第三节 多效蒸发.ppt

第三节 多效蒸发 在单效蒸发中，蒸发1kg水分需消耗1kg多的加 热蒸汽，在大规模生产中为了节省蒸汽用量， 同时也为了使析出的晶体及时与溶液分离，一 般采用多效蒸发。常见有双效、三效、四效。 1.操作原理：将前一效产生的二次蒸汽作为后 一效的加热蒸汽，这样仅第一效需要消耗生蒸 汽同时要求后一效的操作压力和溶液的沸点相 应降低，这时引入的二次蒸汽才仍能起到加热 作用，则后一效的加热室成为前一效的冷凝器。 多个蒸发器串联起来一同操作的过程，组成了 多效蒸发操作流程。 2.多效蒸发的优点： ①降低能耗。由于各效(末效除外)的二次蒸汽 都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，因而提高了 加热蒸汽的利用率； ②便于分离晶体。当蒸发过程溶液有晶体析出 时，可使晶体在某一效间析出，然后与溶液分 离后继续蒸发，这样就避免了单效操作时晶粒 和完成液一起排出，可减少结垢、磨损现象， 同时提高对流传热系数。 ③可强化传热过程提高蒸发效率。 7-7多效蒸发流程 P295 溶液的流向与蒸汽相同，均由第一效顺序流至末效的蒸发流程，称为并流加料流程 7-7多效蒸发流程 P295 2.逆流加料流程 溶液的流向与蒸汽相反，由第末效流至 第一效的蒸发流程，称为逆流加料流程 3.平流加料流程 溶液分别由各效加入并排出完成液，各效溶液流向互相平行的流程称为平流加料流程 多效蒸发和单效蒸发的比较 1 溶液的温度差损失 若单效和多效蒸发操作条件(即加热蒸汽压力 和冷凝器的操作压力)相同时，其理论传热温 差相同而和效数无关，多效蒸发只是将此传热 温差分配到各效而已。由于多效蒸发的每一效 中都存在传热温差损失，因而总的有效传热温 差必小于单效时，使得传热推动力下降。效数 愈多，总有效温差愈小，当效数增加到一定程 度时，可使总有效温度差为零，此时蒸发将无 法进行，即为效数的最大极限。 多效蒸发和单效蒸发的比较 2 加热蒸汽的经济性： 当蒸发水分量相同时，多效蒸发所需 加热蒸汽消耗量比单效明显减少，因 而提高了加热蒸汽的利用率，即经济 性。因此在蒸发大量水分时，应采用 多效。 7-8.蒸发器的生产能力和蒸发强度 P297 无论是生产能力还是生产强度，其大小取决于 蒸发器的传热速率，当操作条件一定时，单效 的传热速率为Q=KAΔt，Δt=TS-t,而多效的传 热速率Qi=KAΣΔti(设TS,T末,K,A相同)。很明 显，由于ΔtΣΔti，将使QQi，即多效的生 产能力W小于单效时的生产能力，又因多效传 热面积为单效时的n倍，因而多效时生产强度 远较单效时为小。可见多效蒸发是以牺牲生产 能力和生产强度为代价换取加热蒸汽的利用率。 2.多效蒸发效数的限制和选择 (1)技术上的限制 随着效数的增加，总的有效温差因温度差损 失的增加而减小，除使设备生产强度降低外，在技术上受到总的有效温差的限制，否则效数过多导致蒸发不能操作下去。根据生产经验，分配到每效蒸发器的有效温差不应小于7～10℃，因而效数有一限制。 (2)经济上的限制 随着效数的增加，虽然D/W在不断降低，但 这种降低不与效数成正比而在逐渐减少。将 单效增为多效时，设备费用则几乎是成倍增 加，所以当增加的设备费已大于减少的加热 蒸汽费用时，就再无必要增加效数。由此可 看出效数的增加在经济上也有一限制。 (3)多效蒸发效数的选择 根据以上分析，效数的确定在满足技术上的 要求外，原则上应根据设备费与操作费之和 最小进行经济核算来选择最佳效数。实际的 蒸发过程，效数并不多。一般对电解质溶液 的蒸发，象NaOH，NH4NO3等水溶液，因 沸点升高较大通常仅2～3效；对非电解质溶 液，如糖水溶液，有机溶液等的蒸发，由于 沸点升高较小采用4～5效；海水淡化的温差 损失极小，可用20～30效进行蒸发。 结论： ▲当完成液浓度相同时，多效蒸发中各效温 度差损失之和大于单效蒸发； ▲当理论传热温度差一定时，多效蒸发的各 效有效传热温度差之和小于单效蒸发。 ▲多效蒸发的生蒸气经济性（W/D）理论值 与效数成正比，其经验值也随效数增多而增 加，但不成正比。 ▲效数选择：原则上应使单位生产能力的设 备费与操作费之和为最小。 ▲在相同条件下（在相同条件下：多效蒸发 中各效的Ai和Ki相等，并等于单效的Ai和Ki 又设两者理论传热温度差相同ΔtT=TS-T ），虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的n倍，但生产能力小于单效蒸发； ▲当多效蒸发的ΔtT及各效Ai和Ki，与单效相 同时，多效蒸发的生产强度小于单效的1/n； ▲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，多效蒸发经济性 的提高是以增加设备费为代价的。 完成液 冷却水 原料液 不凝气 加热蒸汽 水 1.并流加料流程 1.并流加料流程