化工原理课件7-蒸发-(Evaporation).ppt

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1、7蒸发(Evaporation)7.1概述7.2单效蒸发计算7.3蒸发操作的经济性和操作方式7.4蒸发设备7.1概述（1）蒸发操作的目的（2）蒸发的流程（3）加热蒸汽和二次蒸汽（4）分类（5）蒸发操作的特点7.1概述（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。7.1概述（2）蒸发的流程7.1概述（3）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（4）分类①按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，

2、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。7.1概述（5）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。③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。④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。7.2单效蒸发(single-effectevaporation)7.2.1单效蒸发的计算（1）物料衡算（2）热量衡算（3）蒸发器传热面积的计算（4）浓缩热和溶液的焓浓图7.2.2蒸发设备中的温度差损失（1）溶液的沸点升高和杜林规则（2）液柱静压头

3、和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响（3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失（4）单效蒸发过程的计算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水分的蒸发量；② 加热蒸汽消耗量；③蒸发器的传热面积。要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、热量衡算方程和传热速率方程来解决。7.2.1单效蒸发的计算（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F,x0,t0,h0加料D,Ts,Hs加热蒸汽蒸发室二次蒸汽W,H,T加热D,Ts,hs(F-W),x,t,h,c完成液式中x

4、0，x——分别为料液、完成液的质量分数。水分蒸发量：（1）完成液的浓度：（2）7.2.1单效蒸发的计算（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，式中D——加热蒸汽消耗量，kg/s；t0，t——加料液与完成液的温度，℃；h0，h，hs——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg；H，Hs——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。式中热损失Ql可视具体条件来取加热蒸汽放热量（DR）的某一百分数。（3）（4）7.2.1单效蒸发的计算—（2）热量衡算焓值的计算：习惯上取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有代入前面的两式得：式中c0、c——料液和完成液的比热，

5、kJ/kg·K。7.2.1单效蒸发的计算—（2）热量衡算式中——水的比热，kJ/kg·K；——溶质的比热，kJ/kg·K。为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可近似认为溶液的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即7.2.1单效蒸发的计算—（2）热量衡算由式（3）或式（4）可得加热蒸汽的消耗量为：①忽略浓缩热时② 忽略浓缩热且7.2.1单效蒸发的计算—（2）热量衡算③沸点进料，t0=t，并忽略热损失和溶液浓度较低时，c=c0，则式中称D/W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）。或7.2.1单效蒸发的计算（3）蒸发器传热面积的计算由于蒸发过程的蒸汽冷

6、凝和溶液沸腾之间的恒温差传热，Δtm=Ts-t，且蒸发器的热负荷Q=DR，所以有式中A——蒸发器传热面积，m2；Q——传热量，W；K——传热系数，W/m2·K；Δtm——平均传热温差，K。由传热速率方程得7.2.1单效蒸发的计算（4）浓缩热和溶液的焓浓图如图7-3为NaOH水溶液以0℃为基准温度的焓浓图。7.2.2蒸发设备中的温度差损失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

7、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7.2.2蒸发设备中的温度差损失传热温差损失：溶液沸点：有效传热温差：温度差损失的原因：①溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂（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。7.2.2蒸发设备中的温度差损失（1）溶液的沸点升高和杜林规则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