第七章 蒸发 (课件)《化工原理第四版》同步教学（化学工业出版社）

第七章 蒸发 tan (t) - 第七章 蒸发 1 概述 1.1 蒸发操作目的 分离：浓缩、脱溶、除杂质 蒸发：含有不挥发性溶质的溶液，受热使部分 溶剂汽化为蒸汽的操作 基本原理：溶剂挥发，溶质不挥发 与传热区别：目的不同 ：加热冷却，保温 工业背景 氯碱工业：蒸发制碱 制糖工业：糖液的浓缩 制盐及海水淡化 1.2 蒸发操作特点 1.经济方面 大量耗热，节能重要 加热蒸汽与二次蒸汽的温差用于两部分： 1)．传热推动力； 2)．溶液的沸点升高 例如：101.3kPa下，水的沸点100℃,12%(NaOH) 水溶液沸点105℃,若加热蒸汽112℃ 传热推动力=？ 2. 过程方面 过热度控制---核状沸腾区域 Δt<20℃~25℃ 3. 物料方面 1).溶质在加热面上析出，形成垢层，热阻变大； 延缓垢层的生成，易于清洗 2).物性对蒸发器的结构的特殊要求； 热敏性、黏度(浓度) 2 蒸发设备 蒸发器的主要构件： ①加热室； ②流动(循环)通道； ③汽液分离空间(蒸发室)。 蒸发辅助设备 ①除沫器； ②冷凝器； ③疏水器。 2.2 蒸发器的传热系数 蒸发器的热阻分析： Ri —管内垢层热阻； —管内沸腾给热热阻 措施：①定期清洗，去除垢层 加快流速,减少结垢 ②扩大管内两相流动的 “环状流”区域 2.3 蒸发器的主要类型 (1)循环型蒸发器 ①中央循环管式 ②外加热式蒸发器 ③强制循环蒸发器 (2)单程型蒸发器 ①升膜蒸发器 ②降膜蒸发器 ③旋转刮板式蒸发器 3 单效蒸发计算 物料衡算 热量衡算 传热速率 溶液沸点(物性) 冷凝温度 温度差损失 沸点升高 液柱静压头造成液温升高 讨论： ①蒸发器内的物料浓度 w = ? 假定蒸发器内完全混合， w = 出口浓度 ②二次蒸汽 I = ? 过热蒸汽 以操作压强下饱和水蒸汽焓近似计算 ③ 能耗W并不与Δw成正比，而与w0/w 有关 ④溶液沸点升高Δ’ (B.P.R) 1．实验数据 实测或文献 2．杜林法则推算 低浓度:Δ’用常压下的数据 高浓度:Δ’用两点线性内插 ⑤液柱静压头 引起Δ” 考虑到液体中含气泡 取平均 查表 ⑥焓的计算 用i=C t， i0=C0t0表示 例1 用一单效蒸发器, 浓缩某水溶液。原料液浓度为5%(wt),完成液浓度为20%,进料量为2000kg/h,沸点进料。冷凝器中二次蒸汽的冷凝温度为70℃,加热蒸汽温度为110℃。传热面积75m2,传热系数为800W/m2℃,热损失为蒸发器热负荷的10%。试推算该蒸发过程的总温差损失。二次蒸汽的汽化潜热为2331kJ/kg。 解： t=92.0℃ 总温度差损失 Δ=t-t0=92-70=22℃ 传热有效温差 T-t=110-92=18℃ 问题：①蒸发室操作压强p0(如10kPa绝)如何保证？ ②p0选择高或低, 对经济性有什么影响？ 解：①冷凝器的温度与压强有对应关系 抽真空主要除去不凝性气体。 ② p0高, t0=ts(p0)也高, 则Q=KA(T-t)， T要提高, 或A要增大 加热蒸汽费用或设备费用要增加, 而抽真空费用下降 4 蒸发操作的经济性和节能方法 4.1蒸发操作的经济性 经济性： 单位质量加热蒸汽所能蒸发的水份量。 二次蒸汽再利用可提高 1．多效蒸发 理论上 可成倍增加。增加设备费,降低操作费 多效蒸发流程 三效并流加料 三效逆流加料 三效平流加料 2．引出额外蒸汽 将E抽出作它用 与ΔD相比E有何不同？ 3．热泵(蒸汽再压缩)蒸发 100℃蒸汽要提高到T℃, 显热不是主要问题,主要是压强 适用于Δ不太大的蒸发 4.2 蒸发设备的生产强度 生产强度 单位传热面的蒸发量 1．提高Δt T的提高，低压锅炉p≤0.7MPa(表) t的降低与真空泵、冷却水温、流量有关 2．提高K ①提高流动速度 自然对流→强制对流 扩大管内沸腾环状流动区 ②降低单程汽化率,减少结垢 局部浓度过高造成结垢 ①效数在经济上的限制 设备费用超过成倍增长， 操作费不按效数比例下降 效