化工原理第五章讲稿.pptVIP

第五章 蒸发 一、蒸发器的结构 二、蒸发器的辅助装置 三、蒸发器的选型 （1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加 以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 ③?除杂质，获得纯净的溶剂。 ④同时制备浓溶液和回收溶剂。 （2）加热蒸汽和二次蒸汽 加热蒸汽：用于加热的蒸汽 二次蒸汽：由溶液蒸发出来的蒸汽 （3）分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。 ② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。 ③间歇蒸发和连续蒸发 （4）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 ② 溶液的性质 往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使传热过程恶化 ③泡沫夹带 二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物料，而且会污染设备。 ④能源利用 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作是大量耗热的过程，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。 5.1 蒸发器(evaporator)的结构 蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。 按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。 第五章 蒸发 一、溶液的沸点和温度差损失 二、单效蒸发的计算 三、蒸发器的生产能力和生产强度 溶液的沸点也可用杜林规则计算：在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的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 在高浓度范围内只要已知两个不同压强下溶液的沸点，则其他压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。 （2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 按液面下处L/2溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的饱和压力： 5.2.2 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，通常需要计算以下的这些内容： ① 水分的蒸发量； ②?加热蒸汽消耗量； ③ 蒸发器的传热面积。 要解决以上问题，我们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。 （1）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 （2）热量衡算 ①溶液的稀释液不可忽略时：对蒸发器作热量衡算 ②溶液的稀释液可以忽略时，溶液的焓可由比热容算出 焓值的计算：习惯上取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有 （3）蒸发器传热面积的计算 （4）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。 已知：F，x0 ，t0 ， x1 设计条件：p0， pk 计算目的：根据选用的蒸发器形式确定K，计算所需加热面积S及加热蒸汽用量D。 第五章 蒸发 一、多效蒸发的操作流程 二、多效蒸发的计算 三、多效蒸发与单效蒸发的比较 (1)温度差损失和有效温度差若多效和单效蒸发的操作条件相同时，即第一效的加热蒸汽压强和冷凝器的操作压强各自相同，多效蒸发的温度差因为经过多次损失，使总温度差损失较单效蒸发时大。 (2)经济性多效蒸发提高了加热蒸汽的利用率，即经济效益。 ①在相同条件下，虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的m倍，但生产能力小于单效蒸发； ②当多效蒸发的Δtm及各效Si ，Ki与单效相同时，多效蒸发的生产强度小于单效的1/m； ③为完成相同的生产任务，多效蒸发所需要的传热面积大于单效蒸发的m倍，多效蒸发经济性的提高是以增加设备费为代价的。 (4)多效蒸发中效数的限制和选择 ① 传热温度差的限制 ② 设备费用的限制 ③ 效数选择： 原则上应使单位生产能力的设备费与操作费之和小。 蒸发器的总传热系数可按下式计算： ① 管外蒸汽冷凝热阻 一般很小，但须注意及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加； ② 管壁热阻 一般可以忽略； ③ 管内壁液一侧的垢层热阻 取决于溶液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的方法是定期清理加热管，加快流体的循环速度，或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析出的物料时可加入少量晶种，使结晶尽可能地在溶液的