化工原理 单效蒸发

5.3.3 真空蒸发
⑴在减压下溶液的沸点较在常压下的为低，因此可以 提高加热蒸汽与沸腾液体间的温度差，于是可相应 减小蒸发器的传热面积。
⑵可以利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽。 ⑶可用来浓缩不耐高温的溶液。 ⑷由于溶液的沸点降低，蒸发器损失于外界的热量 较小。
例：有一传热面积为30m2的多效蒸发器，将35℃、质量浓度为20
温度差损失Δ＝ΔtT－Δt=(Ts-T)-(Ts-t)=t-T
溶液的沸点t=T+Δ,有效传热温度差Δt=ΔtT-Δ
温度差损失原因：〈〈12〉〉溶蒸液发的器沸中点液升柱高静压头的影响 〈3〉流体摩擦阻力损失
⑴ 溶液的沸点升高与杜林规则
将1atm下的沸点升高
杜林(Duhling)规则：溶液的沸点与同温度 近似地作为其它压力
5.3 单效蒸发
5.3.1 单效蒸发的计算
已知进料的浓度、温度、进料量， 完成液的浓度，加热蒸汽压力和冷 凝器的压力，求：
①水分蒸发量；
②加热蒸汽消耗量；
③蒸发器的传热面积；
(1) 物料衡算
Fw0 (F W )w1 W F(1 w0 )
w1
w1
Fw0 F W
（2）热量衡算
DH s Fh0 F W h1 WH Dhs QL
蒸发设备中的传热温度差Δt=Ts-t。Ts为加热蒸汽的温度 （如300kPa的蒸汽，温度为133.3 ℃ ),t为溶液的沸点。
若蒸发室内压力为1atm,蒸发的是水（其沸点T为100℃），则 ΔtT=Ts-T=133.3-100=33.3℃ 如蒸发的为30％NaOH溶液，其沸点为115℃，则 Δt＝Ts-t=133.3-115＝18.3℃。
h1=c1t1,h0=c0t0代入热量衡算C式1＝：4.187 1－0.5＋2.01 0.5＝3.1
0·455（2728－556·5）＋F 3·75 35＝F－W 3·1100＋2681W＋29·6
178·7F＋2371W＝958·4 将W＝0·6F代入，解得：F＝0·6kg/s,W=0·36kg/s
0.455 2728 120F 2681W 540F W 0.455 556.5 29.6
整理后得： 420F＋2141W＝958·4
联物立料求衡解算上：两式W：＝F＝1 0·ww5106kFg/s,W0.6=F0.6F=0.34kg/s
3·不考虑浓缩热求F
C0＝4·187 1－0·2＋2·01 0·2＝3·75
取加热管内溶液平均深度L/2处的压强为： p p p gL
2
液柱静压头所引起的温度差损失为： T T
( pp )
( p)
加热管内摩擦损失引起的温度差损失一般为： 10 C
总温度差损失为：Δ (Δ Δ Δ)
t T Δ T (Δ Δ Δ)
蒸发器中的传热温度差为：
t Ts t (Ts T ) ( ) (Ts T )
下溶剂的沸点成线性关系。
下的沸点升高。
tA
t
0 A
K
tw
t
0 w
tA
t
0 A
K (tw
t
0 w
)
式中t
A和t
0 代表某液体（或溶液）在两种不同压力下的沸点，
A
t
w和t
0 w
代表某标准液体在相应压力下的沸点。
溶液沸点升高：
t t
溶液
水
例：蒸发浓度50％NaOH溶液，若蒸发室压力分别为1atm和
19.6kN/m2（绝压），试求△′。
D F(h1 h0 ) W (H h1) QL H s hs
①忽略浓缩热 h1 c1t1, h0 c0t0
D F (C1t1 C0t0 ) W (H C1t1 ) QL 考虑到H s hs rH, Hs hCs 1t1 r,故得
D F (C1t1 C0t0 ) Wr QL r
若为沸点进料，即t0 t1,并忽略热损失和比热C1和C0的差别，则有：
D Wr r
或 D r Wr
由于蒸汽在t1和T下的潜热r和r相差不大,
D W
r R
1
②溶液的浓缩热不可忽略
（3）蒸发器传热面积的计算
A Q DR K (Ts t1 ) K (Ts t1 )
1 K
1
i
Ri
1
o
Ro
5.3 2 蒸发设备中的温度差损失
％的NaOH水溶液浓缩至50％。已知加热用饱和水蒸气的压力为 294kN/m2(绝压)，蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)，溶液的沸点 为100℃，又蒸发器的总传热系数为1000W/m2.K，热损失可取为传
热量的3％，试计算加热蒸汽消耗量D和料液处理量F。
解：查加热蒸汽的温度Ts=132·9℃，焓Hs＝2728kJ/kg,hs=556.7kJ/kg
Q H s hs
9.87 105
2728 556.51000
0.455kg / s 1640kg / h
2·求料液流量F
DH s Fh0 WH (F W )h1 Dhs QL
查NaOH的焓浓图得：料液的焓h0＝120kJ/kg,完成液的焓 h1＝540kJ/kg
又热损失 QL＝0·03Q 0.03 9.87 105 29600W 29.6kW
解：1atm水的沸点为100 ℃，查图， 50％NaOH溶液的沸点为142℃
19.6kPa水的沸点为59.7 ℃，查图， 50％NaOH溶液的沸点为100℃
Δ 142 100 42C Δ 100 59.7 40.3C
⑵ 液柱静压头和加热管内摩擦损失 对溶液沸点的影响
Байду номын сангаас
加热管内的溶液压强高于液面上方的压强(即蒸发室内的压强p)
蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)时，饱和蒸汽的温度为 59·7℃，焓为2605kJ/kg，
二次蒸汽的焓为：H=2605+1.88(100-59.5)=2681kJ/kg
1·加热蒸汽消耗量D
Q KA(Ts t) 1000 30 (132.9 100) 9.87 105W / m2
D