化工原理第三版第七章.ppt

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第七章 蒸发 第二节 单效蒸发 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,通常需要计算以下这些内容: ①水分的蒸发量; ②?热蒸汽消耗量; ③ 蒸发器的传热面积。 要解决以上问题,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。 一、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 二、热量衡算 1、浓缩热显著的溶液 NaOH水溶液以0℃为基准温度的焓浓图 由式(1)或式(2)可得加热蒸汽的消耗量为: 三、蒸发器传热面积的计算 由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热, ,且蒸发器的热负荷 ,所以有 7-2-2 蒸发设备中的温度差损失 一、溶液的沸点升高和杜林规则 杜林发现在相当宽的压强范围内溶液的沸点 与同压强下溶剂的沸点成线性关系: 由该图可以看出: ① 浓度不太高的范围内,由于沸点线近似为一组平行直线,因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关,而可取大气压下的数值; ② 浓度范围只需要知道两个不同压强下溶液的沸点,则其它压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。 四、单效蒸发过程的计算 ①设计型计算:给定蒸发任务,要求设计经济上合理的蒸发器。 给定条件:料液流量 F ,浓度wo ,温度 t0 以及完成液浓度 w ; 设计条件:加热蒸汽的压强以及冷凝器的操作压强(主要由可供使用的冷却水温度来决定); 计算目的:根据选用的蒸发器形式确定传热系数K,计算所需供热面积 A 及加热蒸汽用量D 。 ② 操作型计算:已知蒸发器的结构形式和蒸发面积 7-3-1 多效蒸发蒸汽的经济性(利用率) 7-3-2 多效蒸发流程 多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合,常见的有: 并流: 溶液与蒸汽的流向相同,称并流。 逆流: 溶液与蒸汽的流向相反,称逆流。 平流: 每一效都加入原料液的方法。 下面以三效为例加以说明: (1)并流流程(图7-18) 蒸汽流动方向: 1→2→3 溶液流动方向: 1→2→3 (1)并流流程 优点: ① 由于前效的压强较后效高,P1P2P3 , 料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送; ② t1t2t3 ,溶液由前一效流入后一效处 于过热状态会放出溶液的过热量形成自蒸发,可产生 更多的二次蒸汽,系统的能量利用比较合理。 缺点:溶液浓度,w3w2w1 ,w ↑,μ ↑,末效 溶液温度↓,传热条件差,需要较大的传热面积。 (2)逆流流程(图7-19) 蒸汽流动方向: 1→2→3 溶液流动方向: 3→2→1 (3)平流流程(图7-20) 各效分别进料并分别 出料,二次蒸汽多次利 用。 优点:控制方便。 应用范围:对易结晶的物 料较合适(因为结晶体不 便在效与效之间输送)。 7-3-3 多效蒸发的生产能力、生产强度和效数的限制 一、蒸发器的生产能力和生产强度 生产能力:单位时间蒸发的水分量;用W表示 单位: [kg/s]or[kg/h] 生产强度:单位时间单位传热面积上蒸发的水分量; 用 U表示 单位: [kg/m2·s]or[kg/m2·h] 若不计热损失和浓缩热,料液预热至沸点加入,则蒸发器传 热速率为:Q=Wr(r为水的汽化热)则: 蒸发器的传热系数K 7-3-4 提高加热蒸汽经济程度的其他措施 一、额外蒸汽的引出 额外蒸汽的引出 三、冷凝水热量的利用(图7-23) 7-4-2 辅助设备 蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、疏水器、真空泵等。 优点:w1w2w3, w↑μ↑,μ1μ2μ3 t1t2t3,t↑μ↓,μ1μ2μ3 w、t 对μ的影响大致抵消,各效的 K 基本不变。 缺点:① 由于前效压强较后效高,p1p2p3,料液从后效往前效要用泵输送。 ② 各效进料(末效除外)都较沸点低,自蒸发不会发生,所需要热量大。 应用范围:黏度大的料液,不适宜于热敏性物料。 假设各效传热面积相等,即A1=A2=A3=A ,不考虑温差损失及浓缩热等,且各效蒸发器的传热系数相等,K1=K2=K3=K ,由前面学过的知识我们可以知道,r1 、r2 、r3 相差不大,可近似认为相等。 即 Q=Dr0=Wr

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