第五 蒸發(fā)PPT課件

1、四、蒸發(fā)方式分類：按冷凝器壓力分按冷凝器壓力分按二次蒸汽是否用作生蒸汽按二次蒸汽是否用作生蒸汽單效蒸發(fā)：如上圖單效蒸發(fā)：如上圖多效蒸發(fā)：多效蒸發(fā)：真空真空常壓常壓加壓加壓按操作方式：按操作方式：間歇間歇連續(xù)連續(xù)第1頁/共32頁 真空蒸發(fā)特點(diǎn)： 熱敏物； 沸點(diǎn)降低 利用低品位汽或廢汽作熱源；優(yōu)點(diǎn) t增大。 t降低，熱損失減少。 黏度增加，總傳熱系數(shù)降低（理論上)；缺點(diǎn) 真空設(shè)備投資大，操作費(fèi)增加。第2頁/共32頁五、蒸發(fā)過程的特點(diǎn)：v能耗大-要將含有不揮發(fā)物質(zhì)的溶液加熱到沸點(diǎn)；v沸點(diǎn)升高-要比純?nèi)軇┓悬c(diǎn)高；v傳熱溫差逐漸減小-從料液進(jìn)口到出口濃度增加，沸點(diǎn)升高；v傳熱條件有逐漸惡化的趨勢(shì)-溶液易

2、結(jié)晶、易結(jié)垢、粘度逐漸變大而使傳熱條件惡化。 冷冷卻卻水水 料料液液 加加熱熱蒸蒸汽汽 冷冷凝凝水水 水水 完完成成液液 單單效效蒸蒸發(fā)發(fā)器器 除沫器除沫器二次蒸汽二次蒸汽蒸發(fā)室蒸發(fā)室加熱室加熱室（生蒸汽）（生蒸汽）不凝性氣不凝性氣體體冷凝器冷凝器傳熱、傳質(zhì)共存，傳熱是為了傳質(zhì)。不同于一般相變傳熱之處不同于一般相變傳熱之處：第3頁/共32頁5.2 單效蒸發(fā)已知：F、x0、t0、x;計(jì)算內(nèi)容： 完成液量L、 二次蒸汽量W、加熱蒸汽量D、加熱面積A.一、物料衡算 二次蒸汽二次蒸汽 W，T 料液料液 蒸發(fā)室蒸發(fā)室 F,x0,t0 加熱室加熱室 完成液完成液 L，x, t 0FxLxWLF xxFW0

3、1DDxxFL0A第4頁/共32頁二、能量衡算 二二次次蒸蒸汽汽 W，T ，H 料料液液 蒸蒸發(fā)發(fā)室室 F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加加熱熱室室 完完成成液液 L，t，h, c D, Ts ,hs lssQDhhWFWHFhDH 0 sslhHQhHWhhFD 0 式中，式中，F(xiàn)已知，已知，W可由物料可由物料衡算得到，而衡算得到，而H、Hs、h s均為均為溫度的函數(shù)，易查取。但溶液溫度的函數(shù)，易查取。但溶液的焓的焓h、h0不易直接得到。不易直接得到。 txfh, v已知：F、x0、t0、x;v計(jì)算內(nèi)容： 完成液量L、 二次蒸汽量W、加熱蒸汽量D、加熱面積A.第5頁/共32頁b

4、. 無明顯濃縮熱的體系000tchcth a. 有明顯濃縮熱的體系稀釋熱注意：注意：h h需查焓濃圖需查焓濃圖 ，如，如P307-308P307-308圖圖5-145-14。 二二次次蒸蒸汽汽 W，T ，H 料料液液 蒸蒸發(fā)發(fā)室室 F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加加熱熱室室 完完成成液液 L，t，h, c D, Ts ,hs 第6頁/共32頁 二二次次蒸蒸汽汽 W，T ，H 料料液液 蒸蒸發(fā)發(fā)室室 F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加加熱熱室室 完完成成液液 L，t，h, c D, Ts ,hs sslhHQhHWhhFD 0假定： Hs-hs =R（加熱蒸汽汽化熱

