1、化工原理蒸發PPT課件 化工原理（上冊） 化工原理蒸發PPT課件化工原理6蒸發蒸發6.1 概述概述 定義：定義： 濃縮溶液濃縮溶液 不揮發溶質與揮發性溶劑分離，獲得濃度不揮發溶質與揮發性溶劑分離，獲得濃度 高的溶液或溶劑；高的溶液或溶劑； 加熱（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸發器加熱（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸發器 分類：分類： 蒸汽利用：蒸汽利用： 單效、多效蒸發；單效、多效蒸發； 壓力：壓力： 常壓蒸發，加壓蒸發，減壓（真空）蒸發常壓蒸發，加壓蒸發，減壓（真空）蒸發. 減壓（真空）減壓（真空） 優點：優點： 1） 省傳熱面積；省傳熱面積； 2） 利用利用 低壓（廢熱）蒸汽；低壓（廢熱）蒸汽； 3） 適

2、用熱敏性溶液；適用熱敏性溶液； 4） 熱損失減少。熱損失減少。 缺點：缺點：1） 、K； 2） 減壓裝置、能耗。減壓裝置、能耗。 流程：流程： 敘述敘述 P281 圖圖6-1 傳熱過程傳熱過程 蒸發基本流程.swf 化工原理蒸發PPT課件真空泵緩沖罐水分離器混合冷凝器冷卻水二次蒸汽冷凝水冷凝水疏水器加熱室 加熱蒸汽原料液蒸發室完成液 不凝氣體化工原理蒸發PPT課件特點：特點： . 沸點升高，沸點升高， t 變變小小 節省能源節省能源 ， 大量汽化大量汽化 大量蒸汽消耗大量蒸汽消耗 物料的工藝特性，物料的工藝特性， 析晶、結垢、分解、熱敏性、析晶、結垢、分解、熱敏性、 高粘、強腐蝕高粘、強腐蝕設

3、備差異：設備差異： 與換熱器相比與換熱器相比 加熱室加熱室 分離室（蒸發室）分離室（蒸發室） 詳細在后面介紹詳細在后面介紹重點：重點： 根據任務選擇與設計蒸發器根據任務選擇與設計蒸發器 如何提高設備的生產能力和經濟性如何提高設備的生產能力和經濟性可以替代的節能新單元操作：可以替代的節能新單元操作： 膜分離技術等膜分離技術等 用于海水脫鹽，低濃度組分提取，藥物濃縮，菌種等熱敏用于海水脫鹽，低濃度組分提取，藥物濃縮，菌種等熱敏 性物質處理性物質處理化工原理蒸發PPT課件6.2 蒸發器的形式蒸發器的形式 一一 結構和特點結構和特點 加熱室加熱室+分離室分離室 循環型循環型 : 自然循環型自然循環型-

4、中央循環型中央循環型中央循環管式蒸發器中央循環管式蒸發器.swf、 懸筐式懸筐式懸筐蒸發器懸筐蒸發器.swf 、外熱式、外熱式外加熱式蒸發器外加熱式蒸發器.swf、 列文式列文式列文式蒸發器列文式蒸發器.swf 強制循環型強制循環型 強制循環管式蒸發器強制循環管式蒸發器.swf P282 P282 圖圖6-26-2、6-36-3，6-46-4 單程式單程式（不循環）：升膜（不循環）：升膜升膜式蒸發器升膜式蒸發器.swf、 降膜降膜降膜式蒸發降膜式蒸發 器器.swf、升升-降膜、刮板式降膜、刮板式轉子式刮板蒸發器轉子式刮板蒸發器.swf、攪拌薄膜攪拌薄膜 P285 P285 圖圖6-56-5，6

