蒸發(fā)單元操作

1、蒸發(fā)操作蒸發(fā)操作單效蒸發(fā)單效蒸發(fā) 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā) 蒸發(fā)：將稀溶液在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行濃縮的單元操作。蒸發(fā)：將稀溶液在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行濃縮的單元操作。概述概述 蒸發(fā)分類蒸發(fā)分類 : 常壓蒸發(fā)常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)蒸發(fā)的目的：溶液中溶劑的汽化，蒸發(fā)的目的：溶液中溶劑的汽化，獲得溶劑產(chǎn)品或不揮發(fā)溶質(zhì)產(chǎn)品。獲得溶劑產(chǎn)品或不揮發(fā)溶質(zhì)產(chǎn)品。蒸發(fā)的必要條件：不斷供給熱能蒸發(fā)的必要條件：不斷供給熱能，不斷排除蒸汽，溶劑易揮發(fā)。，不斷排除蒸汽，溶劑易揮發(fā)。概述概述 蒸發(fā)流程：蒸發(fā)流程：蒸發(fā)過程的基本概念蒸發(fā)過程的基本概念: 加熱蒸汽加熱蒸汽(生蒸汽生蒸汽)二次蒸汽二次蒸汽水蒸氣水蒸氣聯(lián)苯聯(lián)苯熔鹽熔

2、鹽蒸發(fā)過程的特點(diǎn)：蒸發(fā)過程的特點(diǎn)： （1）沸點(diǎn)升高：）沸點(diǎn)升高：（2）能耗大：）能耗大：（3）溶液的特性決定蒸發(fā)）溶液的特性決定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性。器的結(jié)構(gòu)特性。氫氧化鈉、氯化鈣等水溶液在蒸發(fā)濃縮時(shí)，除提供水分蒸發(fā)所需的汽化潛熱外，還需提供溶液的濃縮熱。若濃縮熱較大時(shí)，溶液的焓不能用比熱計(jì)算式計(jì)算。需查焓濃圖。物料衡算和熱量衡算物料衡算和熱量衡算mQAKt2221221112111ssmbdddRRKdddKDRQ smttT蒸 發(fā) 器 的 型 式總傳熱系數(shù)K, W/(m2K)標(biāo)準(zhǔn)式（自然循環(huán)）600-3000標(biāo)準(zhǔn)式（強(qiáng)制循環(huán)）1200-6000懸筐式600-3000外熱式（自然循環(huán)）1200-

3、6000外熱式（強(qiáng)制循環(huán)）1200-7000升膜式1200-6000降膜式1200-3500刮板式600-2000物料衡算和熱量衡算物料衡算和熱量衡算()sDRAK Tt即溫度差損失在數(shù)值上等于沸點(diǎn)升高。TsTtTstTt ()()TsstTTtTttT 蒸發(fā)純?nèi)軇┑臏夭钫舭l(fā)溶液的溫差蒸發(fā)設(shè)備中的溫差損失蒸發(fā)設(shè)備中的溫差損失溫度差損失的原因溫度差損失的原因(1) 溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失， ；(2) 加熱管內(nèi)不同高度靜壓力不同，使溶液沸點(diǎn)升高， ；(3) 管內(nèi)流體阻力損失使飽和蒸汽壓降低，沸點(diǎn)升高，存在溫度差損失， 。 T操作壓力下二次蒸汽的飽和溫度r 操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱溶液

4、蒸汽壓降低而引起的溫度差損失溶液蒸汽壓降低而引起的溫度差損失 KttttwwAA00常壓下求：查文獻(xiàn)或手冊tT f22730.0162Tfr非常壓溶液沸點(diǎn)的計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)公式：杜林規(guī)則：某溶液在兩種不同壓力下的沸點(diǎn)差與另一標(biāo)準(zhǔn)液體在相應(yīng)壓力下的沸點(diǎn)差的比值為常數(shù)。)00(wwttKttAA液柱靜壓頭引起的溫度差損失液柱靜壓頭引起的溫度差損失 溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)按液面和底部平均壓力計(jì)算，由靜力學(xué)方程 式中：式中：tp+pp 水在平均壓力下的沸點(diǎn)，水在平均壓力下的沸點(diǎn)，； tp 蒸發(fā)室二次蒸汽壓力下算得的沸點(diǎn)，蒸發(fā)室二次蒸汽壓力下算得的沸點(diǎn)，。 gLppp21ppptt 與流體流速、物性及管道尺寸等有關(guān)，