5、） h h0（沸點(diǎn)進(jìn)料） H-h r（二次蒸汽汽化熱）Ql 0-汽化1kg水所消耗的生蒸汽量RWrD RrWDD/W 1實(shí)際上：D/W=1.11kg1kg的生蒸汽換的生蒸汽換1kg1kg二次蒸汽，可見能耗之大！二次蒸汽，可見能耗之大！引申引申第7頁/共32頁三、加熱面積的計(jì)算mtKAQ lQDRQ 冷卻水冷卻水 料液料液 加熱蒸汽加熱蒸汽 冷凝水冷凝水 水水 完成液完成液 單效蒸發(fā)器單效蒸發(fā)器 K值約為6006000W/m2KtTtsm Pt 取決于：操作壓力P、溶液濃度、蒸發(fā)室內(nèi)液層深度，因此，t T。tTRTDs, P TTs =t -T-傳熱溫差損失v已知：F、x0、t0、x;v計(jì)算內(nèi)容

6、： 完成液量L、 二次蒸汽量W、加熱蒸汽量D、加熱面積A.第8頁/共32頁四、溶液的沸點(diǎn)和溫度差損失 1.1.溶液的沸點(diǎn) 溶液中溶質(zhì)不揮發(fā)，在相同的條件下溶液的蒸汽壓比純?nèi)軇┑恼羝麎阂?，因而相同壓力下溶液的沸點(diǎn)總是比相同壓力下水的沸點(diǎn)，即二次蒸汽的溫度高。兩者之差稱為因溶液蒸汽壓下降引起的沸點(diǎn)升高。例如，常壓下20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH水溶液的沸點(diǎn)為108.5，而飽和水蒸汽的溫度為100 ，溶液沸點(diǎn)升高8.5。 第9頁/共32頁 沸點(diǎn)升高對(duì)蒸發(fā)操作的傳熱推動(dòng)力溫度差不利，例如用120的飽和水蒸汽分別加熱20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH水溶液和純水，并使之沸騰，有效溫度差分別為20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Na

7、OH水溶液 ： =120-108.5=11.5 純水： =120-100=20 由于溶液的沸點(diǎn)升高，致使蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差較蒸發(fā)純水的傳熱溫度差下降了8.5，下降的度數(shù)稱為溫度差損失，用 表示。由于 tTTtT TttTTTtt11T1tT 第10頁/共32頁 即溫度差損失在數(shù)值上與相同條件下的沸點(diǎn)升高值相同。因此，在蒸發(fā)的計(jì)算中，首先設(shè)法確定的值，進(jìn)而求得溶液的沸點(diǎn)（t1=T+）和實(shí)際的傳熱溫度差（ t=tT-）。實(shí)際上還有其它因素使溫度差損失，下面分別加以分析。 2.溫度差損失 蒸發(fā)操作時(shí)，溫度差損失的原因可能有：因溶液沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失 ；因加熱管內(nèi)液柱靜壓力而引起的溫度差損失

8、；由于管路流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失 ?？倻囟炔顡p失為： 第11頁/共32頁 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單效蒸發(fā)器 PtTRTDs, P P （1）由二次蒸汽的阻力損失引起的，記作。 此項(xiàng)影響很小，通常忽略不計(jì)或取 =1（2）由蒸發(fā)器內(nèi)液層深度引起的，記作。與設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)，有些設(shè)備液柱可高達(dá)36m，有些設(shè)備中此項(xiàng)損失可不計(jì)。壓力P 水的沸點(diǎn)t1gLPP 2 twt1壓力P 水的沸點(diǎn)tw 計(jì)算如下：第12頁/共32頁 （3） 溶液沸點(diǎn)升高（與同壓力下純?nèi)軇┫啾龋涀?-杜林規(guī)則 。 壓力P 水的沸點(diǎn)tw由杜林線或杜林規(guī)則查得某一濃度下的溶液沸點(diǎn)t。 tt w 計(jì)算如下：水水20