5、-66-6，6-76-7、1010 浸沒燃燒式浸沒燃燒式：煙道氣直接式：煙道氣直接式 直接接觸式蒸發器直接接觸式蒸發器.swf P286 P286 圖圖6-86-8 二二 選型選型 原則原則:滿足工藝要求、保證質量，能力大，簡單方便，經濟。滿足工藝要求、保證質量，能力大，簡單方便，經濟。 三三 輔助裝置輔助裝置 P287 P287 圖圖6-96-9、1010 除沫器除沫器 除沫器的主要形式除沫器的主要形式.swf 冷凝器冷凝器干式逆流高位冷凝干式逆流高位冷凝器器.swf 真空裝置真空裝置-氣體壓送裝置氣體壓送裝置化工原理蒸發PPT課件懸筐 列文 單效外循環 攪拌薄膜 刮板 浸沒燃燒 升膜 降膜

6、 三效升降膜化工原理蒸發PPT課件蒸發器果汁蒸發器 三效蒸發器化工原理蒸發PPT課件加熱室蒸發室蒸發室原料原料 F, x0, t0, c0 , h0加熱蒸汽加熱蒸汽D,Ts,Hs完成液完成液 L=F -W, x, t, c, h冷凝液冷凝液 D,Ts,hs二次蒸汽二次蒸汽 W,T1,H熱損失熱損失 QlAF W L D kg/h , x0 x 質量質量%, Ts, T1, t0 t, ,Hs hs H h kJ/kg , c0,c kJ/(kg.K) , Q l kJ/h 6.3 單效蒸發的計算單效蒸發的計算 單效蒸發計算示意圖單效蒸發計算示意圖 P394 圖圖6-13 符號說明符號說明 化工

7、原理蒸發PPT課件 計算項目：計算項目：蒸發量蒸發量W kg/h ；加熱蒸汽消耗量加熱蒸汽消耗量 D（Q）kg/h ； 蒸發器的傳熱面積蒸發器的傳熱面積 A m2 已知條件：已知條件：生產任務與操作條件生產任務與操作條件- 原料液的流量原料液的流量F、溫度溫度t0、濃度濃度x0(質量分率質量分率) ； 完成液的濃度完成液的濃度x； 加熱蒸汽的壓強加熱蒸汽的壓強ps(pa)(Ts)； 冷凝器內的壓強冷凝器內的壓強P(pa)依據：依據： 物料衡算式、物料衡算式、 焓衡算式、焓衡算式、 傳熱速率方程式傳熱速率方程式化工原理蒸發PPT課件一、蒸發量的計算一、蒸發量的計算 總總F = L + W 溶質不

8、揮發溶質不揮發 Fx0 = Lx = (F W)x 二、加熱蒸汽消耗量的計算二、加熱蒸汽消耗量的計算蒸汽在飽和溫度下排出冷凝液蒸汽在飽和溫度下排出冷凝液DHs + Fh0 = Lh + WH + Dhs + Ql D(Hs hs) + Fh0 = (F W)h + WH + Q l 則則 0液體焓為零（基準）、忽略濃縮熱：液體焓為零（基準）、忽略濃縮熱： h s = C*Ts 0 = C*Ts； h0 = C0t0 0 = C0t0 ； h = Ct 0 = Ct； 則則 D(Hs C*Ts) + FC0t0 = (F W)Ct + WH +Ql 001,FxxWFor xxFW0lssF h

9、hW HhQDHh化工原理蒸發PPT課件C0 = C*(1 x0) + CBx0 C = C*(1 x) + CBx C*溶劑溶劑 、CB溶質溶質 kJ/kg.K 當當x0.2 C0 C*(1 x0) C C*(1 x) 若忽略濃縮熱若忽略濃縮熱 則則 Hs C*Ts = R H Ct r (H C*T= r 若若C C*) 如沸點進料如沸點進料t0 = t, 又又C C0 及及 Ql = 0 則則 D = W(H Ct)/R W r/ R or D/W = (H Ct)/R r/R-單位蒸汽消耗量單位蒸汽消耗量 表示表示經濟程度經濟程度，11.10 0lssF CtC tW HCtQDHC

