蒸发PPT

（2）热量衡算
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可以近似认为溶液的比热 容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
c0 c* (1 w0 ) cB w0
c c * (1 w) cB w
式中
c * ——水的比热，kJ/kg；
cB ——溶质的比热，kJ/kg。
（2）热量衡算
由式（3）或式（4）可得加热蒸汽的消耗量为：
D W min W D max
单效 1.1 0.91
双效 0.57 0.175
三效 0.4 2.5
四效 0.3 3.33
五效 0.27 3.70
7.3.2 多效蒸发流程
多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合，常见的有： 并流： 溶液与蒸汽的流向相同，称并流。 逆流： 溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。 错流： 溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流。 平流： 每一效都加入原料液的方法。 下面以三效为例加以说明： （1）并流流程（图7-14） 蒸汽流动方向： 1→2→3 溶液流动方向： 1→2→3
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
（1）溶液的沸点升高和杜林规则 在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸 点成线性关系：
0 tA t A K 0 tw tw
0 0 tA t A K (t w t w )
0 式中 t A 和 t A 代表某中种液体（或者溶液）在两种不同压力下
（3）
（4）
式中
D ——加热蒸汽消耗量，kg/s；
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t 0 ，t ——加料液与完成液的温度，℃； i 0 ，i ， i s ——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg；
I ， I s ——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。 式中热损失 Q损 可视具体条件来取加热蒸汽放热量（ Dr0 ）的
某一百分数。
Fw0 ( F W )w
水分蒸发量： 完成液的浓度：
w0 W F (1 ) w
w Fw0 F W
7.2.1 单效蒸发的计算
（2）热量衡算 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
DIs Fi0 ( F W )i WI Dis Q损 D( I s is ) F (i i0 ) W ( I i) Q损
Dr0 Q A K (T0 t ) K (T0 t )
7.2.1 单效蒸发的计算
（4）浓缩热和溶液的焓浓图 如图7-21为NaOH水溶液从0℃为基准温度的焓浓图。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
蒸发器中的传热温差等于 t m(T0 t ) ，当加热蒸汽的温度 T0 一定 T0 150℃），若蒸 （如用47k kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽， 发室的压力为1atm而蒸发的又是水（其沸点 T 100℃）而不是溶液， 此时的传热温差最大，用 t T 表示：
（2）热量衡算
c c0 ， ③ 沸点进料，t 0 t ，并忽略热损失和溶液浓度较低时，
则
D W ( I ct) Wr r0 r0
或
D I ct r 1 W r0 r0
式中称 D / W 为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程度 （或生蒸汽的利用率）。
7.2.1 单效蒸发的计算
7.3.2 多效蒸发流程
（1）并流流程 p1 p2 p3 优点： ① 由于前效的压强较后效高， ，料液可借此压 强差自动地流向后一效而无须泵送； t1 t 2 t 3 ② ，溶液由前一效流入后一效处于过热状态会 放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生更多的二次蒸汽， 因此第三效的蒸发量最大。 3 2 1 w3 w2 w1 w 缺点：溶液浓度， ， ↑， ↑，便使得 3 2 1 t1 t 2 t 3 t 溶液温度， ， ↑， ↓，便使得
W W W1 W2 2D ， 所以 2 D W 依次类推： 三效 3 ，……，n 效 W n D D
7.3.1多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）
但实际上，由于热损失，温度差损失等原因，单位蒸汽消耗量 不可能达到如此经济的程度，根据生产经验，最大的 W / D 的值大 致如下：
效数
7.1 概述
（3）加热蒸汽和二次蒸汽
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而 蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。为了 区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸发出来的蒸汽称 之为二次蒸汽。 （4）分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压（真 空）蒸发。 ② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发、多效蒸发、 MVR技术、TVR技术。
7 蒸发
7.1 概述 7.2 单效蒸发 7.3 多效蒸发 7.4 蒸发设备
7.1 概述
（1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品 或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态， 随后加以冷却，析出固体产物，即采 用蒸发，结晶的联合操作以获得固体 溶质。 ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。 （2）蒸发的流程 浓溶液 溶液 蒸发 二次蒸汽（溶剂）
（1）溶液的沸点升高和杜林规则
由该图可以看出： ① 浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为一组平行直线，因 此可以合理的认为沸点的升高与压强无关，而可取大气压下的数 值； ② 浓度范围只需要知的两个不同压强下溶液的沸点，则其他压 强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
传热温差损失 溶液沸点 有效传热温差
t T t (T0 T ) (T0 t ) t T
t T
t t T
