第五章蒸发ppt

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1、第五章第五章 蒸发蒸发第一节第一节 概述概述 一、基本概念 （1）蒸发概念 将溶液加热，使其中部分溶剂汽化并不断除去，以提高溶液中溶质浓度的操作。 （2）蒸发的方式 自然蒸发 溶液中的溶剂在低于沸点下汽化，溶剂的汽化仅发生在溶液表面，蒸发速率慢。 沸腾蒸发 溶液中的溶剂在沸点下汽化，溶液的各个部分几乎都同时发生汽化，蒸发速率快。工业上大多采用沸腾蒸发。 （3）蒸发操作的必要条件 不断供热使溶剂汽化； 汽化后的溶剂要及时地移除。 二、蒸发在工业生产中的应用 （1）浓缩稀溶液，制取产品或半成品 （2）制取纯净的溶剂作为产品 （3）同时制取浓缩液和回收溶剂 三、蒸发操作的特点 蒸发是间壁两侧均发生相

2、变化的传热过程，蒸发速率取决于传热速率，工程上常把它归类为传热过程，但和一般传热过程相比有以下特点。 蒸发的物料是溶有不挥发性溶质的溶液，在进行蒸发设备的计算时，必须考虑溶液沸点的升高。 被蒸发的溶液本身常具有某些特性，在选择蒸发方法和设备时，必须考虑物料的特性，如热敏性、腐蚀性、结垢、结晶或产生泡沫等。 蒸发时需要大量的加热蒸汽，节能问题比一般传热过程更为突出。 四、蒸发操作的分类 1.按操作压强分 （1）常压蒸发 蒸发在常压下进行，可用敞口设备，二次蒸汽直接排到大气中。 （2）减压蒸发 也叫真空蒸发，操作压强低于外界大气压，在密闭的设备内进行。二次蒸汽在冷凝器中冷凝，并用真空泵抽取其中的不

3、凝性气体，以造成设备的真空。 减压蒸发的优点是： 降低了溶液的沸点，在加热蒸汽温度一定时，蒸发器的传热温度差增大，可减少蒸发器的传热面积； 由于溶液沸点降低，可以利用低压蒸汽或废热蒸汽作为加热蒸汽，以充分利用能源； 溶液沸点低，可防止热敏性物料变性或分解，适用于一些热敏性物料的蒸发； 由于操作温度低，可减少设备的热损失。 减压蒸发的缺点： 由于温度降低，溶液的黏度增大，使蒸发器的传热系数减小，同时，减压蒸发时，造成真空需要增加设备和动力。 （3）加压蒸发 操作压强高于外界大气压，在密闭的设备内进行。在加压下进行操作，提高了二次蒸汽的温度，就有可能利用二次蒸汽作为其他设备（如预热器）的加热剂，以

4、提高热能的利用率。同时，溶液的沸点升高，使溶液的流动性能曾强，有利于提高传热效果。 2.按二次蒸汽的利用情况分 （1）单效蒸发 溶液在蒸发器内蒸发时，所产生的二次蒸汽不再利用或被利用于蒸发器以外的操作，称为单放蒸发。 （2）多效蒸发 将二次蒸汽引至另一压强较低的蒸发器的加热室，作为加热蒸汽来使用，以提高加热蒸汽的利用率，这种将多个蒸发器串联，使二次蒸汽在蒸发过程中，得到再利用的蒸发操作称为多效蒸发。 3.按操作方式分 （1）间歇蒸发 它又可分为一次进料、一次出料和连续进料、一次出料两种形式。间歇蒸发的特点是蒸发过程中，溶液的浓度和沸点随时间改变，所以是不稳定操作，适合于小规模、多品种的场合。

