福州大学化工原理教案- 蒸发

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1、福州大学化工原理教案蒸发7蒸发7.1概述在化学工业，医药，食品等工业中，有些生产过程，如硝酸铵，烧碱，抗生素，制糖以及海水淡化等生产，常常需要将溶有固体的稀溶液加以浓缩，以便得到固体产品或者制取溶剂。工业上常用的溶缩方法是将稀溶液加热至沸腾，使其中一部分溶剂汽化获得浓缩，这种过程称为蒸发，用来进行蒸发的设备称为蒸发器。（1）蒸发操作的目的①获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。②脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。③除杂质，获得纯净的溶剂。（2）蒸发的流程如图为一典型的蒸发操

2、作装置示意图。稀溶液（料液）经过预热加入蒸发器。蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室，在管外用加热蒸汽加热管内的溶液，并使之沸腾汽化，经溶缩后的完成液从蒸发器底部排出。蒸发器的上部为蒸发室，汽化所产生的蒸汽在蒸发室及其顶部的除沫器中将其中夹带的液沫予于分离，然后送往冷凝器被冷凝而除去。蒸发操作可以是连续的，也可以是间歇的，工业上大量物料的蒸发通常采用的是连续的，定态的过程。（3）加热蒸汽和二次蒸汽蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。为了区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而

3、由溶液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。（4）分类①按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。②按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。单效蒸发：将所产生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸发操作产生的蒸汽。多效蒸发：将产生的二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，可以提高加热蒸汽（生蒸汽）的利用率。这种将多个蒸发器串联，使加热蒸汽在蒸发过程中得到多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。（5）蒸发操作的特点从以上对蒸发过程的简单介绍可以看出，常见的蒸发实质上是间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，所以蒸

4、发器也是一种传热器，但是和一般的传热过程相比，蒸发需要注意以下特点：①沸点升高蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知：在相同温度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定时，蒸发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小，而溶液的浓度越大，这种影响就越显著。②节约能源蒸发时汽化的溶剂量是较大的，需要消耗大量的加热蒸汽。如何充分的利用热量，使得-13-福州大学化工原理教案蒸发单位质量的加热蒸汽能除去较多的水分，亦即如何提高加热蒸汽的经济程度（如采用多效蒸发或者其他的措施），是蒸发要考虑

5、的问题。①物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能结垢或者结晶析出；有些热敏性物料在高温下易分解变质（如牛奶）；有些则具有较大的粘度或者有较强的腐蚀性等。如何根据物料的这些性质和工艺要求，选择适宜的蒸发方法和设备，这也是蒸发所必须考虑的问题。本章的重点就是研究上述问题，同时还考虑从二次蒸汽中分离夹带液沫的问题。7.2单效蒸发7.2.1单效蒸发的计算对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通常需要计算以下的这些内容：①分的蒸发量；②热蒸汽消耗量；③发器的传热面积。要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量

6、衡算方程和传热速率方程来解决。（1）物料衡算溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即水分蒸发量：（1）完成液的浓度：（2）（2）热量衡算对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，（3）或（4）式中——加热蒸汽消耗量，kg/s；，——加料液与完成液的温度，℃；，，——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg；，——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。式中热损失可视具体条件来取加热蒸汽放热量（）的某一百分数。用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一定浓度和温度下的焓。对于大多数物料的蒸发，可

7、以不计溶液的浓缩热，而由比热求得其焓。习惯上取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有、——料液和完成液的比热，kJ/kg·K。代入前面的两式得为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可以近似认为溶液的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即式中——水的比热，kJ/kg；——溶质的比热，kJ/kg。-13-福州大学化工原理教案蒸发由（3）或（4）可得加热蒸汽的消耗量为①忽略浓缩热时②浓缩热且，③沸点进料，，并忽略热损失和溶液浓度较低时，，则或式中称为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程度（或生蒸汽的利用率）。由于蒸汽的潜热随温度的变化不大，即蒸发室压力和

8、加热蒸汽温度下的潜热和相差不多，故单效蒸发时即蒸发掉1kg水，约需要1kg的加热蒸气。考虑到和的实际差别以及热损失等因素，大约为1.1或者稍多。（3）蒸发器传热面积