化工单元操作蒸发

第 五 章 蒸 发 第 一 节 概 述一 、 蒸 发 过 程 及 其 特 点1、 定 义 ： 将 含 有 非 挥 发 性 物 质 的 稀 溶 液 加 热 沸腾 使 部 分 溶 剂 气 化 并 使 溶 液 得 到 浓 缩 的 过 程 。2、 目 的 ：（ 1） 浓 缩 溶 液 ；（ 2） 制 取 或 回 收 纯 溶 剂 ； 3、 特 点（ 1） 蒸 发 是 传 热 过 程 ；（ 2） 溶 剂 挥 发 而 溶 质 不 挥 发 ；（ 3） 溶 剂 的 气 化 会 消 耗 大 量 的 热 量 ；（ 4） 蒸 发 的 溶 液 种 类 不 同 时 ， 所 需 设 备 和 操 作 方 式 有 区 别 ；二 、 蒸 发 过 程 的 分 类1、 按 加 热 方 式 ： 直 接 加 热 和 间 接 加 热 ； 2、 按 操 作 压 强 ： 常 压 蒸 发 、 加 压 蒸 发 和 减 压 蒸 发3、 按 蒸 发 的 效 数 ： 单 效 蒸 发 和 多 效 蒸 发 ；单 效 蒸 发 ： 二 次 蒸 汽 没 有 被 利 用 的 蒸 发 ；多 效 蒸 发 ： 有 多 个 蒸 发 器 ， 二 次 蒸 汽 作 为 下 一 台 蒸 发 器 的 加 热 蒸 汽 被 再 次 利 用 ；效 数 ： 蒸 发 器 串 联 的 个 数 。4、 按 操 作 方 式 ： 间 歇 蒸 发 和 连 续 蒸 发 。 第 二 节 单 效 蒸 发 过 程一 、 单 效 蒸 发 流 程 2、 单 效 蒸 发 过 程 的 计 算（ 1） 水 分 蒸 发 量 的 计 算对 溶 质 进 行 物 料 衡 算 ， 得 ：则 完 成 液 的 浓 度 为 ： 10 wWFFw 蒸 发 室加 热 室W,hF,w0D,h0 F-W,w 1,h1 D,hc 101 wwFW WFFww 01 例 题 ： 见 P188。（ 2） 加 热 蒸 汽 消 耗 量 的 计 算 对 系 统 进 行 热 量 衡 算 ， 得 ：加 热 蒸 汽 用 量 为 ： lcS QhWFWhDhFhDh 10 蒸 发 室加 热 室W,T,hF,w0,t0,h0D,T,hs D,T,hc F-WQLw1,t1,h1 cs Lhh QFhhWFWhD 01 注 ： 溶 液 的 焓 由 实 验 测 定 ， 值 随 浓 度 和 温 度 而 变 化 。当 溶 液 的 浓 缩 热 不 大 时 ， 可 用 平 均 比 热 容 近 似 计 算 ：000 tch 111 tch 000 1 wcwcc Bw 111 1 wcwcc BW 0 00 w wcccc WWB WFFwcWFFwcc BW 001 1 WWcFccWF 01 又 因 为 ：所 以 ： rhh cs 1 rhh r QWrttFc hh QttFctchW hh QtFctWcFcWh hh QtFctcWFWhD lcs lW cs lw cs l 010 0101 0010 0011 意 义 ：加 热 蒸 汽 放 出 的 热 量 用 于 ：（ 1） 预 热 原 料 液 ；（ 2） 气 化 水 份 ；（ 3） 补 偿 蒸 发 器 的 热 损 失 ；令 单 位 蒸 汽 消 耗 量 ， kg蒸 汽 /kg水 ；是 蒸 发 器 的 一 项 重 要 的 技 术 经 济 指 标 。WDe 当 溶 液 在 沸 点 下 进 入 蒸 发 器 时 ，且 忽 略 热 损 失 的 情 况 下 ，注 ： 由 于 溶 液 的 热 效 应 和 热 损 失 的 存 在 ， 使 得 e大 于 1.1。 例 题 ： P190。 0lQ 10 tt 1 rrWDe (3)加 热 室 传 热 面 积 的 计 算 有 效 温 度 差DrQ mtKQA iiii ddddRRK 0000 11 1 （ 4） 蒸 发 器 的 有 效 温 度 差A、 蒸 发 装 置 的 最 大 可 能 温 度 差B、 温 差 损 失 （ 沸 点 升 高 ） 杜 林 规 则 : cs ttt m ax cB tt mKtt wB Bsm ttt 的 计 算 考 虑 1-1.5 。 例 题 ： P193。2glppm Ktt tt ww BB ppm tt 三 、 蒸 发 器 的 生 产 能 力 和 生 产 强 度1、 生 产 能 力 ： 单 位 时 间 内 蒸 发 的 溶 剂 （ 水 ） 量 ， kg/s 。2、 生 产 强 度 ： 单 位 传 热 面 积 上 单 位 时 间 内 蒸 发 的 溶 剂 （ 水 ） 量 ， kg/m2.s。 