化工原理第六章蒸发

r’：二次蒸汽的汽化潜热 r：饱和蒸汽（加热）汽化潜热
讨论： (1)若沸点进料，t0=t1，且QL=0
（蒸发1kg水蒸汽量 ） (2)由于蒸汽汽化潜热随温度（p）变化 不大
考虑到r与r’的差别及QL ， D 1.1w
3、蒸发器的传热面积：
若不考虑热损失：Q=Dr 且整个蒸发过 程是恒温差过程：
K值的计算：α冷凝 > α沸腾
管内溶液沸腾传热的影响因素 物性 蒸发器形状 沸腾传热形式 操作条件
K值一般为实验求取。
二、浓缩热与溶液的焓浓图
NaCl、CaCl2稀释时放热，浓缩时需 加热，浓度变大时影响越大。溶液的焓 值由焓浓图查出。
实例：不考虑浓缩热，相同传热面积S 下，处理量F与实际的高6％。
二效1kg蒸汽2kg水 三效1kg蒸汽3kg水
沸点进料（各级 ），QL=0， 温度差损失，
不同压力下的值。
实际上：D/W 1 2 3 4 5 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
一、多效蒸发的流程 溶液与加热蒸汽成并流－――→并流 溶液与加热蒸汽成逆流―――→逆流 溶液与加热蒸汽间或并逆流－→错流 每一效加入原料液―――――→平流
一、单效蒸发器的计算 物料衡算 热量衡算 传热速率方程 沸点升高关系式
1、蒸发量 w 以单位时间为基准，物料衡算：
2、加热蒸汽消耗量D： 以单位时间为基准，焓衡算，0℃焓值为0
H：TS(PS)下饱和蒸汽的焓值； H’：二次蒸汽焓值； h0,h1使用焓浓图查得 hw：TS下饱和冷凝水的焓值。
如果不考虑溶液的稀释热
1、并流法：
(1) P > P1 > P2 > … > PC 自流
(2) t > t1 > t2 > … > tC
闪蒸
（高于沸点进料）
(3)浓度↑，T↓，μ↑，α↓
(最后两效严重）
2、逆流法： 利用泵将物料打入下一效 除末效外，低于沸点进料
X↑，T↑，μ不致太大，α不致过小 3、错流法： 合并1，2， 如NaOH 2-3-1，
三、蒸发设备中的温度差损失
t1实际条件 下的沸点
(1)溶液沸点升高 (2)蒸发器液层压强 (3)蒸发器冷凝器的压降
1、溶液沸点升高――杜林规则 ’：与溶液的种类、浓度、蒸汽压力 有关
(1)手册上可以查到常压下的溶液沸点 (2)杜林规则：（压强影响）
两种不同压力下溶液的沸点差与另 一种标准液体在相应压力下的沸点差的 比值为常数。
三、单效蒸发器与多效蒸发器生产能力 比较
1、生产能力和生产强度 生产能力：单位时间内的蒸发水量 。
若 QL=0，t0=t1 ，传热量全部用于蒸发 蒸发量正比于传热速率：
生产强度：单位时间单位面积蒸发水量 U=W/S
若 QL=0，t0=t1 （忽略稀释热）Cp0 = Cp1
Δt↑ 饱和蒸汽压↑ 操作压力↓ 不凝气
单效蒸发
多效蒸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 二次蒸汽用于下一效 操作压力、沸点低于上效
3、操作情况 连续式 以X1出料 沸点最高 间隙式 一次加料→最终X1出料 连续加料 维持液面，X1一次出料
间隙式时，x值一直变化
间隙式生产能力>连续式（操作情况下） ， 但间隙式存在非生产时间。
三、蒸发过程总结
1、实质是传热过程 2、沸点升高，传热温差小于蒸发纯溶
剂
3、重视体系特性 结垢、结晶
热敏物质
粘度与腐蚀性等
第二节 单效蒸发
讨论对象：连续稳态操作 已知条件：温加t0料；量要F求k完g/成h；液质浓量度分x1数；加x0热；蒸初
汽 TS(pS) 饱和蒸汽；操作压力pC 任务：(1)计算水分蒸发量（二次蒸汽量）
W kg/h (2) 加热蒸汽消耗量D kg/h (3)蒸发器传热面积S
(1)水的关系可以查图表 (2)已知两组数据tA与tA0，可求另一tA’
2、液体静压头和加热管内磨擦损失影响 ：(1)保持一定的液位：(加热管长的1/2－ 2/3） (2)动液位 取平均压强 ―加热管中部
p：液面上的压强；L：加热管底部以上液 层高；ρ：液体的平均密度。* 加热管内流 速较大时，磨擦损失增大液体平均压强。
3-1-2等 4、平流法：有结晶析出
* 部分二次蒸汽可作预热料液
二、多效蒸发器的温差损失和效数限制 以三效为例：加热蒸汽T
相同条件下t总<单效t总，沸点↑越大 ，下降幅度越大，效数↑，t总↓，各效 越小。
*维持泡核沸腾5－7℃，（效数限制）
电解质溶液2－3效；糖水4－6效；海水 淡化，（稀溶液）多一些。
3、管道流体阻力产生压降的影响 pC < p 二次蒸汽饱和温度↓
温度差损失十分明显，注意选择加热蒸汽 压强！
第三节 多效蒸发
单效与多效的区别: 在于二次蒸汽的利用。
单效：D/W≈1或≈1.1 多效：后效的蒸发室压力和溶液沸 点比原蒸发量低，二次蒸汽做为加 热蒸汽。
理论上： 一效1kg蒸汽1kg水
上部：分离室 蒸汽与液沫分离， 挡板除沫
冷凝器
二、蒸发过程的分类：
1、操作压力 常压 沸点>100℃ 饱和蒸汽压力高 减压 沸点低：
(1)↑Δtm, (2) 可利用废汽 (3)热敏性物质 沸点温度低，减少
热损失
缺点：(1)真空装置 (2)沸点↓，μ↑，α↓，K↓ (3)二次蒸汽t↓, 冷凝器温差
2、 二次蒸汽利用
提高K 结垢 i：物性、操作条件
2、单效与多效的比较 QL=0，浓缩热Cp0 = Cp1， 沸点进料。
若不考虑温度损失：QI ≈ Q， ∴单效生产强度＝3倍三效生产强度 去掉假设：
多效生产强度小于单效生产强度. 提高了加热蒸汽利用率.
化工原理第六章蒸发
2020年5月28日星期四
第一节 概 述
一、蒸发的概念：
挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾 －→ 溶剂部分汽化；溶液浓缩
热量供给→汽化→热量衡算 传热
特
速率
点 蒸汽移出→浓缩→物料衡算 方程
沸腾现象 溶液→沸点升高
装置： 下部有加热室（管式换热器） 管外：加热饱和蒸汽
蒸发器 管内：溶液沸腾汽化 浓缩液底部排出