化工原理上(考研精品课程)5.3 单效蒸发.pptVIP

5.3 单效蒸发 5.3.1 单效蒸发的计算 (1) 物料衡算 已知进料的浓度w0 、温度t0、进料量F，完成液的浓度w1 ，加热蒸汽压力和冷凝器的压力， 求： ①水份蒸发量W； ②加热蒸汽消耗量D； ③蒸发器的传热面积A； （2）热量衡算 ①若忽略浓缩热 ②溶液的浓缩热不可忽略 （3）蒸发器传热面积A的计算 若dA=dA2（以外表面为总换热面的计算）则： 5.3 2 蒸发设备中的温度差损失（传热推动力损失） 蒸发设备中的传热温度差Δt = Ts-t。Ts 为加热蒸汽的温度（如 300kPa 的蒸汽，温度为 133.3 ℃ ), t 为溶液的沸点。 若蒸发室内压力为 1atm,蒸发的是水（其沸点T为100℃），则 ：ΔtT = Ts-T = 133.3-100 = 33.3 ℃ 如蒸发的为 30％ NaOH 溶液，其沸点为 115℃， 则 ：Δt ＝ Ts-t = 133.3 - 115 ＝ 18.3 ℃。 温度差损失Δ＝ΔtT－Δt = (Ts-T) - (Ts-t ) = t-T =115-100=15℃ 溶液的沸点 t = T+Δ,有效传热温度差Δt = ΔtT –Δ= 33.3 -15=18.3 ℃ 温度差损失原因： 〈1〉溶液的沸点升高 〈2〉蒸发器中液柱静压头的影响 〈3〉流体摩擦阻力损失 ⑴ 溶液的沸点升高与杜林规则 杜林(Duhring)规则：溶液的沸点与同压力下溶剂的沸点成线性关系。 例1：蒸发浓度 50％ NaOH 溶液，若蒸发室压力分别为 1atm 和19.6 kN/m2（绝压），试求△′。 解：1 atm 水的沸点为100 ℃，查图 7-4 (p222 ) 50％ NaOH 溶液的沸点为 142 ℃, 19.6 kPa 水的沸点为 59.7 ℃，查得 50％ NaOH 溶液的沸点为 100℃ ⑵ 液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 加热管内的溶液压强高于液面上方的压强(即蒸发室内的压强 P) 取加热管内溶液平均深度 L/2处的压强为： 蒸发器中的传热温度差为： 5.3.3 真空蒸发的特点 优点：⑴ 在减压下溶液的沸点较在常压下的为低，因此可以 提高加热蒸汽与沸腾液体间的温度差，于是可相应 减小蒸发器的传热面积。 ⑵ 可以利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽。 ⑶ 可用来浓缩不耐高温的溶液。 ⑷ 由于溶液的沸点降低，蒸发器损失于外界的热量 较小。 缺点：（1）沸点的降低使粘度上升，传热系数下降 （2 ）需要添加真空设备和一定量的动力费。 单效蒸发的计算(注意方程的灵活运用）： 操作型问题： 已知：A, w0 , t0 , w1，加热蒸汽的压强和冷凝器的操作压强，求：由选定的K计算 F 和 D。 ,. 设计型问题：已知：F, K, w0 , t0, w1, ,加热蒸汽的压强和冷凝器的操作压强，核算 A 和 D。 例2：有一传热面积为30m2的蒸发器，将35℃、质量浓度为20％的NaOH水溶液浓缩至50％。已知:加热用饱和水蒸气的压力为294kN/m2(绝压)，蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)，溶液的沸点为100℃，又蒸发器的总传热系数为1000W/m2.K，热损失可取为传热量的3％，试计算加热蒸汽消耗量D和料液处理量F。 解：查加热蒸汽的温度Ts=132·9℃，焓Hs＝2728kJ/kg,hs=556.7kJ/kg 蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)时，饱和蒸汽的温度为59·7℃，焓为2605kJ/kg， 二次蒸汽的焓为：H=2605+1.88(100-59.5)=2681kJ/kg 1·加热蒸汽消耗量D 2·求料液流量F 查NaOH的焓浓图得：35OC，20% NaOH 料液的焓h0＝120kJ/kg（内插法）, 100OC，50% NaOH 完成液的焓h1＝540kJ/kg （直接查） 又热损失 整理后得： 物料衡算： 联立求解上两式： F＝0·56kg/s, W= 0.6 F = 0.34kg/s 3·不考虑浓缩热求F h1=c1t1,h0=c0t0代入热量衡算式： 将W＝0·6F代入，解得：F＝0·6kg/s, W = 0·36kg/s * *