化工原理第五章讲

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1、第五章蒸发一、蒸发器的结构二、蒸发器的辅助装置三、蒸发器的选型第一节蒸发设备2021/8/15（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。④同时制备浓溶液和回收溶剂。蒸发概述2021/8/15（2）加热蒸汽和二次蒸汽加热蒸汽：用于加热的蒸汽二次蒸汽：由溶液蒸发出来的蒸汽（3）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。③间歇蒸发和连续蒸发2021

2、/8/15（4）蒸发操作的特点①沸点升高②溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使传热过程恶化③泡沫夹带二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物料，而且会污染设备。④能源利用溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作是大量耗热的过程，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。2021/8/155.1蒸发器(evaporator)的结构蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。1、循环型蒸发器(circulationevapora

3、tor)特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环型两类。自然循环(naturalcirculation)：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。强制循环(forcedcirculation)：用泵迫使溶液沿一定方向流动。2021/8/15①中央循环管式蒸发器完成液二次蒸气料液加热蒸气冷凝水123451-外壳；2-加热室；3-中央循环管；4-蒸发室；5-除沫器中央循环管式蒸发器优点：结构紧凑、制造方便、传热较好、操作可靠；缺点：循环速度在0.4~0.5m/s以下、清洗和维修不方便。2021/8/15②悬筐

4、式蒸发器优点：循环速度可稍大、易于检修、热损失较小；缺点：结构复杂、单位传热面的金属消耗量大；适用：易结晶、结垢溶液的蒸发。1－外壳2－加热蒸气管3－除沫器4－加热室5－液沫回流罐2021/8/15③外加热式（加热室与蒸发室分开）优点：降低了蒸发器的高度、便于清洗和更换、循环速度较大。2021/8/15④强制循环蒸发器(forcedcirculationevaporator)2021/8/15（2）膜式（单程型）蒸发器特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。①升膜式蒸发器

5、说明：不适于较浓溶液、粘度大、易结晶、易结垢物料的蒸发。缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。2021/8/152021/8/15②降膜式蒸发器优点：传热系数较高，与升膜相比，可以蒸发浓度较高的溶液，对粘度较大的物料也能适用。缺点：结构较复杂。2021/8/155.1.2蒸发器的辅助装置除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。2021/8/15（2）冷凝器和真空装置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用气液直接接触的混合式冷凝器，如逆流高位冷凝器。真空装置：排除少量不凝性气体，维持蒸发所需要的真空度。水环式真空泵、喷射泵、往复

6、式真空泵。2021/8/15第五章蒸发一、溶液的沸点和温度差损失二、单效蒸发的计算三、蒸发器的生产能力和生产强度第二节单效蒸发2021/8/15蒸发器中的传热温差：Δtm=（Ts-t）加热蒸汽的温度：Ts（若为150℃）蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水：t=T=100℃此时的传热温差最大，用ΔtT表示：如果蒸发的是30%的NaOH水溶液，在常压下其沸点是高于100℃。若其沸点t=120℃，则有效传热温差，Δt比ΔtT所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度差损失，用Δ表示1、溶液的沸点和温度差损失2021/8/15温度差损失的原因：①溶液沸点的升高。这是由于溶

7、液蒸汽压较纯溶剂（水）在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯溶剂（水）高；②蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管时产生的摩擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。（1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失溶液的沸点升高主要与溶液类型、组成及操作压强有关，一般由实验测定。当蒸发操作在加压或减压下进行，可估算沸点升高值。2021/8/15溶液的沸点也可用杜林规则计算：在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸点成线性关系：式中tA，——某种溶液在两种不同压力下的沸点；tw，——溶剂在相应压力下的沸点。当某压强下水的沸点tw＝0时，2021/8/15如图为不