蒸发.ppt

例4-1：在单效蒸发中，每小时将2000kg的某种水溶液从10%连续浓缩到30%，蒸发操作的平均压力为39.3kPa,相应的溶液的沸点为80℃。加热蒸汽绝压为196kPa.原料液的比热为3.77kJ.kg-1K-1。蒸发器的热损失为12000W。试求：（1）蒸发量。（2）原料液温度分别为30℃、80℃时的加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量。 例4-2：在单效蒸发中，将15%的CaCl2水溶液连续浓缩到25%，原料液流量为20000kg/h,温度为75℃。蒸发操作的平均威力为49kPa，溶液的沸点为87.5℃。加热蒸汽绝压为196kPa。若蒸发器的总传热系数K=1000W.m-2K-1,热损失为蒸发器传热量的5%，试求：（1）蒸发器的传热面积。（2）加热蒸汽消耗量。 蒸发器的生产强度是指单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，单位为kg/(m2·h)，常采用生产强度U作为衡量蒸发器性能的标准。 若为沸点进料，且忽略热损失，则： 由上式可以看出，欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高蒸发器的总传热系数和传热温度差。 （5-32 ） （2） 蒸发器的生产强度 传热温度差主要取决于加热蒸气和冷凝器中二次蒸气的压强。 传热温度差的提高是有一定限度的，原因如下： 加热蒸气的压强越高，其饱和温度也越高，但是加热蒸气常受工厂的供汽条件所限。一般为300~500kPa，有时可高达600~800 kPa。 提高冷凝器的真空度，使溶液的沸点降低，也可以加大温度差，但是这样不仅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸点降低，使粘度增高，导致沸腾传热系数下降，因此一般冷凝器中的压强不低于10~20 kPa。 为了控制沸腾操作局限于泡核沸腾区，也不宜采用过高的传热温度差。 一般来说，增大总传热系数是提高蒸发器生产强度的主要途径。 总传热系数K值取决于对流传热系数和污垢热阻。 蒸气冷凝传热系数通常比溶液沸腾传热系数大，即传热总热阻中，蒸气冷凝侧的热阻较小。 在蒸发器的设计和操作中，必须考虑及时排除蒸气中的不凝气，否则，其热阻将大大增加，使总传热系数下降。 多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。 一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。 4.3 多效蒸发 4.3.1多效蒸发原理 效数 单效 双效 三效 四效 五效 理论最小值 1 1/2 1/3 1/4 1/5 实际最小值 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 表 单位蒸气消耗量 强调：蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发器的生产能力大。 错误观点：多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。 (1) 顺流法 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。 缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在 后二效中尤为严重。 优点： 在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间流动不需用泵； 料液的沸点依效序递降，使前效料进入后效时放出显热，供一部分水汽化； 料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对热敏性物料有利。 4.3.2多效蒸发流程 原料液 加热蒸汽 至冷凝器 完成液 1 2 3 冷凝水 冷凝水 冷凝水 并流加料法的三效蒸发装置流程示意图 并流加料法的三效蒸发 料液与蒸气流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸气的流向仍是由第一效顺序至末效。 优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，传热系 数较大。 缺点：（1）各效间需用泵输送； （2）无自蒸发； （3）高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。 (2) 逆流法 原料液 加热蒸汽 至冷凝器 完成液 1 2 3 冷凝水 冷凝水 冷凝水 逆流加料法的三效蒸发装置流程示意图 效数多时，也可采用顺流和逆流并用的操作，称为混流法，这种流程可协调两种流程的优缺点，适于粘度极高料液的浓缩。 (3) 平流法 原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸气流向仍是由第一效流至末效。此种流程适用于处理蒸发过程中伴有结晶析出的溶液。 (4) 混流法