10、T0 0lsF CtC tWrQDR化工原理蒸發PPT課件三、蒸發器的傳熱面積三、蒸發器的傳熱面積 Q = D(Hs hs) or Q = DR （熱損失通過溶液再從外壁面走）（熱損失通過溶液再從外壁面走） 或或 對于標準型的（熱損失直接通過外壁面走）對于標準型的（熱損失直接通過外壁面走）Q傳傳 = DR - Ql tm = t = Ts t沸點沸點 P291, P291,關鍵是關鍵是的提高的提高, ,減少污垢、提高流速等減少污垢、提高流速等 1不凝性氣體排放不凝性氣體排放ssssD HhDRAK TtK Tt11112122211ssmKbdddRRdddmQAKt化工原理蒸發PPT課件例例

11、1 1 單效蒸發計算單效蒸發計算 在單效蒸發器中每小時將在單效蒸發器中每小時將2000 2000 kgkg的某種水溶液從的某種水溶液從10 10 連續濃連續濃縮到縮到30 30 ，蒸發操作的平均壓強為，蒸發操作的平均壓強為40 40 kpakpa，相應的溶液沸點為相應的溶液沸點為8080，加熱蒸汽絕壓為，加熱蒸汽絕壓為200 200 kpakpa，原料液的比熱為原料液的比熱為3.773.77kJ/kg.KkJ/kg.K，蒸蒸發器的熱損失為發器的熱損失為1200012000W W，假設溶液的稀釋熱可忽略，不考慮假設溶液的稀釋熱可忽略，不考慮C C與與C C0 0的區別，若的區別，若K K=150

12、0 W/(m=1500 W/(m2 2.K).K)，試求：（試求：（1 1）蒸發量）蒸發量W W；（；（2 2）原料液溫度分別為原料液溫度分別為3030。8080與與120120時的加熱蒸汽消耗量時的加熱蒸汽消耗量D D，并并 比較它們的經濟性；（比較它們的經濟性；（3 3）3030，8080，120120進料下所需的傳熱面積進料下所需的傳熱面積A.A.解：（解：（1）蒸發量）蒸發量W W=F(1-x0/x)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg/h （2）加熱蒸汽消耗量加熱蒸汽消耗量D D=F(Ct-C0t0)+Wr+Q1/R壓強為壓強為40kpa, 200kpa飽和蒸汽的汽化潛熱分

13、別為飽和蒸汽的汽化潛熱分別為2312和和2205kJ/kg 料液溫度為料液溫度為30時的蒸汽消耗量：時的蒸汽消耗量： D=2000 3.77(80-30)+1333 2312+12000 3.6/2205=1588kg/h 單位蒸汽消耗量單位蒸汽消耗量 D/W=1588/1333=1.19化工原理蒸發PPT課件料液溫度為料液溫度為80時，則時，則D=(1333 2312+12000 3.6)/2205=1417kg/h D/W=1417/1333=1.06 料液溫度為料液溫度為120時，時，則則D=2000 3.77(80-120)+1333 2312+12000 3.6/2205=1280k

14、g/h D/W=1280/1333=0.96 由以上計算可知，原料液的溫度越高，蒸發由以上計算可知，原料液的溫度越高，蒸發1kg水所消耗的加水所消耗的加熱蒸汽量越少熱蒸汽量越少. （3）A=Q/K(Ts-t1)=DR/K(Ts-t1) 200kpa 沸點沸點Ts =120.2 t1 =80 30 A=1588 2205 1000/3600 1500(120.2-80)=16m2 80 A=1417 2205 1000/3600 1500(120.2-80)=14.4 m2 120 A=1280 2205 1000/3600 1500(120.2-80)=13 m2 化工原理蒸發PPT課件化工原

15、理蒸發PPT課件化工原理蒸發PPT課件四四 焓濃圖焓濃圖 熱效應熱效應稀釋熱（濃縮熱）稀釋熱（濃縮熱）, 焓濃圖焓濃圖 P293 P293 圖圖6-126-12 縱坐標縱坐標焓焓, 橫坐標橫坐標溶液濃度溶液濃度, 曲線曲線-等溫線等溫線 其中其中h ,hh ,h0 0查圖查圖五五 蒸發器的生產能力與生產強度蒸發器的生產能力與生產強度 P299P299 生產能力生產能力 W kg/h Q AW kg/h Q A 生產強度生產強度評價性能評價性能 U kg/mU kg/m2.2.h h T Ts s t tt tm m 但受限制但受限制 K tK tm mUU 2 2 K, K, 不凝性氣體排出，