5、一般取為 0.51.5 ；v單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽v多效蒸發(fā)：加熱蒸汽通入蒸發(fā)器，液體受熱沸騰產(chǎn)生的蒸汽作為二次蒸汽加以利用引入下一級蒸發(fā)器，多個(gè)蒸發(fā)器依次連接形成多效蒸發(fā)。123多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)二次蒸汽作為加熱蒸汽的條件：該蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度應(yīng)低于前一蒸發(fā)器。效數(shù)單效雙效三效四效五效D/W1.10.570.40.30.27蒸發(fā)1kg水所需生蒸汽（D/W) D/W加熱蒸汽利用率加熱蒸汽利用率后一效蒸發(fā)室壓力較前效低，無需用泵輸送；后效溶液沸點(diǎn)較前效低，溶液流入后效由于過熱而自蒸發(fā)(閃蒸）。后效溶液濃度較前效大，沸點(diǎn)又較低，粘度較大，后效傳熱系數(shù)較前效小，后兩效中尤為嚴(yán)重。

6、多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程隨著溶液濃度越高，溶液的溫度也越高，故各效溶液粘度不太大，傳熱系數(shù)也不小。效間溶液需用泵輸送，能量消耗較大。由低溫到高溫，各效進(jìn)料溫度都比沸點(diǎn)低，無自蒸發(fā)現(xiàn)象。多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程 特點(diǎn)：各效都是并流和逆流的組合。流向： 312或 231利用兩法優(yōu)點(diǎn)：省去并流部分的泵送，并可使?jié)馊芤涸诟邷叵抡舭l(fā)濃縮，有利于傳熱蒸發(fā)。蒸汽流向不變，料液和完成液分別從各效加入和排出，各效溶液的流向互相平行。 適用于蒸發(fā)過程中易結(jié)晶的物料 可避免在各效間輸送含有大量結(jié)晶的溶液。 多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度生產(chǎn)能力：

7、單位時(shí)間汽化的水量，可用傳熱速率來表示。1111QK At三效蒸發(fā)各效熱流量：2222QK At3333QK At三效總傳熱速率：123112233123QQQQK AK AK Attt 123AAAA123KKKK123()TQKAKAtttt 不考慮各效溫差損失，假設(shè)：Tt總傳熱溫差結(jié)論：效數(shù)越多，生產(chǎn)能力越小蒸發(fā)強(qiáng)度：蒸發(fā)器單位面積上的生產(chǎn)能力。蒸發(fā)強(qiáng)度：蒸發(fā)器單位面積上的生產(chǎn)能力。若三效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)生產(chǎn)能力相同，每個(gè)蒸發(fā)器的面積和傳若三效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)生產(chǎn)能力相同，每個(gè)蒸發(fā)器的面積和傳熱系數(shù)相等。熱系數(shù)相等。 則則 單效蒸發(fā)強(qiáng)度：單效蒸發(fā)強(qiáng)度：Q/A 三效蒸發(fā)強(qiáng)度：三效蒸發(fā)強(qiáng)度：Q/

8、3A 效數(shù)越多，效數(shù)越多， 有效溫差和生產(chǎn)能力越小，蒸發(fā)強(qiáng)度越小。有效溫差和生產(chǎn)能力越小，蒸發(fā)強(qiáng)度越小。多效蒸發(fā)效數(shù)的限制多效蒸發(fā)效數(shù)的限制 : 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度有效溫差的限制有效溫差的限制設(shè)備投資的限制設(shè)備投資的限制rtKArQAWU提高生產(chǎn)強(qiáng)度：提高總傳熱系數(shù)提高生產(chǎn)強(qiáng)度：提高總傳熱系數(shù) K 和傳熱溫差和傳熱溫差ttm多效蒸發(fā)的唯一優(yōu)點(diǎn)：提高蒸汽的經(jīng)濟(jì)性多效蒸發(fā)的唯一優(yōu)點(diǎn)：提高蒸汽的經(jīng)濟(jì)性 多效蒸發(fā)的計(jì)算：W1W2W3F x0DL3 x3L1 x1L2 x2總物料衡算：溶劑總蒸發(fā)量W：W = W1 + W2 + W3Fx0=L1x1=L2x2=L3x3每

9、一效物料衡算：F=L1+W1L1=L2+W2L2=L3+W3)1 (30 xxFW若沸點(diǎn)進(jìn)料，Ql = 0 , D/W=1則 W1=D W2=W1-E1=D-E1 W3=W2-E2=D-E1-E2水蒸發(fā)總量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2 推廣至n效：提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的其他措施提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的其他措施2131323DEEW一、額外蒸汽的引出：W1W2W3D DE1E1E2E2E3E3t t1 1t t2 2t t3 3121121DEnnEnnEnnnW二、冷凝水自蒸發(fā)的利用：提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施前一效溫度較高的冷凝水通過自蒸發(fā)器被減壓至下

10、一效加熱室的壓力時(shí)，放出熱量，少量冷凝水自蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，作為下一效加熱蒸汽，提高生蒸汽的經(jīng)濟(jì)程度。t1三、熱泵蒸發(fā)器： 通過壓縮機(jī)提高二次蒸汽的壓力，使飽和溫度提高至原來的壓力時(shí)，重新送回蒸發(fā)器加熱室。提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施循環(huán)型單程型 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備自然循環(huán)強(qiáng)制循環(huán)結(jié)構(gòu)與工作原理：加熱室垂直管束垂直管束中央循環(huán)管中央循環(huán)管優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱好； 沸點(diǎn)高。分離室懸筐式蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器加熱室可由頂部取出檢修和更換，適于易結(jié)晶和結(jié)垢溶液的蒸發(fā)，熱損失小。循環(huán)管：加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁的環(huán)形空間溶液在加熱管被加熱上升，后沿環(huán)隙向下流

