施：1、定期清理垢层；、定期清理垢层；2、加快流体的循环速度：自然循、加快
19、流体的循环速度：自然循环环强制循环强制循环 3、加热微量阻垢剂以延缓形成垢、加热微量阻垢剂以延缓形成垢层；层；4、在处理有结晶物析出的物料时、在处理有结晶物析出的物料时，可加入少量晶种（结晶颗粒），使，可加入少量晶种（结晶颗粒），使结晶尽可能在溶液主体中进行，而不结晶尽可能在溶液主体中进行，而不是在加热面进行。是在加热面进行。5、将管内沸腾改为膜状沸腾。、将管内沸腾改为膜状沸腾。中央循环管式蒸发器浙江大学本科生课程化工原理第六章 蒸发30/30 中央循环管式蒸发器 循循环环式式时时间间短短溶溶液液呈呈膜膜状状流流动动、停停留留单单程程式式（膜膜式式）：分分类类 强强制制循循环环式式准准式式）中中央央循循环环管管式式（又又称称标标自自然然循循环环式式：6.5 蒸发设备蒸发设备-列管式换热器列管式换热器
