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1、 化工原理（上册） 化工原理 6 蒸发 6.1 概述 定义： 浓缩溶液 不挥发溶质与挥发性溶剂分离，获得浓度 高的溶液或溶剂； 加热（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸发器 分类： 蒸汽利用： 单效、多效蒸发； 压力： 常压蒸发，加压蒸发，减压（真空）蒸发. 减压（真空） 优点 ： 1） 省传热面积； 2） 利用 低压（废热）蒸汽 ； 3） 适用热敏性溶液； 4） 热损失减少。 缺点 ：1） 、K； 2） 减压装置、能耗。 流程： 叙述 P281 图6-1 传热过程 蒸发基本流程.swf 真空泵 缓冲罐 水 分离器 混合冷凝器 冷却水 二次蒸汽 冷凝水 疏水器 加热室 加热蒸汽 原料液 蒸发室 完成液 不
2、凝气体 特点： . 沸点升高， t 变小 节省能源 ， 大量汽化 大量 蒸汽消耗 物料的工艺特性， 析晶、结 垢、分解、热敏性、 高粘、强腐蚀 设备差异： 与换热器相比 加热室 分离室 （蒸发室） 详细在后面介绍 重点： 根据任务选择与设计蒸发器 如何提高设备的生产能力和经济性 可以替代的节能新单元操作： 膜分离技术等 用于海水脱盐，低浓度组分提取，药物 浓缩，菌种等热敏 性物质处理 6.2 蒸发器的形式 一 结构和特点 加热室+分离室 循环型 : 自然循环型-中央循环型中央循环管式蒸发器.swf、 悬筐式悬筐蒸发器.swf 、外热式外加热式蒸发器.swf、 列文式列文式蒸发器.swf 强制循
3、环型 强制循环管式蒸发器.swf P282 图6-2、6-3，6-4 单程式（不循环）：升膜升膜式蒸发器.swf、 降膜降膜式蒸发 器.swf、升-降膜、刮板式转子式刮板蒸发器.swf、搅拌薄膜 P285 图6-5，6-6，6-7、10 浸没燃烧式：烟道气直接式 直接接触式蒸发器.swf P286 图6-8 二 选型 原则:满足工艺要求、保证质量，能力大，简单方便，经济。 三 辅助装置 P287 图6-9、10 除沫器 除沫器的主要形式.swf 冷凝器干式逆流高位冷凝 器.swf 真空装置-气体压送装置 悬筐 列文 单效外循环 搅拌薄膜 刮板 浸没燃烧 升膜 降膜 三效升降膜 蒸发器 果汁蒸发
4、器 三效蒸发器 加热室 蒸发室 原料 F, x0, t0, c0 , h0 加热蒸汽D,Ts,Hs 完成液 L=F -W, x, t, c, h 冷凝液 D,Ts,hs 二次蒸汽 W,T1,H 热损失 Ql A F W L D kg/h , x0 x 质量%, Ts, T1, t0 t, , Hs hs H h kJ/kg , c0,c kJ/(kg.K) , Q l kJ/h 6.3 单效蒸发的计算 单效蒸发计算示意图 P394 图6-13 符号说明 计算项目：蒸发量W kg/h ；加热蒸汽消耗量 D（Q）kg/h ； 蒸发器的传热面积 A m2 已知条件：生产任务与操作条件- 原料液的流量
5、F、温度t0、浓度x0(质量分率) ； 完成液的浓度x； 加热蒸汽的压强ps(pa)(Ts)； 冷凝器内的压强P(pa) 依据： 物料衡算式、 焓衡算式、 传热速率方程式 一、蒸发量的计算 总 F = L + W 溶质不挥发 Fx0 = Lx = (F W)x 二、加热蒸汽消耗量的计算 蒸汽在饱和温度下排出冷凝液 DHs + Fh0 = Lh + WH + Dhs + Ql D(Hs hs) + Fh0 = (F W)h + WH + Q l 则 0液体焓为零（基准）、忽略浓缩热： h s = C*Ts 0 = C*Ts； h0 = C0t0 0 = C0t0 ； h = Ct 0 = Ct；
6、 则 D(Hs C*Ts) + FC0t0 = (F W)Ct + WH +Ql C0 = C*(1 x0) + CBx0 C = C*(1 x) + CBx C*溶剂 、CB溶质 kJ/kg.K 当xD 压力不同, 潜热不同, A b 二次蒸汽再压缩热泵蒸发器: p t t0 c 冷凝水自蒸发产生低压蒸汽 蒸发重点： 生蒸汽、二次蒸汽、区别 P280 蒸发流程 P281 真空蒸发特点 蒸发设备 P282 温度差损失、原因与计算 P289 提高K的方法 P292 焓浓图 P293 物料衡算 W P294 焓衡算 D P294 传热面积计算 A P295 多效流程及特点 P296 优缺点 P29
7、8 经济性 W/D P298 生产强度 W/A P299 提高经济性的措施 P303 习题课 例1 在单效真空蒸发器中，将流率为10000kg/h 的某水溶液从10%浓缩到50%，原料液温度为 31 ，估计溶液沸点升高为7 ，蒸发室的绝 对压强为20kPa，加热蒸汽压强为200kPa（绝压 ），冷凝水出口温度为79 ，已知总传热系数 为1000W/(m2.K)，热损失可忽略，试估算加热 蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积。20kPa下饱和 蒸汽温度为60.1 ，汽化潜热2355kJ/kg， 200kPa下饱和蒸汽温度为120.2 ，汽化潜热 2205kJ/kg，焓H=2709 kJ/kg 。 解：溶
8、液沸点 t=T1+ =60.1+7=67.1 水分蒸发量 W=F(1 x0/x)=10000(1- 0.1/0.5)=8000kg/h 溶液比热C0=4.187(1- x0 )=4.187(1-0.1)=3.77kJ/kg.K 由蒸发器热量衡算可知： Q= FC0 (t t0) + Wr+ Ql =100003.77(67.1-31)+80002355+0=2.02 107 kJ/h =5.611 106 W 加热蒸汽消耗量 D=Q/(H-C*T) =2.02 107 /(2709-4.187 79)=8500 kg/h 由传热速率方程可知 A=Q/K(Ts-t) = 5.611 106 /
9、106 /1000 (120.2-67.1)=106m2 原料液过冷，但t= Ts-t 冷凝水过冷，温度下降只有很少的Q贡献，K取平均。 例2 在真空度为71.3 kPa下，将20000kg 的饱和水急速送 至真空度为81.3 kPa的蒸发器内，忽略热损失，已知水 的平均比热为4.18 kJ/kg.K，当地大气压为101.3 kPa， 试求汽化水量。 已知： 71.3 kPa绝压30 kPa，T1= 66.5 , r1=2333.7 kJ/kg, 1 =0.19093kg/m3 81.3 kPa绝压20 kPa，T2= 60.1 , r2=2354.9 kJ/kg, 2 =0.13068kg/m3 解： 71.3 kPa 81.3 kPa 66.5 - 60.1 闪蒸 降温放出的热量用于水分汽化 Q=20000 4.18 (66.5-60.1)=5.3504 106 kJ W= 5.3504 106 / 2354.9 =227.2kg V=W/ 2 =227.2/ 0.13068=1738.6 m3蒸汽