9、40水的沸點(diǎn)水的沸點(diǎn)溶溶液液的的沸沸點(diǎn)點(diǎn) 冷卻水 料液加熱蒸汽 冷凝水 水 完成液 單效蒸發(fā)器 PtTRTDs, P P 某液體（或溶液）在兩種壓力下的沸點(diǎn)之差與某標(biāo)準(zhǔn)液體（如水）在該壓力下的沸點(diǎn)之差的比值近似為常數(shù)。如圖5-12。第13頁/共32頁單效蒸發(fā)舉例單效蒸發(fā)舉例【例1】將7%（質(zhì)量分率，下同）的某種水溶液在常壓單效蒸發(fā)器中濃縮到24%。原料液的溫度為20。估計(jì)出溶液沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失為3.5，因靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失為3，因二次蒸汽流動(dòng)阻力引起的溫度差損失為1。加熱蒸汽溫度為132.9，蒸發(fā)器的傳熱面積為43m2。試求原料液量。 第14頁/共32頁已知蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為已知

10、蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1100 W/(m2K)，熱損失為，熱損失為蒸發(fā)器傳熱量的蒸發(fā)器傳熱量的5%，132.9下水蒸汽焓下水蒸汽焓2728.12kJ/kg，100下水蒸汽焓為下水蒸汽焓為2677.2kJ/kg。溶液的比熱。溶液的比熱Cp4.187(1-x) kJ/(kgK)。x0=0.07， x=0.24， t0=20，=3.5， =3， =1， T=100，Ts=132.9，A=43m2，K=1100W/m2K，Ql=5%Q，Hs=2728.12kJ/kg， H=2677.2kJ/kg，cp=4.187(1-x) kJ/kgK第15頁/共32頁【解】 0FxLxWLFmtKA lssQDhLh

11、WHFhDH 0物物能能lQDRQ tTtsm Tt000tchcth lQctWFWHtFcDR 00 ctWFWHtFctKAm 00 ctWFWHtFcTTKAs 00 24. 007. 0110FxxFW 135 . 310024. 01187. 42 .26772007. 01187. 4135 . 31009 .132431 . 1WFWF-（1）-（2）第16頁/共32頁聯(lián)立、解方程（聯(lián)立、解方程（1）、（）、（2）得：）得：skgFskgW/735. 0/52. 0 第17頁/共32頁五、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度：1.生產(chǎn)能力：指單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)水分量，即蒸發(fā)量W，kg/h； 因?yàn)槿Q

12、于Q，所以也可以用Q表示。 Q=KStm tm=T-t1（操作溫度下溶液沸點(diǎn)） Q=Dr（加熱蒸汽汽化潛熱，kJ/kg）2. 生產(chǎn)強(qiáng)度：是評(píng)價(jià)蒸發(fā)器優(yōu)劣的重要指標(biāo)，UU=W/S kg/（m2h）如果W給定，U增大，S減小，設(shè)備投資小。第18頁/共32頁5.3 多效蒸發(fā)一、多效蒸發(fā)及其流程 多效蒸發(fā)是將多個(gè)蒸發(fā)器連接起來的系統(tǒng)： 冷卻水 冷凝水 水 多效蒸發(fā) P二次蒸汽二次蒸汽生生蒸蒸汽汽1T 1232T3T后一效的操作壓力和溶液沸點(diǎn)均較前一效低；在第一效加入新鮮的加熱蒸汽，所產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽。因此多效蒸發(fā)明顯地減少了加熱蒸汽的消耗量；最末效往往是在真空下操作的；只有末效的二次

13、蒸汽才用冷卻介質(zhì)冷凝。因此多效蒸發(fā)明顯地減少了冷卻水的消耗量。321321TTTPPP 第19頁/共32頁 冷卻水 冷凝水 水 多效蒸發(fā) 料液料液平流流程錯(cuò)流流程逆流流程并流流程向分 為按料液與二次蒸汽的走并流流程：并流流程：優(yōu)、缺點(diǎn)： 料液可自動(dòng)流入下一效，無需泵輸送； 溶液會(huì)發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生更多的蒸汽； 傳熱推動(dòng)力依次減??； K依次減小。P二次蒸汽二次蒸汽生生蒸蒸汽汽1T 1232T3T完成液完成液并流流程適宜處理在高濃度下為熱敏性的溶液。適用場(chǎng)合：第20頁/共32頁逆流流程：逆流流程： 料液需用泵送入下一效； 傳熱推動(dòng)力較為均勻。易于處理黏度隨溫度和濃度變化較大的溶液，而不宜處理熱敏性溶液

