蒸发单元操作.

(3) 管内流体阻力损失使饱和蒸汽压降低，沸点升高，存在温
度差损失，’’’ 。
蒸发器总温差损失
溶液蒸汽压降低而引起的温度差损失 ’
常压下求’：查文献或手册 t T
非常压溶液沸点的计算：
经验公式： f 0.0162 T ' 2732
r
f
T'——操作压力下二次蒸汽的饱和温度
r’ ——操作压力下二次蒸汽的汽化潜热
蒸发操作
概述
蒸发：将稀溶液在沸腾状态下进行浓缩的单元操作。
蒸发的目的：溶液中பைடு நூலகம்剂的汽化， 获得溶剂产品或不挥发溶质产品。
蒸发的必要条件：不断供给热能 ，不断排除蒸汽，溶剂易挥发。
蒸发分类 :
单效蒸发 多效蒸发
常压蒸发 加压蒸发 减压蒸发
概述
蒸发过程的基本概念: 加热蒸汽(生蒸汽) 二次蒸汽
蒸发流程：
K1 K2 K3 K
Q KA(t1 t2 t3) KAtT tT —总传热温差
结论：效数越多，生产能力越小
蒸发器的生产能力和蒸发强度
蒸发强度：蒸发器单位面积上的生产能力。 若三效蒸发和单效蒸发生产能力相同，每个蒸发器的面积和传
热系数相等。 则 单效蒸发强度：Q/A 三效蒸发强度：Q/3A
杜林规则：某溶液在两种不同压力下的沸点差与另一标准液 体在相应压力下的沸点差的比值为常数。
tA t 0 A K tw t 0w
tA t 0 A K (tw t 0w)
液柱静压头引起的温度差损失 ’’
溶液内部的沸点按液面和底部平均压力计算，由静力学方程
p p p 1 gL
2
tpp tp
式中：tp+Δp — 水在平均压力下的沸点，℃； tp — 蒸发室二次蒸汽压力下算得的沸点，℃。
二次蒸汽流动阻力引起的温度差损失 ’’’
’’’与流体流速、物性及管道尺寸等有关， 一般取为 0.5~1.5 ℃；
多效蒸发
❖ 单效蒸发：1kg水/1kg多生蒸汽
❖ 多效蒸发：加热蒸汽通入蒸发器，液体受热沸腾产
有效温差的限制
效数越多， 有效温差和生产能力越小，蒸发强度越小。
设备投资的限制
多效蒸发效数的限制 :
U W Q Kt A Ar r
提高生产强度：提高总传热系数 K 和传热温差Δtm
多效蒸发的唯一优点：提高蒸汽的经济性
多效蒸发的计算：
总物料衡算：
溶剂总蒸发量W： W = W1 + W2 + W3
W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
W3=W2-E2=D-E1-E2
水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
D W 2 E1 1 E2 33 3
推广至n效：
D
W
n 1 E1
n2
E2
1
En 1
nn
n
n
E3
W3
t3
提高加热蒸汽经济性的措施
二、冷凝水自蒸发的利用：
前一效温度较高的冷凝水通
t1
过自蒸发器被减压至下一效
加热室的压力时，放出热量
，少量冷凝水自蒸发产生蒸
汽，作为下一效加热蒸汽，
提高生蒸汽的经济程度。
提高加热蒸汽经济性的措施
三、热泵蒸发器： 通过压缩机提高二次蒸汽的 压力，使饱和温度提高至原 来的压力时，重新送回蒸发 器加热室。
蒸发设备中的温差损失
蒸发纯溶剂的温差 tT Ts T
蒸发溶液的温差
t Ts t
tT t (Ts T ) (Ts t) t T
即温度差损失在数值上等于沸点升高。
温度差损失的原因
(1) 溶液蒸汽压降低而引起的温度差损失，’ ；
(2) 加热管内不同高度静压力不同，使溶液沸点升高，’’ ；
蒸发器的型式 标准式（自然循环） 标准式（强制循环） 悬筐式 外热式（自然循环） 外热式（强制循环） 升膜式 降膜式 刮板式
总传热系数K, W/(m2·K) 600-3000 1200-6000 600-3000 1200-6000 1200-7000 1200-6000 1200-3500 600-2000
蒸汽流向不变，料液和完成 液分别从各效加入和排出， 各效溶液的流向互相平行。
适用于蒸发过程中易结晶的物料 可避免在各效间输送含有大量结晶的溶液。
蒸发器的生产能力和蒸发强度
生产能力：单位时间汽化的水量，可用传热速率来表示。
三效蒸发各效热流量：
Q1 K1A1t1
QQ23KK23AA23tt23
三效总传热速率：Q Q1 Q2 Q3 K1A1t1 K 2 A2t2 K3A3t3 不考虑各效温差损失，假设： A1 A2 A3 A
缺点： 效间溶液需用泵输送，能量消耗较大。 由低温到高温，各效进料温度都比沸点低，无自蒸发现象。
多效蒸发流程
错流加料蒸发流程
特点：各效都是并流和逆流 的组合。 流向：
3→1→2或 2→3→1 利用两法优点：省去并流部 分的泵送，并可使浓溶液在 高温下蒸发浓缩，有利于传 热蒸发。
多效蒸发流程
平流加料蒸发流程
Fx0=L1x1=L2x2=L3x3
每一效物料衡算：
F=L1+W1 L1=L2+W2 L2=L3+W3
W F (1 x0 ) x3
W1
W2
W3
F x0
D
L1 x1 L2 x2
L3 x3
提高加热蒸汽经济性的其他措施
一、额外蒸汽的引出： 若沸点进料，Ql = 0 , D/W=1
E1 E2
W1
W2
则 W1=D
水蒸气 联苯 熔盐
蒸发过程的特点：
（1）沸点升高： （2）能耗大： （3）溶液的特性决定蒸发
器的结构特性。
物料衡算和热量衡算
蒸发器的传热面积A
1 K
1 K2
d 2 Rs1 d 2
1d 1
d1
bd
d
2 m
Rs2
1
2
A Q Kt m
Q DR t m T s t
A DR K (Ts t)
并流加料蒸发流程
优点： 后一效蒸发室压力较前效低， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效由于过热而自蒸 发(闪蒸）。
缺点： 后效溶液浓度较前效大，沸点又较低，粘度较大，后效传热 系数较前效小，后两效中尤为严重。
多效蒸发流程
逆流加料蒸发流程
优点： 随着溶液浓度越高，溶液的 温度也越高，故各效溶液粘 度不太大，传热系数也不小。
生的蒸汽作为二次蒸汽加以利用引入下一级蒸发器，
多个蒸发器依次连接形成多效蒸发。
二次蒸汽作为加热蒸汽的条件：该蒸发器的操作压力和溶液 温度应低于前一蒸发器。
蒸发1kg水所需生蒸汽（D/W)
1
23
效数 单效 双效 三效 四效 五效
D/W—加热蒸汽利用率
D/W 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
多效蒸发流程