16、不凝性氣體排出， 增大增大u，清除垢層等可增清除垢層等可增K K。mKtWQUAArr0()()lssF hhW HhQDHhmsQKA tKA TtWr化工原理蒸發PPT課件化工原理蒸發PPT課件焓濃度一組溫度線焓-濃圖水沸點溶液沸點質量濃度線杜林規則圖化工原理蒸發PPT課件 6.4 溶液沸點和溫度差損失溶液沸點和溫度差損失 沸點升高原因：濃度沸點升高原因：濃度， 液柱高度液柱高度 =t-T=t-T1 1 t t 溶液沸點，溶液沸點， T T1 1 相同壓力下水的沸點相同壓力下水的沸點 ， 二次蒸汽飽和溫度。二次蒸汽飽和溫度。 有效溫度差有效溫度差 tt 理論溫度差理論溫度差ttT T t

17、tT T-t=-t=（T Ts s- - T T1 1）- -（T Ts s- - t t）= = 沸點升高或沸點升高或溫度差損失溫度差損失 引起原因：引起原因：1 溶液蒸汽壓下降溶液蒸汽壓下降 2 液柱靜壓強液柱靜壓強 3 管路流體阻力管路流體阻力 T T1 1根據冷凝室壓強定根據冷凝室壓強定 =+ T T1 1根據蒸發室壓強定根據蒸發室壓強定 則則=+ 溫度差損失計算溫度差損失計算 沸點計算法沸點計算法 杜林規則圖杜林規則圖 靜壓強計算靜壓強計算 查水蒸氣表查水蒸氣表 1 1 末效末效1.5 1.5 化工原理蒸發PPT課件（一）（一） 計算計算與種類、濃度與種類、濃度 、操作壓強有關，、操

18、作壓強有關，=t=tA A-T-T1 1 1. tA常壓下測定溶液沸點常壓下測定溶液沸點 可查可查 加減壓下加減壓下=f=f0 0 0 0 常壓常壓 可測可測 T T1 1相同壓強下水的沸點相同壓強下水的沸點, r r實際壓強下二次蒸汽的汽化潛熱實際壓強下二次蒸汽的汽化潛熱 2. 杜林規則計算杜林規則計算tA 兩組溶液沸點與純水沸點（壓力對應相同）數據構成直線兩組溶液沸點與純水沸點（壓力對應相同）數據構成直線 則其他可查圖線則其他可查圖線 P290 圖圖6-11（二）（二）計算計算 p pm m=p+gL /2=p+gL /2 p p 二次蒸汽壓強二次蒸汽壓強 pa =T=Tpmpm- T-

19、Tp p 查水沸點查水沸點（三）（三）計算計算 與流速、物性、尺寸有關。可通過阻力公式計算，取與流速、物性、尺寸有關。可通過阻力公式計算，取1 ,末效末效11.5. . 沸點、選擇加熱蒸汽壓強沸點、選擇加熱蒸汽壓強.rTf212730162. 0化工原理蒸發PPT課件化工原理蒸發PPT課件例例 1：溫度差損失的計算：溫度差損失的計算 某垂直長管蒸發器用于蒸發氫氧化鈉水溶液。蒸發器內的液某垂直長管蒸發器用于蒸發氫氧化鈉水溶液。蒸發器內的液面高度約面高度約3m，已知完成液的濃度為已知完成液的濃度為50%（質量），密度為（質量），密度為1500 kg/kg/ m3，加熱用飽和蒸汽的壓強（表壓）為加熱

