蒸发ppt课件

（5-14）
式中 D——加热蒸气的消耗量,kg/h
H——加热蒸气的焓,kJ/kg H’——二次蒸气的焓, kJ/kg hw——冷凝水的焓,kJ/kg
h0——原料液的焓, kJ/kg h1——完成液的焓, kJ/kg QL——热损失, kJ/h
若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则
则上式变为
H-hw=r
T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃
在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不 同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需计算，估算方 法有两种。
(1) fa
（5-5）
式中 a ——常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值
求得，℃； Δ′——操作条件下溶液的 a沸点升高，℃； f——校正系数，无因次。其经验计算式为：
（5-15） （5-16） （5-17）
代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有
D(H-cpwT)=WH’+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL （5-18）
计算溶液比热的经验公式为：
Cp=cpw(1-x)+cpBx
（5-19）
当x<0.2时，上式简化为：
Cp=cpw(1-x)
（5-19a）
式中
Cp——溶液的比热,kJ/(kg• ℃); Cpw——纯水的比热, kJ/(kg• ℃); CpB——溶质的比热, kJ/(kg• ℃).
为简化计算，上式中完成液的比热可用原料液的比热表示。
计算原料液及完成液的比热可分别写成：
Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0 Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1 =cpw-(cpw-cpB)x1
联立上两式，得
(cp0-cpw)x1= (cp1-cpw)x0
（5-20）
解：根据加热蒸气压力和二次蒸气压力，由蒸气表查得：
294 kN/m2（绝压）时：蒸气焓H=2728kJ/kg 冷凝水的焓hw=556.5kJ/kg 汽化热r=2171.5kJ/kg 温度T=132.9℃
19.6 kN/m2（绝压）时：
蒸气的焓H*=2605kJ/kg
饱和温度T′=59.7℃
二次蒸气的焓 H′=2605+1.88×(100-59.7)=2681kJ/kg,
简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点 tAm为准，中部的压强为：
pm
p
gl
2
（5-10）
式中 pm——液层中部的平均压强，Pa p′——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa l——液层深度，m
常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而 引起的温度差损失为：
Δ″=tpm-tp′ （5-11）
若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损失，上式 简化为：
D Wr r
（5-25a）
e D r Wr
（5-26）
式中 e——蒸发1kg水分时，加热蒸气的消耗量，称为单位 蒸气耗量，kg/kg。
3 单位蒸气消耗量
➢ 单效蒸发操作中e≈1，每蒸发1kg 的水分约消耗1kg 的加热 蒸气（由于蒸汽的汽化热随压强变化不大，即r≈r′） ；
ΔtT=Ts-T=150-100=50℃ 有效温度差为：
Δt=Ts-t=150-115=35℃ 则温度差损失为：
Δ= ΔtT- Δt=（ Ts-T）-（ Ts-t）=t-T=15 ℃
即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。 只有求得Δ，才可求得溶液的沸点t（=T+ Δ ）和有效传热温度 差Δt （=ΔtT- Δ ）。
第五章 蒸发
本章重点和难点：
掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其
工艺计算方法；
熟悉单效真空的工艺设备的配置； 了解多效蒸发流程及计算原理。
第一节 概述
一、蒸发的定义
使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使
溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸
发器。
二、加热蒸气和二次蒸气
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，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′； （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″；
（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。
总温度差损失为：
（5-3）
1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
tAT （5-4）
式中
tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。
注意：若加热蒸气的冷凝水在饱和温度下排除，则s0可根据式 5-27直接算出，否则应分段计算。下面按前者情况进行讨论。
3.1.1 平均温度差Δtm
在蒸发过程中，加热两侧流体均处于恒温、变相状态下，故：
Δtm =T-t
（5-28）
式中
T——加热蒸气的温度，℃； t——操作条件下溶液的沸点，℃。
3.1.2 基于传热外面积的总传热系数K0
ΔtT ——理论上的传热温度差， ℃ t —— 溶液的沸点， ℃ T——纯水在操作沸点， ℃ Ts——加热蒸气的温度， ℃
例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150 ℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为 t=115 ℃，其最大传热温度差，用ΔtT来表示：
由于
H-cpwT≈r
(5-23)
H΄-cpwt1≈r′
(5-24)
式中 r——加热蒸气的汽化热，kJ/kg；
r′——二次蒸气的汽化热，kJ/kg。
将上两式代入式5-22，并简化得：
Q=Dr=Wr′+Fcp0(t1-t0)+QL
DW rFpc 0(t1t0)Q L r
（5-25）
上式说明加热蒸气的热量用于将原料液加热到沸点、蒸发 水分以及向周围的热损失。
D W H (FW )h 1F0 hQ L （5-14a） r
式中 r——加热蒸气的汽化热，kJ/kg
稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。
2.2 溶液的稀释热可以忽略时
溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即
h0=cp0(t-0)=cp0t0 h1=cp1(t-0)=cp1t1 hw=cpw(t-0)=cpwtw
(cp0-cpw)x1= (cp1-cpw)x0 Fx0=(F-W)x1
(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw
（5-21）
上式即为完成液比热与原料液比热间的关系式。
将式5-21代入5-18，并整理得：
D ( H c p T ) w W ( H c p t 1 ) w F p 0 ( t 1 c t 0 ) Q L （5-22）
对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释 时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当 的浓缩热。
2.1 溶液稀释热不可忽略时
对单效蒸发器作物料的热量衡算，得
D F H 0 W h H ( F W ) h 1 D w Q L h （5-13）
DW H(FW )h器的热负荷Q
若加热蒸气的冷凝水在饱和温度下排除，且忽略热损失， 则蒸发器的热负荷为：
Q=Dr
(5-30)
上面算出的传热面积，应视具体情况选用适当的安全系数 加以校正。
例题 有一传热面积为30m2的单效蒸发器，将35℃，浓度为 20%（质量）的NaOH溶液浓缩至50%（质量）。已知加热用 饱和水蒸气的压力为294kN/m2（绝压），蒸发室内压力为19.6 kN/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%，试计算加热蒸气消 耗量D和料液处理量F。
为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸 气。
三、分类
1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发
2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以
除去的蒸发操作。
多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为
加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种 串联蒸发操作称为多效蒸发。
f 0.01(6T27)32 r
（5-6）
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度，℃； r′——操作压强下二次蒸气的汽化热，kJ/kg。
(2) 杜林规则
该规则认为：某溶液（或液体）在两种不同压力下两沸点之
差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数，
即
k
t A tw
tA tw
（5-7）
K01d0 ai di
Rsi
d0 di
1
bddm 0 Rsoa1o
（5-29）
式中 a——对流传热系数，W/(m2•℃)
d——管径，m
Ri——垢层热阻，m2•℃/W b——管壁厚度，m
λ——管材的导热系数，W/(m•℃)
下标i表示管内侧、o表示外侧、m表示平均。
垢层热阻值可按经验数值估算。管外侧的蒸气冷凝传热系数 可按膜式冷凝传热系数公式计算，管内侧溶液沸腾传热系数则 按管内沸腾传热系数关联式计算。
加热室
D,T,hw
(F-W),x1 t1,h1
1 蒸发量w
对单效蒸发器作溶质衡算，得
F0x(FW )x1
W F(1 x0 ) x1
式中
F—原料液流量 W—蒸发量 x0—原料液的质量组成 x1—完成液的组成
（5-12）
2 加热蒸气消耗量D
蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸 点，将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。
(1.88为水蒸气的比热,kJ/kg·k)