5、（2）连续蒸发 连续进料，完成液连续排出，蒸发为稳定操作，适合于大规模的生产过程。第二节第二节 单效蒸发单效蒸发 一、单效蒸发流程 图5-1为单效真空蒸发的基本流程。其中蒸发器为主体设备，由加热室和蒸发室构成。 二、单效蒸发的计算 单效蒸发是在一个蒸发器内进行蒸发操作，对于单效蒸发，在给定生产任务和确定了操作条件后，则可应用物料衡算、热量衡算和传热基本方程式，计算蒸发操作中水分蒸发量、加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积。 1水分蒸发量的计算 对图5-2所示的单效蒸发器作溶质的物料衡算，在稳定连续操作中，单位时间进入和离开蒸发器的溶质数量应相等，即 w0=()w1 由物料衡算式可得水分蒸发量为 （

6、5-1） 完成液的浓度 （5-2） 完成液量 （5-3）)1 (10wwFWWFFww0110wFwWF 2加热蒸汽消耗量的计算 对图5-2所示的单效蒸发器作热量衡算。当加热蒸汽为饱和蒸汽，冷凝液在饱和温度下排出时，单位时间内加热蒸汽放出的热量为 Q =Dr （5-4） 加热蒸汽放出的热量主要用于以下三个方面： （1）将原料液由进料温度t0升温到沸点t沸，所需的热量为Q1 Q1=Fc(t沸-t0) （5-5） （2）使水在t沸温度下汽化成二次蒸汽，所需的热量为Q2 Q2=Wr （5-6） （3）补偿蒸发器的热损失Q损。 根据热量衡算原则，有 Q =Q1+Q2+Q损 即 Dr=Fc(t沸-t0)

7、+W r+Q损 所以 （5-7）rrWttFcD损0沸)(QQ 若原料液在沸点下进入蒸发器，并同时忽略热损失，由式（5-7）可得单位蒸汽消耗量为 或 (5-8) 式中，称为单位蒸汽消耗量，即蒸发1kg水时的蒸汽消耗量，常用以表示蒸汽的经济程度。由于蒸汽的潜热随温度的变化不大，即rr则，即蒸发kg的水需要1kg的加热蒸汽。但实际上，由于热损失等因素，的数值约为1.1或更大。rrWDrrWD 3蒸发器传热面积的计算 蒸发器的传热面积可依传热基本方程式求得，即 （5-9） 式中的热负荷依热量衡算求取，若加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出，且忽略热损失，则蒸发器的热负荷为=r。由于蒸发过程为蒸汽冷凝和溶

8、液沸腾之间的恒温传热，tm=T-t沸，故有： （5-10） 传热系数值大多根据实测数据或经验值来选定。表5-1列出了几种常用蒸发器K值的大致范围，可供参考。mtKAQ)(沸tTKrDA第三节第三节 多效蒸发多效蒸发 多效蒸发的操作原理： 利用减压的方法使后一个蒸发器的操作压强和溶液的沸点均较前一个蒸发器的为低，以使前一个蒸发器引出的二次蒸汽作为后一个蒸发器的加热蒸汽，且后一个蒸发器的加热室为前一个蒸发器的冷凝器。按此原则将几个蒸发器顺次连接起来协同操作。每一个蒸发器称为一效。 多效蒸发对节能的意义： 蒸发操作费用主要是汽化溶剂（如水）所需消耗的蒸汽动力费。单效蒸发时，单位蒸汽消耗量大于1，采用

9、多效蒸发时，随着效数的增加，单位蒸汽消耗量减小，相应的操作费用降低。由表5-2可知，效数越多，单位蒸汽消耗量越少，操作费用越低，所以在蒸发大量水分时，广泛采用多效蒸发。效 数单 效双 效三 效 四 效五 效（D/W）最小1.10.570.40.30.27表5-2 最小单位蒸汽消耗量 一、多效蒸流程 1并流法 并流加料法是工业中常用的加料法。如图5-3所示，溶液流向与蒸汽相同，即由第一效顺序流至末效。 并流加料的优点为： 由于后一效蒸发室的压强较前一效为低，故溶液在效间的输送不需用泵，就能自动从前效进入后效。 由于后一效溶液的沸点较前一效为低，故前一效的溶液进入后一效时，会因过热而自行蒸发,因而