11、動構(gòu)成循環(huán)。外熱式蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器加熱室外置，降低蒸發(fā)器高度，且加熱管較長，循環(huán)速度加快。列文式蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器加熱室上增設(shè)沸騰室，溶液的沸騰傳熱有加熱室轉(zhuǎn)移到沸騰室.優(yōu)點(diǎn)：避免加熱管表面結(jié)晶和結(jié)垢，適于粘度大的溶液，傳熱系數(shù)大缺點(diǎn)：液柱靜壓頭引起的溫差損失大。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器泵迫使流體產(chǎn)生循環(huán)，循環(huán)速度大小由泵流量調(diào)節(jié)來控制。優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大；缺點(diǎn)：能耗大。升膜式蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器升 |降膜式蒸發(fā)器 單程型蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器循環(huán)型與單程型蒸發(fā)器的不同特點(diǎn)循環(huán)型與單程型蒸發(fā)器的不同特點(diǎn)單程型比循環(huán)型更具優(yōu)點(diǎn)：單程型

12、比循環(huán)型更具優(yōu)點(diǎn)： 溶液只通過加熱室一次，不需循環(huán)，所以溶液溶液只通過加熱室一次，不需循環(huán)，所以溶液在蒸發(fā)在蒸發(fā) 室停留時(shí)間短，沸點(diǎn)不太高，適于熱敏性物料；室停留時(shí)間短，沸點(diǎn)不太高，適于熱敏性物料； 單程型溶液呈膜狀流動，單程型溶液呈膜狀流動，提高；提高； 膜狀流動液柱靜壓頭造成的溫差損失小，有效膜狀流動液柱靜壓頭造成的溫差損失小，有效溫差大；溫差大；需控制成膜，對進(jìn)料速度有一定要求。需控制成膜，對進(jìn)料速度有一定要求。刮板式冷凝器 單程型蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器浸沒燃燒式蒸發(fā)器浸沒燃燒式蒸發(fā)器除沫器 除沫器、冷凝器和真空裝置除沫器、冷凝器和真空裝置冷凝器及真空裝置 除沫器、冷凝器和真空裝置除沫器、冷

13、凝器和真空裝置疏水閥 防止加熱蒸汽和冷凝水一起排出加熱室外。(1) 熱動力式(2) 鐘形浮子式(3) 脈沖式1-冷凝水入口；2-冷凝水出口；3-排出管；4-背壓室；5-濾網(wǎng)；6-閥片 除沫器、冷凝器和真空裝置除沫器、冷凝器和真空裝置(1) 沸點(diǎn)升高：溶液中含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，故溶液的蒸汽壓較純?nèi)軇┑恼羝麎簽榈?沸點(diǎn)高)，當(dāng)加熱蒸汽溫度一定，蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)純?nèi)軇┑膫鳠釡夭钚?；且濃度越高，沸點(diǎn)越高， 溫差越小。(2) 能耗大：工業(yè)蒸發(fā)規(guī)模很大，需要耗用大量的加熱蒸汽，應(yīng)充分利用二次蒸汽(多效蒸發(fā))，降低過程的能量消耗；(3) 溶液的特性決定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性。易結(jié)垢或析出結(jié)晶的溶液，設(shè)計(jì)上

14、應(yīng)設(shè)法防止或減少垢層的生成，使加熱面易于清洗。對熱敏性、高粘度或強(qiáng)腐蝕性的物料，應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。 概述概述 (Introduction)v真空蒸發(fā)：減壓（真空）下蒸發(fā)。v目的：降低溶液沸點(diǎn)。v優(yōu)點(diǎn)：真空下溶液的沸點(diǎn)低，加熱蒸汽與沸騰液體間溫差大， 減小蒸發(fā)器的傳熱面積；利用低壓蒸汽或廢氣作熱源；適于熱敏性物料；沸點(diǎn)低，蒸發(fā)器熱損失小。v缺點(diǎn)：耗能大；低壓沸點(diǎn)低，粘度大，給熱系數(shù)減小。v單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽v多效蒸發(fā)：加熱蒸汽通入蒸發(fā)器，液體受熱沸騰產(chǎn)生的蒸汽作為二次蒸汽加以利用引入下一級蒸發(fā)器， 多個(gè)蒸發(fā)器依次連接形成多效蒸發(fā)。v意義: 提高蒸汽的利用率（或經(jīng)濟(jì)程度）。v蒸發(fā)同樣數(shù)量的水W，多效時(shí)蒸汽量D 遠(yuǎn)小于單效時(shí)。真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)1