温度差损失的原因 ： ① 溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂（水） 在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯溶剂（水）高； ② 蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管是产生的摩 擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。
（2）热量衡算
用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一定浓度和温度 下的焓。对于大多数物料的蒸发，可以不计溶液的浓缩热，而由比 热求得其焓。习惯上取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有
is c *T0
i0 c0t 0 0 c0t 0
i ct 0 ct
代入前面的两式得： D( I s is ) F (ct c0t 0 ) W ( I ct) Q损
7.1 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知： 在相同温度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的压力 下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定时， 蒸发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小，而溶液的浓 度越大，这种影响就越显著。 ② 传热 ③ 物料的工艺特性 本章的重点就是研究上述问题，同时还考虑从二次蒸汽中 分离夹带液沫的问题。
7.3.2 多效蒸发流程
（2）逆流流程图7-15 蒸汽流动方向： 3→2→1 溶液流动方向： 1→2→3
↑， w1 w2 w3 w 1 2 3 优点： ， ↑， 1 2 3 t1 t 2 t 3 ， ↓， t ↑，
0 的沸点， t w 和 t w 代表溶剂在相应压力下的沸点。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
如图7-22为不同浓度NaOH水溶 液的沸点与对应压强下纯水的沸点的 关系，由图可以看出，当NaOH水溶 液浓度为零时，它的沸点线为一条 45 对角线，即水的沸点线，其它浓 度下溶液的沸点线大致为一组平行直 线。
所以沸腾液体的平均温度为 ：
t t ( p) '' '
在大多数教材中，液柱内部的平均压力取的是液面压力和液柱 底部压力的平均值，即
1 LG 2 1 ' ' t ( p Lg ) t ( p ) 5 pm p
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
（3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失 ' ' ' 在多效蒸发中，末效以前的二次蒸汽流到下一效的加热室的过程 中，为克服管道阻力使其压强降低，二次蒸汽的温度也相应的降低， 由此引起的温度差损失为 ' ' ' 。
F (i i0 ) W ( I i) Q损 D I s is
① 忽略浓缩热时 ② 浓缩热且 I ct r
D
F (ct c0 t 0 ) W ( I ct) Q损 I s is
I s is r0 ，
D F (ct c0 t 0 ) Wr Q损 r0
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
（4）单效蒸发过程的计算 ①设计型计算：给定蒸发任务，要求设计经济上合理的蒸发器。 给定条件：料液流量 F ，浓度 w0 ，温度 t 0 以及完成液浓度 w ； 设计条件：加热蒸汽的压强以及冷凝器的操作压强主要由可供使用 的冷却水温度来决定； 计算目的：根据选用的蒸发器形式确定传热系数K ，计算所需供热 面积 A 及加热蒸汽用量 D 。
（3）蒸发器传热面积的计算
由传热速率方程得
Q A Kt m
式中
A ——蒸发器传热面积，m2； Q ——传热量，w；
K； K ——传热系数，w/m2·
t m——平均传热温差，K。
（3）蒸发器传热面积的计算
由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热， t m T0 t ，且蒸发器的热负荷 Q Dr0 ，所以有
7.3 多效蒸发
① 利用二次蒸汽的潜热 ② 利用冷凝水的显热（如预热原料液) 7.3.1 多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）
第一效：
D 1 D W1 ，1kg生蒸汽在第一效中可产生1kg的二 W1 次蒸汽，将此1kg二次蒸（W1 ）引入第二效又可蒸发1kg水，即
第二效：W2 W1 D ，1kg生蒸汽在双效中的总蒸发量
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
② 操作型计算：已知蒸发器的结构形式和蒸发面积
A 与给热系数K ，料液的进口状态 w0 给定条件：蒸发器的传热面积 与 t 0 ，完成液的浓度要求 w0，加热蒸汽与冷凝器内的压 强。 计算目的：核算蒸发器的处理能力F 和加热蒸汽用量D 。 或： 已知条件： A ，F ，w0 ， t 0 ，w 。加热蒸汽与冷凝器内的压强； 计算目的：反算蒸发器K 的并求 D ；
（2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 按液面下处L/5溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的 饱和压力： 1 p m p Lg 5
式中
p ——液面上方二次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器
压强代替），Pa； L ——蒸发器内的液面高度，m。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
1 ' ' t ( p Lg ) t ( p ) 液柱静压强引起的溶液温度升高： 5
t T T0 T 150 100 50
如果蒸发的是30%的NaOH水溶液，在常压下其沸点是高于100℃。 若其沸点 t 120 ℃，则有效传热温差 t T0 t 150 120 30 ℃， t 比 t T 所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度差损失，用 表示
总的温度差损失
' ' ' ' ' '
蒸发过程的传热温度差（有效温度差）：
t T0 t T0 t ( p)
注意： 中 ' ' '为前一效蒸汽到下一效时由于阻力损失而引起的温度差 损失。若单效蒸发，已知入口蒸汽（生蒸汽）的温度，则时要计入 ' ' ' 1 ℃吗？
7.2 单效蒸发
7.2.1 单效蒸发的计算
对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通 常需要计算以下的这些内容： ① 分的蒸发量； ② 热蒸汽消耗量； ③ 发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量衡算方程和 传热速率方程来解决。
7.2.1 单效蒸发的计算
（1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位 时间进入和离开蒸发器的量相等，即