14、。適用場(chǎng)合：優(yōu)、缺點(diǎn)： 冷卻水 料液 加熱 蒸汽 冷凝水 水 完成液 逆流多效蒸發(fā)器 P1T 1232T3T第21頁/共32頁錯(cuò)流流程：錯(cuò)流流程：適用場(chǎng)合：優(yōu)、缺點(diǎn)： 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水 完成液 錯(cuò)流多效蒸發(fā)器（231） P1T 1232T3T 兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)而避其缺點(diǎn)；操作復(fù)雜，要有完善的自控儀表才能實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定操作。我國目前主要用于造紙工業(yè)的堿回收系統(tǒng)。第22頁/共32頁平流流程：平流流程：適用場(chǎng)合：優(yōu)、缺點(diǎn)： 各效獨(dú)立進(jìn)料，傳熱狀況均較好；物料停留時(shí)間較短。適用于飽和溶液的蒸發(fā)。 料液 冷卻水 加熱 蒸汽 冷凝水 水 完成液 完成液 完成液 平流多效蒸發(fā)器 P1T 1

15、232T3T第23頁/共32頁二、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性比較二、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性比較生產(chǎn)能力：單位時(shí)間的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，用Q或 W表示。生產(chǎn)強(qiáng)度：單位時(shí)間、單位面積的傳熱量或蒸發(fā)的水分量，用U或 W/A表示。 多效蒸發(fā)單位生蒸汽消耗量D/W、單位冷卻水消耗量均比單效蒸發(fā)小，故操作費(fèi)比單效蒸發(fā)的小； 多效蒸發(fā)生產(chǎn)能力比單效蒸發(fā)小， 生產(chǎn)強(qiáng)度比單效蒸發(fā)小， 故設(shè)備費(fèi)比單效蒸發(fā)的大。第24頁/共32頁三、多效蒸發(fā)效數(shù)的限制原因三、多效蒸發(fā)效數(shù)的限制原因 總費(fèi)用總費(fèi)用 設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi) 操作費(fèi)操作費(fèi) 效數(shù)效數(shù) u由于經(jīng)濟(jì)性的限制，效數(shù)由于經(jīng)濟(jì)性的限制，效數(shù)不可過多，一般在不可過多，一般

16、在6效以下，效以下，常用的為常用的為23效。效。u此外，由于傳熱溫差的限制，效此外，由于傳熱溫差的限制，效數(shù)不可過多。數(shù)不可過多。 第一效的加熱蒸汽壓力和末效第一效的加熱蒸汽壓力和末效的真空度都有一定限制，的真空度都有一定限制，所以，流所以，流程的總傳熱溫差是一定的。效數(shù)越程的總傳熱溫差是一定的。效數(shù)越多，在各效中分配的有效傳熱溫差多，在各效中分配的有效傳熱溫差就越小。若有效傳熱溫差過小，就就越小。若有效傳熱溫差過小，就不能維持正常操作。不能維持正常操作。第25頁/共32頁四、提高生蒸汽熱能利用程度的措施v采用多效v額外蒸汽的引出v采用熱泵蒸發(fā)流程v冷凝水的自蒸發(fā)第26頁/共32頁v采用多效 D/W 實(shí)際值實(shí)際值單效單效1.1二效二效0.57三效三效0.4四效四效0.3五效五效0.27第27頁/共32頁v采用熱泵蒸發(fā)流程 二次蒸汽的汽化潛熱比生蒸汽的大，若利用熱泵給二次蒸汽加能，輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。提高其溫度、壓力，使其循環(huán)使用，可使單效蒸發(fā)的能量利用率勝