化工原理第5章蒸发3教材

' 1
：第
I
效中二次蒸汽的汽化潜热
kJ/kg
同理，可写出第二效及第 i 效的焓衡算式：
Q2
D2 2
（Fcp0
W1c pw )(t2
t1
)
W2
' 2
式中：
Q2 W1
2
' 1
或
Q2
W1
' 1
来自百度文库
推广到第 i 效：
Qi Di i
A式
(Fcp0
W1c pw
W2cpw
Wi1cpw )(ti
ti
1
)
Wi
根据经验，最小D/W数值如下表：
效数 单
双
三
D/W 1.1 0.57 0.4
四
五
0.3 0.27
可看出，由于多效蒸发可节省生蒸汽用量， 所以在蒸发大量水分时，可采用多效蒸发，但并 非效数越多越好。常用的是双效、三效、四效。
§5-4-1 多效蒸发的操作流程
以三效为例，按加料方式不同可分为：
1、并流（顺流）加料法 2、逆流加料法 3、平流加料法
H1 hw 1
Cp0：原料液比热； Cp1：第一效中溶液比热； γ1：加热蒸汽的冷凝潜热 kJ / kg
Fcp0t0 D11 (F W)cp1t1 W1H1'
前面已推 导过：
（F W）c p1 Fc p0 W1c pw
H1' cpwt1 1'
将两式代入上式得：
Q1 D11 W11' Fcp0 (t1 t0 )
x3
x3
而 W W1 W2 W3 W
对任一效作溶质的物料衡算：
Fx0 (F W1 W2 Wi )xi
或
xi
F
W1
Fx0 W2 Wi
xi 2
多效蒸发中，一般仅知道原料液和末效完成 液的浓度，而其它各效的浓度均为未知量，所以 利用物料衡算只能求得总蒸发量W，至于各效蒸 发量 Wi 及溶液浓度 xi 还需结合焓衡算求得。
1、并流（顺流）加料法的蒸发流程
料液和加热蒸汽的流向相同，即均由第一效顺序至末效。
加热蒸汽进入第一效的加热室，蒸发出的二 次蒸汽进入第二效的加热室作为第二效的加热蒸 汽，第二效的二次蒸汽又进入第三效，作为第三 效的加热蒸汽，第三效的二次蒸汽则被送至冷凝 器全部冷凝。
原料液进入第一效，浓缩后由底部排出，依 次流入第二效和第三效又被连续浓缩，完成液由 底部排出。即蒸汽与料液流向相同，都是从第一 效至地三效。
将多个蒸发器连接起来一同操作，即组成一 个蒸发器，每个蒸发器称为一效，通入生蒸汽的 蒸发器称为第一效，利用第一效的二次蒸汽作为 加热蒸汽的称为第二效，以此类推。由于各效的 （除了最后一效）二次蒸汽都作为后一效的加热 蒸汽，这样就提高了生蒸汽的利用率，即蒸发同 样数量的水分，采用多效蒸发所需的生蒸汽 D 将 小于单效蒸发所需的加热蒸汽量。
例，忽略热损失、温度差损失等，在理论上双效 蒸发中第一效 1 ㎏ 加热蒸汽可产生 1 ㎏ 二次蒸 汽，第二效 1 ㎏ 二次蒸汽又可在第二效中蒸发 1 ㎏水。所以 1 ㎏ 生蒸汽在双效中可蒸发 2 ㎏ 水分，即 D / W = 0.5，三效蒸发中：1 ㎏ 水分 可蒸发 3 ㎏，所以 D / W = 0.333
第五章 蒸 发
§5-4 多 效 蒸 发
单效蒸发中每效蒸发 1 ㎏水大约需要 1 ㎏的 加热蒸汽。如果要蒸发大量水分，必须耗大量的 加热蒸汽，为减少加热蒸汽消耗量，可采用多效 蒸发。
目 的：为了减少加热蒸汽用量，减少能耗
原 理：
前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽， 这样仅第一效需要消耗蒸汽。多效蒸发要求后一 效的操作压强和溶液的沸点均比前一效的低，所 以第一效的二次蒸汽便可作为后一效的加热蒸 汽，即后一效的加热室可作为前一效的冷凝器， 这就是多效蒸发的操作原理。
Wi
[D i
' i
（Fc p0
W1c pw
W2c pw
Wi
1c
pw
)(
ti1
' i
该流程主要应用于蒸发过程中容易析出结晶 的场合。
§ 5-4-2 多效蒸发的设计型计算
多效蒸发计算比单效蒸发计算要复杂得多， 因为它的未知较多，一般已知：
进料量F，及其浓度 x0 和温度 t0 第一效加热蒸汽温度 T1 或压力 P1 冷凝器中饱和蒸汽温度T3 / 或蒸发室压力PS 完成液浓度x3，各效的k及焓、比热等
' i
式中：
Di Wi1
i
' i 1
Qi
Wi
1
' i 1
D2 W1 D3 W2
2
' 1
3
' 2
Q2
D2 2
W1
' 1
Q1 D1 1
Q3
D3 3
W2
' 2
由 A 式可求得第 i 效的蒸发量，即：
Wi
D
i ' i
（Fc p0
W1c pw
W2c pw
Wi
1c
pw
)(
ti
1
' i
ti
)
注 意：推导上式是在假设忽略稀释热及热损失 情况下得出的，如不能忽略，则应将上式进行校 正。即：
未 知：
1、各效溶剂的蒸发量，Wi 2、第一效加热蒸汽消耗量，D 3、各效溶液沸点，ti 4、各效传热面积，Si
计算方法的 基本思想
物料衡算 热量衡算 传热基本方程
一、基本关系
1、多效蒸发的物料衡算（以三效并流法为例） 对整个系统作溶质的物料衡算得：
Fx0 (F W )x3
或 W F (x3 x0 ) F (1 x0 )
优 点：
(1) 由于后效蒸发室压强比前一效来得低，故前 一效溶液进入后一效时，利用了效间的压强差， 而不必另外用泵。
(2) 由于后一效的溶液沸点较前一效低，故前一 效溶液进入后一效时，会因过热而自行蒸发，常 称为自然蒸发或闪蒸，因而可产生更多的蒸汽。
缺 点：
由于后一效浓度较前一效高，且温度又较前 一效低，所以沿流动方向上浓度逐渐升高，致使 传热系数逐渐下降。
2、多效蒸发的焓衡算（以三效并流为例）
参考上图，对于各效作焓衡算：
第一效： Fh0 D1(H1 hw ) (F W )h1 W1H1'
适用条件： 加热蒸汽冷凝成饱和温度的水排出，蒸发器热
损失不计。若忽略稀释热，则溶液的焓可用比热 来计算。以0℃为基准：
h0 c p0t0 h1 c p1t1
并流法是最常见的蒸发流程。
2、逆流法
原料液由末效加入，用泵输送至前一效，完 成液由第一效底部排出。
加热蒸汽流向仍是由第一效顺序至末效。 蒸汽与料液流向相反，因而称为“逆流法”。
各效传热系数大致相同，浓度越 优 点： 来越高，但温度也越来越高。
效与效间溶液需用泵来输送，能 缺 点： 量消耗大。
3、平流加料法