20、用飽和蒸汽的壓強（表壓）為0.3MpaMpa，冷凝器真空冷凝器真空度為度為53 53 KpaKpa，求傳熱溫度差。求傳熱溫度差。解：由附表中的水蒸汽表查出水蒸汽的飽和溫度為：解：由附表中的水蒸汽表查出水蒸汽的飽和溫度為： 表壓表壓0.3Mpapa下下 T Ts s=143.5=143.5，絕壓絕壓48.3kpakpa下下 T Tp p=80.1=80.1蒸發器內的液體充分混合，器內溶液濃度即為完成液的濃度。由蒸發器內的液體充分混合，器內溶液濃度即為完成液的濃度。由圖圖6-116-11可以查得水的沸點為可以查得水的沸點為80.180.1時時50%50%氫氧化鈉溶液的沸點為氫氧化鈉溶液的沸點為12

21、0120。 溶液的沸點升高溶液的沸點升高 =120-80.1=39.9=120-80.1=39.9液面高度液面高度L L為為3 3m m，取取Pm=P+1/2gL=48.3Pm=P+1/2gL=48.3* *1000+0.51000+0.5* *3 3* *15001500* *9.819.81=70.37 kpa=70.37 kpa 查此壓強下水的沸點查此壓強下水的沸點T Tpmpm為為90.02,90.02,故因溶液靜壓故因溶液靜壓頭而引起的溫度升高頭而引起的溫度升高 =90.0-80.1=9.9 =90.0-80.1=9.9 因在冷凝器故取因在冷凝器故取= 1.5 = 1.5 總溫差損失

22、總溫差損失 =+=39.9+9.9+ 1.5 =51.3=+=39.9+9.9+ 1.5 =51.3有效傳熱溫差有效傳熱溫差t=t=（T Ts s-T-Tp p）-=-=（143.5-80.1143.5-80.1）-51.3=12.1-51.3=12.1化工原理蒸發PPT課件例例 2：單效蒸發器設計型計算：單效蒸發器設計型計算 采用真空蒸發將質量濃度為采用真空蒸發將質量濃度為20%的氫氧化鈉水溶液在的氫氧化鈉水溶液在 蒸發器中蒸發器中（上例所述）濃縮到（上例所述）濃縮到50%，進料溫度為，進料溫度為60，加料量為，加料量為1.5kg/skg/s，已知蒸發器的傳熱系數為已知蒸發器的傳熱系數為15

23、60w/mw/m2 2k k，求加熱蒸汽消耗量及蒸發器求加熱蒸汽消耗量及蒸發器的傳熱面積。設蒸發器的熱損失為加熱蒸汽消耗量的的傳熱面積。設蒸發器的熱損失為加熱蒸汽消耗量的3%.3%.解：由物料衡算式可求出水份蒸發量解：由物料衡算式可求出水份蒸發量 W=FW=F（1-x1-x0 0/x)=1.5/x)=1.5（1-0.2/0.51-0.2/0.5）=0.9kg/s=0.9kg/s 按上例，蒸發器中溶液的溫度（完成液的沸點）為按上例，蒸發器中溶液的溫度（完成液的沸點）為 t=143.5- t=143.5- 12.1=131.4 由圖由圖6-12可查的氫氧化鈉水溶液的熱焓為：可查的氫氧化鈉水溶液的熱

24、焓為： 原料液濃度原料液濃度20% 60 h0 0=220kJ/kg=220kJ/kg 完成液濃度完成液濃度50% 131.4 h=650kJ/kgh=650kJ/kg 由水蒸汽表查得由水蒸汽表查得 表壓表壓0.3Mpapa下下 143.5 水蒸汽的潛熱水蒸汽的潛熱 R=2138 kJ/kgR=2138 kJ/kg 絕壓絕壓48.3kpakpa下下 水蒸汽的水蒸汽的熱焓熱焓 r=2643 kJ/kg kJ/kg 化工原理蒸發PPT課件由熱量衡算式可得加熱蒸汽用量由熱量衡算式可得加熱蒸汽用量 DR+FhDR+Fh0 0= =（F-WF-W）h+Wr+0.03DRh+Wr+0.03DRD=(1/0