AWU 第 三 节 多 效 蒸 发 过 程目 的 ： 再 次 利 用 二 次 蒸 汽 ， 节 约 能 量 ， 提 高 蒸 发 器 的 经 济 性 。一 、 多 效 蒸 发 的 操 作 流 程 1、 并 流 法 2、 逆 流 法 3、 平 流 法 特 点 ：1、 溶 液 在 效 间 的 输 送 不 需 要 泵 ；2、 有 自 蒸 发 现 象 ；3、 完 成 液 在 末 效 排 出 ， 热 量 消 耗 低 ；4、 各 效 由 于 温 度 渐 升 而 导 致 传 热 系 数 下 降 ， 生 产 能 力 降 低 或 传 热 面 积 增 加 。 特 点 ：1、 溶 液 在 效 间 的 输 送 需 要 泵 ；2、 无 自 蒸 发 现 象 ， 产 生 的 二 次 蒸 汽 量 少 ；3、 完 成 液 在 第 一 效 排 出 ， 温 度 较 高 ， 损 失 的 热 量 多 ， 且 不 利 于 热 敏 性 材 料 的 蒸 发 ；4、 传 热 系 数 均 匀 ， 保 持 在 较 高 的 水 平 。 特 点 ： 溶 液 不 在 效 间 流 动 ， 有 利 于 有 结 晶 析出 的 情 况 或 得 到 不 同 浓 度 的 料 液 。4、 错 流 加 料 流 程 部 分 产 流 部 分 逆 流 。 二 、 多 效 蒸 发 的 最 佳 效 数蒸 发 过 程 的 单 位 蒸 汽 消 耗 量最 佳 效 数 :根 据 设 备 费 和 操 作 费 之 和 为 最 小 来 确 定 。三 、 多 效 蒸 发 的 计 算 （ 略 ）效 数 n 单 效 双 效 三 效 四 效 五 效理 想 值 1 0.5 0.33 0.25 0.2实 际 平均 值 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 第 四 节 蒸 发 装 置 及 其 选 型一 、 蒸 发 器 循 环 型蒸 发 器 非 循 环 型 （ 单 程 型 ）1、 循 环 型（ 1） 中 央 循 环 管 式 蒸 发 器优 点 ： 结 构 简 单 ， 操 作 可 靠 ， 投 资 少 ；缺 点 ： 循 环 速 度 低 ， 传 热 系 数 低 ， 清 洗 难 度 大 。 （ 2） 悬 筐 式 蒸 发 器优 点 ： 循 环 速 度 加 快 ，清 洗 、 检 修 方 便 ， 传热 系 数 高 ， 热 损 失 小 ；缺 点 ： 结 构 复 杂 ， 设 备费 用 高 。 （ 3） 外 热 式 特 点 ：优 点 ： 便 于 清 洗 和 更 换 ， 降 低 蒸 发 器 的 总 高 度 ， 循 环 速 度 快 ， 传 热 系 数 大 ；缺 点 ： 单 位 面 积 金 属 耗 量 大 ， 热 损 失 大 ； （ 4） 列 文 式优 点 ： 循 环 速 度 加 快 ， 加热 管 内 不 易 结 垢 ， 增 加了 传 热 推 动 力 ；缺 点 ： 设 备 庞 大 ， 温 差 损失 大 ；适 用 范 围 ： 适 于 处 理 易 结晶 、 结 垢 及 粘 度 大 的 溶液 。 （ 5） 强 制 循 环 型 特 点 ： 循 环 速 度 大 且 可 以 调 节 ， 但 动 力 消 耗 大 ；适 用 范 围 ： 适 于 处 理 高 黏 度 、 易 结 垢 或 有 结 晶 析 出 的 溶 液 。2、 非 循 环 型 蒸 发 器共 同 点 ： 传 热 效 果 好 ， 加 热 时 间 短 ， 适 于 热 敏 性 材 料 的 蒸 发 。（ 1） 升 膜 式 传 热 及 蒸 发 速 度 快 ， 适 用 于 处 理 大 量 稀 溶 液或 易 起 泡 的 蒸 发 。 （ 2） 降 膜 式特 点 ： 有 利于 液 膜 的维 持 和 高粘 度 液 体的 蒸 发 。 （ 3） 刮 板 式 蒸 发 器二 、 蒸 发 器 的 选 用膜 式 ： 适 用 于 热 敏 性 材 料 ；刮 板 型 ： 适 用 于 高 粘 度 溶 液 ；循 环 型 ： 常 用 液 体 的 蒸 发 ； 具 体 性 能 比 较 ： 见 P200。 三 、 蒸 发 装 置 的 附 属 设 备1、 除 沫 器（ 1） 作 用 ： 气液 分 离 ， 防止 有 用 产 品的 损 失 。（ 2） 型 式 ： 2、 冷 凝 器（ 1） 作 用 ： 使 二 次 蒸 汽 冷 凝 。（ 2） 型 式 ： 混 合 式 （ 凝 液 需 回 收 ） 、 间 壁 式 （ 凝液 不 需 要 回 收 ）