化工原理蒸发分析

化工原理蒸发分析
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则
则上式变为
H-hw=R
DW H' (FW )h1Fh0Q 0 5-3a R
式中 R——加热蒸汽的汽化热，kJ/kg
稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。
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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
注意：若加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除，则A0可根据式5-18 直接算出（潜热），否则应分段计算。下面按前者情况进行讨论。
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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
（5-16）
式中
T——加热蒸汽的温度，℃； t——操作条件下溶液的沸点，℃。
F,x0,t0,h0
D,T,H
W,T’,H’ 蒸发室
QL
加热室
D,T,hw
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(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
（5-1）
式中
F—原料液流量，kg/h; W—蒸发量,kg/h; x0—原料液的质量组成,%; x1—完成液的化工原组理蒸成发分析,%
h0=cp0(t-0)=cp0t0 h1=cp1(t-0)=cp1t1 hw=cpw(t-0)=cpwT
（5-4） （5-5） （5-6）
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 （5-7）
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计算溶液比热的经验公式为：
Cp=cpw(1-x)+cpBx
r——二次蒸汽的汽化热，kJ/kg。
将上两式代入式5-22，并简化得：
DWr' Fcp0(t1t0)QL R
(5-14)
上式说明加热蒸汽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。
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3 单位蒸汽消耗量
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
D F H 0 W h H ( F W ) h 1 D w Q L h （5-2）
DW H(FW )h1F0h Q L Hhw
（5-3）
式中 D——加热蒸汽的消耗量,kg/h
H——加热蒸汽的焓,kJ/kg H’——二次蒸汽的焓, 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
2 加热蒸汽消耗量D
蒸发操作中，加热蒸汽的热量一般用于将溶液加热至沸点， 将水分蒸发为蒸汽以及向周围散失的热量。
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。
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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
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3.1.2 基于传热外面积的总传热系数K0
K01d0 ai di
Rsi
d0 di
1
bddm 0 Rsoa1o
（5-17）
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
➢ e值是衡量蒸发装置经济化工程原理蒸度发分的析 指标。
3.1 传热面积A0
蒸发器的传热面积由传热速率公式计算，即：
QA0K0tm
A0
Q K 0tm
(5-15)
式中 A0——蒸发器的传热面积，m2 K0——基于外表面积的总传热系数；kw/(m2•℃) Δtm ——平均温度差，℃ Q——蒸发器的热负荷，即蒸发器的传热速率，kw。
除去的蒸发操作。
多效蒸发：若将二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为
加热蒸汽，则可提高加热蒸汽（生蒸汽）的利用率，这种 串联蒸发操作称为多效蒸发。
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四、蒸发操作的特点
1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。 2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。 3、沸点升高：当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸汽，
而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸汽。
为了易于区别，前者称为加热蒸汽或生蒸汽，后者称为二次蒸
汽。
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三、分类
1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 2、按二次蒸汽的利用情况分：单效和多效蒸发
单效蒸发：将二次蒸汽不在利用而直接送到冷凝器冷凝以
e D r WR
式中 e——蒸发1kg水分时，加热蒸汽的消耗量，称为单位蒸汽耗量， kg/kg。 ➢ 单效蒸发操作中e≈1，每蒸发1kg 的水分约消耗1kg 的加热蒸汽（由于蒸
汽的汽化热随压强变化不大，即R≈r） ；
➢ 实际蒸发操作中e值约为1.1或更大； （1）温度差的损失的存在； （2）二次蒸汽的气化潜热总是大于加热蒸汽的气化潜热。
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。
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第五章 蒸发
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汽，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、加热蒸汽和二次蒸汽
（5-8）
当x<0.2时，上式简化为：
Cp=cpw(1-x)
（5-8a）
பைடு நூலகம்
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• ℃).
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由于
H-cpwT≈R
(5-12)
H΄-cpwt1≈r
(5-13)
式中 R——加热蒸汽的汽化热，kJ/kg；
蒸发纯水的温度差。
4、泡沫挟带：二次蒸汽中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设
备污染。
5、能源利用：二次蒸汽的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。
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第二节 单效蒸发
一、单效蒸发的计算
单效蒸发的计算项目有： （1）蒸发量； （2）加热蒸汽消耗量； （3）蒸发器的传热面积
通常生产任务中已知的项目有： （1）原料液流量、组成与温度； （2）完成液组成； （3）加热蒸汽压强或温度； （4）冷凝化工器原理蒸的发分压析 强或温度。