蒸发器原理

蒸发过程的特点：
（1）传热性质：热、冷流体都发生相变。 （2）溶液性质：蒸发过程中有结晶吸出、易结垢、 产生泡沫、粘度变化大、有腐蚀性。 （3）溶液沸点的改变 （4）泡沫夹带：二次蒸汽中常挟带大量泡沫。 （5）能源利用：如何利用二次蒸汽的能量。
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构
蒸发器结构：加热室、分离器
第五章 蒸发
要求：
1.了解蒸发器的结构及选型； 2.掌握温度差损失的计算、单效蒸发的计算及蒸发 器的生产能力和生产强度； 3.了解多效蒸发流程及计算； 4.掌握多效蒸发与单效蒸发的比较； 5.了解蒸发器的工艺设计。
重点：
1.温度差损失的计算、单效蒸发的计算； 2.多效蒸发与单效蒸发的比较。
蒸发：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移
蒸发过程温度差损失的原因：
（1）溶液的饱和蒸汽压下降； （2）加热管内液柱静压强； （3）管路流体阻力（多效蒸发）
1）由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失1
t*AT
常压：附录二十三 非常压：经验公式、杜林规则
f 0.016T22723
r
r：操作压强下的 二汽 次化 蒸k热 汽 J/， k。g
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 1.溶液沸点升高
=t - T1 ：溶液沸点升高值，oC； t：溶液的沸点，oC； T1：与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的饱 和温度，oC。
2.传热的温度差损失
tT - t = tT ：理论上传热的温度差，oC； t ：实际传热的温度差，oC。
4.蒸发器的改进与发展
1）开发新型蒸发器 2）改善蒸发器内液体的流动状况 3）改进溶液的性质
5.1.2 蒸发器的辅助设备
除沫器、冷凝器、真空系统装置
5.1.3 蒸发器的选型
从以下因素考虑： （1）溶液的粘度 （2）溶液的热稳定性 （3）有晶体析出时的溶液 （4）易发泡的溶液 （5）有腐蚀性的溶液 （6）易结垢的溶液 （7）溶液的处理
i
0.023L
di
R P 0.8 0.4 eL rL
3）升膜蒸发器
0 .25
i1 .3 1d 2 i d 8 L i R e 0 .2 LR 3e 0 .3 V P 4r0 .9 L V L
Hhw
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下 排除，则：
D W H F W h 1F0 h Q L
r
2）溶液的稀释热可以忽略时
溶液的焓可以由比热算出，则：
h0 cp0 t0 0 cp0t0 h1 cp1 t1 0 cp1t1 hw cpwT 0 cpwT
DHcpT w W HFW cp1t1Fpc 0t0Q L
2）降膜式蒸发器
处理粘度较大的溶液、 热敏性物料。 不适合处理易结晶、 易结垢或粘度特大的 溶液。
3）升—降膜蒸发器
处理粘度变化大的 溶液。
4）刮板搅拌薄膜蒸发器
叶片边缘与管内壁的间隙为0.25～1.5mm。 处理高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液。 结构复杂、动力消耗大。
3.直接加热蒸发器
3.传热面积 S0
QSoKotm
So
Q Kotm
tm Tt
Ko
1
i
do di
Rsi
do di
1 b do
dm
1
Rsoo
4.管内沸腾传热系数的关联式
1）标准型蒸发器
Nu0.008ReL
0.8
PrL
0.6wL
0.3
8
i
0.008L
di
diumLL
0.8cpLLL
0.6wL
0.3
8
2）强制型蒸发器
2）由于加热管内液柱静压强而引起的温度差损失11
pm
p
gl
2
百度文库
pm tpm tpmtp
pm：液层中部的平均压；强 p：液面的压强，即二蒸次汽的压强； tm：与pm相对应的水的温度； t p：与p相对应的水的温度。
3）由于管路流体阻力而引起的温度差损失111
1C, 11.5C（末效）
5.2.2 单效蒸发的计算
150%，循环速度：1.0～1.5m/s之间，适宜用于蒸 发有晶体的溶液。缺点是设备耗材量大、占地面 大、加热管内的溶液滞留量大。
3）外热式蒸发器
加热管长径比为50～100，循环速度：可达 1.5m/s。
4）列文蒸发器
循环管截面积一般为加热管总截面积的200～ 350%，阻力小，循环速度高达2.0～3.0m/s，适宜 处理晶体析出或易结垢的溶液。
间接加热蒸发器 直接加热蒸发器
循环型（非膜式） 单程型（膜式）
1.循环型（非膜式）蒸发器
1）中央循环管式（标准式）蒸发器 中央循环管截面积一般为加热管总截面积的
40～100%，循环速度：0.4～0.5m/s以下，适宜用 于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液。
2）悬筐式蒸发器 环形截面积一般为加热管总截面积的100～
5）强制循环蒸发器
循环速度高达2.0～5.0m/s。 处理粘度大、易结沟或易结晶的溶液。
2.膜式式（单程型）蒸发器
1）升膜蒸发器： 加热管长径比为100～150，管径为25～50mm。二
次蒸汽在加热管内的速度为20～50m/s，减压下为： 100～160m/s。
处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶 液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。
计算项目： （1）单位时间内蒸发出的水分量，即蒸发量； （2）加热蒸汽的消耗量； （3）蒸发器的传热面积。
1.蒸发量 W
Fx0 F W x1
W
F 1
x0 x1
2.加热蒸汽消耗量 D
1）溶液稀释热不可忽略时
D F 0 H W H h F W h 1 D w Q L h D W H FW h1F0h Q L
出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。
分类：
单效蒸发 多效蒸发
加压蒸发 常压蒸发 真空蒸发
真空蒸发的特点：
➢ 溶液沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可 利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源； ➢ 对相同压强的加热蒸汽，可提高传热总温度差； 溶液的粘度加大，总传热系数降低； ➢ 对减压系统，系统的投资费和操作费增加。
FW cp1Fpc 0Wpcw
DHcpT w WHcptw 1 Fpc 0t1t0Q L
H c pT w r H c pt1 w r
D W rFp0 c t1t0Q L
r
若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且热损 失可忽略，则：
D W r r
e D r Wr
单位蒸汽耗量，kg/kg。