化工原理上蒸發(fā)

1、7.1概述7.1.1蒸發(fā)操作的目的和方法 蒸發(fā)：含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液，在沸騰條件下受熱，使部分溶劑汽化為蒸汽的操作。過(guò)程的實(shí)質(zhì)是熱量傳遞。 其中：T加熱蒸汽的溫度； t 溶劑沸點(diǎn)的溫度 從加熱蒸汽到二次蒸汽，是高溫位蒸汽向低溫位蒸汽的轉(zhuǎn)化，溫位的降低用于兩部分：（1） 傳熱必須的推動(dòng)力；（2）溶液的溫升。 T=133,t0=100,t=120，則t=133-120=13傳熱推動(dòng)力，稱有效溫差;而=20,稱為溫差損失。7.1.2蒸發(fā)的目的(1)獲得濃縮的溶液，直接作為化工產(chǎn)品或半成品；(2)與結(jié)晶聯(lián)合操作以獲得固體溶質(zhì)；(3)脫除雜質(zhì),制取純凈的溶劑。7.1.3蒸發(fā)操作的特點(diǎn)(1)經(jīng)濟(jì)方面 蒸

2、發(fā)操作是大量耗熱的過(guò)程，節(jié)能是蒸發(fā)操作應(yīng)予考慮的重要問(wèn)題。(2)過(guò)程方面 沸騰傳熱應(yīng)控制在核狀沸騰。(3)物料方面 濃溶液在加熱面上析出溶質(zhì)而形成垢層，使傳熱過(guò)程惡化；溶液的某些性質(zhì)，如熱敏性，黏度的上升等，對(duì)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。7.2 蒸發(fā)設(shè)備 7.2.1各種蒸發(fā)器 蒸發(fā)器的主要構(gòu)件： (1)加熱室； (2)流動(dòng)（循環(huán)）通道； (3)汽液分離空間(蒸發(fā)室)。 蒸發(fā)輔助設(shè)備： (1)除沫器； (2)冷凝器； (3)疏水器。中央循環(huán)管式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，投資少，循環(huán)速度較低，但尚可處理黏性及生垢溶液。缺點(diǎn)：清洗維修不方便，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度接近于完成液濃度，溶液黏度

3、總是較大，影響傳熱。 外加熱式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性較大，加熱面積不受限制（可達(dá)數(shù)百平方米），溶液循環(huán)速度較大，便于維修和清洗。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不夠緊密，設(shè)備較高。 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：溶液循環(huán)速度大，傳熱系數(shù)很大，在相同的生產(chǎn)任務(wù)下，蒸發(fā)器的傳熱面積較小，減小了加熱面上的結(jié)垢現(xiàn)象。缺點(diǎn)：動(dòng)力消耗大。 列文蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：加熱室上方增設(shè)了一段沸騰室，避免結(jié)晶在加熱管內(nèi)析出，不易結(jié)垢，循環(huán)速度較大，傳熱系數(shù)大，傳熱效果好。缺點(diǎn)：設(shè)備龐大，金屬消耗量大，廠房必須高，要求溫位較高的蒸汽。 懸框式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：傳熱效果好，熱損失少，清洗維修方便，減少了結(jié)垢。缺點(diǎn)：?jiǎn)挝粋鳠崦娴慕饘俸牧看螅Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，溶液滯留量大，需要高

4、大廠房。升膜蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：蒸發(fā)時(shí)間短（僅幾秒至幾十秒），適用于熱敏性及易起泡的溶液。缺點(diǎn)：不適用于濃溶液，對(duì)易結(jié)晶、易結(jié)垢的溶液也不適用。 降膜蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：適用于熱敏性溶液和濃度較高的溶液。缺點(diǎn)：對(duì)于易結(jié)垢和黏度很大的溶液不適用。升降膜蒸發(fā)器 適用于蒸發(fā)過(guò)程溶液黏度變化大，或廠房高度受一定限制的場(chǎng)合。 旋轉(zhuǎn)刮片式蒸發(fā)器 根據(jù)刮板的不同分為固定間隙的刮板蒸發(fā)器和轉(zhuǎn)子式刮板蒸發(fā)器。優(yōu)點(diǎn)：可適用于高黏度、易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液的蒸發(fā)，可將溶液蒸干而直接獲得粉末狀固體。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱面小，且需消耗一定動(dòng)力。 7.2.2蒸發(fā)器的傳熱系數(shù) 蒸發(fā)器的熱阻分析： 其中： 管外蒸汽冷凝的熱阻； 加熱

5、管壁的熱阻； 管內(nèi)壁液體一側(cè)的熱阻； 管內(nèi)沸騰給熱的熱阻7.3單效蒸發(fā)7.3.1物料衡算 Fw0=( F-W)w其中: F溶液的加料量( ) W水分的蒸發(fā)量 ( ) 7.3.2熱量衡算 其中： 加料液與完成液的熱焓 加熱蒸汽的汽化熱 I二次蒸汽的熱焓 D加熱蒸汽的消耗量式中 可視實(shí)際情況取 的某一百分?jǐn)?shù)。 對(duì)溶液濃度變化不大、濃縮熱不大的溶液，其熱焓可由比熱容近似計(jì)算蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為7.3.3傳熱速率與傳熱溫差1、蒸發(fā)速率蒸發(fā)器的熱阻分析： 其中： 加熱管壁的熱阻； 管外蒸汽冷凝的熱阻； 管內(nèi)壁液體一側(cè)的熱阻； 管內(nèi)沸騰給熱的熱阻2、溶液沸點(diǎn)（1）溶液沸點(diǎn)升高 溶質(zhì)的存在 相同壓力下，溶液的沸

6、點(diǎn)較純水的沸點(diǎn)高。（2）液柱靜壓頭 當(dāng)蒸發(fā)器維持一定的液位操作，下部溶液所受的壓力，故下部溶液的沸點(diǎn)就高于液面處的沸點(diǎn)。 p：液面上方二次蒸汽的壓強(qiáng)。 在加熱蒸汽（ ）與二次蒸汽（ ）之間的溫位差中，有一部分（ ）并不作為傳熱的有效推動(dòng)力，而是由于各種原因損失掉了， 稱為溫度差損失。已知：w0=2%,t0=28, w=3%，A=69.7m2，T=110， F=4500kg/h，cP=4100J/kg,不計(jì)，p=0.1MPa求: (1)W，K; (2) F=6800kg/h，其它操作條件不變，w解：(1) 水在0.1MPa下，t=100, r=2258kJ/kg 不計(jì)，t=T-t=110-100=10(2) 假定K值不變K，A，t均不變 Q不變,得7.4 蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性7.4.1 蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性 生蒸汽的利用率(操作費(fèi)用) ：每kg生蒸汽所能蒸發(fā)的水量。提高生蒸汽的利用率的措施：多效蒸發(fā)額外蒸汽的引出二次蒸汽的再壓縮7.4.2 蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度 設(shè)備費(fèi)用 ：?jiǎn)挝粋鳠崦娴恼舭l(fā)量 多效蒸發(fā)是以犧牲設(shè)備生產(chǎn)