化工节能技术 第四章第二讲-蒸发.ppt

化工节能技术 汪莉 TEL第四章 能量传递过程的节能 目 录 传热节能的理论基础 传热方程与传热节能 传热效率与传热单元及其合理选取 蒸发操作的节能 各种干燥装置 目 录 蒸发操作的节能 蒸发过程的热力学分析 传热过程的节能 干燥过程的节能 干燥介质对干燥过程的影响 正确选择影响干燥过程的因素 第二节 蒸发操作的节能 蒸发是浓缩溶液的化工单元操作。 在工业上采用加热沸腾的方法使溶液中部分溶剂汽化，溶液浓缩。 是消耗大量的热能的过程，对这一过程从热力学角度进行分析，不仅从数量上而且从质量上研究能量的利用与转换，以便指导节能工作。 一、蒸发过程的热力学分析 * 加热蒸汽 D、T、H 原料液 F、X0、t0、h0 加热室 蒸发室 冷凝水 D、T、h 完成液 （F-W）、X1、t1、h1 热损失 QL 二次蒸汽 W、T’、H’ 1、蒸发过程的热量衡算 对单效蒸发作热量衡算，得加热蒸汽消耗量： r—汽化潜热， kJ/kg。 从上式可见，消耗的热量主要供给产生二次蒸汽所需的汽化潜热。一般单效蒸发时，每蒸发 1kg 水，需加热蒸汽量约为 1.1kg。热源的温度越高，有效能越大，温差越大，有效能损失越大。 1、蒸发过程的热量衡算 * 对于单效蒸发： 蒸发器保温不善而散热于环境中，即QL； 加热蒸气冷凝水带出热量； 完成液带出热量； 二次蒸汽带走的热量。温度、压力低于加热蒸汽，但仍有较大的利用价值。 2、蒸发器的热损失 * 比较蒸发器的性能时，用生产强度作为比较标准。生产强度指单位传热面积上单位时间内所蒸发的水(溶剂)量。 若沸点进料，并忽略热损失，则 △t—加热蒸气温度与溶液沸点之差(T-t) 3、蒸发器的传热温差 * 可见，要提高蒸发器的生产强度，必须设法提高蒸发器的传热温差和总传热系数。 设传热量为Q，高温和低温流体温度分别为Tn和Tc，环境温度为T0. 根据有效能损失的分析： 可见温差越大，不可逆性越大，有效能损失越大。因此必须设法提高传热系数或者增大传热面积，通过经济分析探索最佳的温差。 3、蒸发器的传热温差 * 提高蒸发器生产强度的途径，主要应是提高总传热系数K。总传热系数取决于传热壁面两侧的对流传热膜系数和污垢热阻，在化工原理中已有详细分析，这里主要介绍蒸发过程强化传热的新动向。 管型的改造： 为了节约蒸发过程能耗，必须减少蒸发器中所需的传热温差，就必须设法强化有相变过程的沸腾和冷凝传热。近年来，在乙烯分离、天然气液化、海水淡化、深冷等行业中都在探索新型、高效的蒸发器 3、蒸发器的传热温差 * 冷凝器，特别要求在低温差（△t=2-30C）下仍能具备较高的传热系数，以实现低能耗的目的。 内外纵槽管。 总传热系数比光管提高2-3倍 纵槽管。 在冷凝侧的管子表面开有纵槽，冷凝液沿槽下流，能将冷凝液从冷凝面及时排除，使传热面上的液膜减薄（光管上从上到下液膜厚度逐渐增加），管子从上到下热阻都很小，冷凝传热系数有较大提高。适用于低温差，主要用于有机物蒸汽的冷凝，如异丁烷冷凝时，有效温差△t=1.3-3.00C， 4、蒸发器的传热系数 * 冷凝传热系数提高4-6倍，只适用于立式冷凝器。管内、外安装纵向翅片、挂几条直线，强化传热机理同纵槽管，但加工不便。 表面多孔管。 为了提高低温差下的沸腾传热系数，在普通金属管内表面或外表面上加上一薄层多孔金属，多孔层一般为0.25-0.38mm厚，孔径0.01-0.1mm，孔隙率65%左右。 4、蒸发器的传热系数 * 蒸发过程包括汽泡生成、汽泡成长、汽泡脱离、汽泡浮升四个步骤。因此，要强化大容积气泡状沸腾传热过程就必须增多汽化核心数和加强气泡的脱离频率。气泡最容易在凹穴中产生，因为凹穴中易吸附气体，而形成气泡的胚胎，另外凹穴侧壁易托住气泡，使形成气泡消耗功最小，可增加汽化核心数，使沸腾传热过程得到强化。同时利用表面张力作用，多孔金属表面上保持一层极薄的液体，沸腾传热效果好，传热系数比一般光管提高10倍以上，强化效果十分显著。 4、蒸发器的传热系数 * 多孔管的制造：据报道美国采用金属粉末烧结法、德国采用金属粉末喷镀法、我国采用机械加工法。 强化传热管对易结晶、结垢、高粘性、非牛顿性流体一般情况下不适用。 如主要热阻在管内，也可采用某种管内插入物，如扭带（麻花片）、螺旋线、螺旋片等。 4、蒸发器的传热系数 * 添加表面活性剂 减小流体阻力来强化传热。表面活性剂降低了相介面间的张力，具有润湿、乳化、分散、柔软、平滑等性能。 表面活性剂在蒸发中强化传热的作用可解释为：一是加强了传热壁面的润湿，避免产生干