25、.97R)F(h-hD=(1/0.97R)F(h-h0 0)+W(r-h)+W(r-h)=(1/0.97=(1/0.97 2138)1.5(650-220)+0.9(2643-650)2138)1.5(650-220)+0.9(2643-650)=1.176 kg/s=1.176 kg/s 加熱蒸汽經濟性加熱蒸汽經濟性 W/D=0.9/1.176=0.765 蒸發器熱負荷蒸發器熱負荷 Q=DR=1.17 2138=2514kw由傳熱速率方程式求出傳熱面積由傳熱速率方程式求出傳熱面積 A=Q/Ktt=2514 1000/（1560 12.1）=133.2m2化工原理蒸發PPT課件6.5 多效蒸發

26、多效蒸發 節省能量節省能量加熱蒸發加熱蒸發 要求后一效的操作壓強和溶液的沸點都要比前一效的低，要求后一效的操作壓強和溶液的沸點都要比前一效的低， 后一效的加熱室成為前一效二次蒸汽的冷凝器。后一效的加熱室成為前一效二次蒸汽的冷凝器。 單效單效D/W=1 雙效雙效D/W=1/2 三效三效D/W=1/3 四效四效1/4 五效五效1/5 實際實際 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 由于存在溫度差損失和蒸發的熱損失由于存在溫度差損失和蒸發的熱損失Ql一一 多效蒸發流程多效蒸發流程加料方式加料方式 并流（順流）：并流（順流）：溶液和蒸汽的流向相同溶液和蒸汽的流向相同 并流加料流程并流加料流程.s

27、wf 優點優點 ： 不用泵不用泵 ， 自行蒸發自行蒸發閃蒸閃蒸 P296 P296 圖圖6-146-14 缺點：缺點：CC，tt，KK 逆流：逆流：逆流加料蒸發流程逆流加料蒸發流程1.swf原料液末效進；用泵往前打；原料液末效進；用泵往前打； 完成液由第一效出，蒸汽由第一效到末效。完成液由第一效出，蒸汽由第一效到末效。 優點優點：CC，TT， 近似不變近似不變 ， K K相近；相近； P297 P297 圖圖6-156-15 缺點：缺點：用泵，用泵， t t0 0 DD 壓力不同壓力不同, 潛熱不同潛熱不同, AA b 二次蒸汽再壓縮二次蒸汽再壓縮熱泵蒸發器熱泵蒸發器: p t t0p t t

28、0 c 冷凝水自蒸發冷凝水自蒸發產生低壓蒸汽產生低壓蒸汽化工原理蒸發PPT課件蒸發重點： 生蒸汽、二次蒸汽、區別生蒸汽、二次蒸汽、區別 P280 蒸發流程蒸發流程 P281 真空蒸發特點真空蒸發特點 蒸發設備蒸發設備 P282 溫度差損失、原因與計算溫度差損失、原因與計算 P289 提高提高K的方法的方法 P292 焓濃圖焓濃圖 P293 物料衡算物料衡算 W P294 焓衡算焓衡算 D P294 傳熱面積計算傳熱面積計算 A P295 多效流程及特點多效流程及特點 P296 優缺點優缺點 P298 經濟性經濟性 W/D P298 生產強度生產強度 W/A P299 提高經濟性的措施提高經濟性

29、的措施 P303化工原理蒸發PPT課件習題課習題課 例例1 在單效真空蒸發器中，將流率為在單效真空蒸發器中，將流率為10000kg/h的某水溶液從的某水溶液從10%濃縮到濃縮到50%，原料液溫度為，原料液溫度為31 ，估計溶液沸點升高為，估計溶液沸點升高為7 ，蒸發室的絕，蒸發室的絕對壓強為對壓強為20kPa，加熱蒸汽壓強為加熱蒸汽壓強為200kPa（絕絕壓），冷凝水出口溫度為壓），冷凝水出口溫度為79 ，已知總傳熱系，已知總傳熱系數為數為1000W/(m2.K)，熱損失可忽略，試估算加熱損失可忽略，試估算加熱蒸汽消耗量和蒸發器的傳熱面積。熱蒸汽消耗量和蒸發器的傳熱面積。20kPa下飽下飽和蒸

30、汽溫度為和蒸汽溫度為60.1 ，汽化潛熱，汽化潛熱2355kJ/kg，200kPa下飽和蒸汽溫度為下飽和蒸汽溫度為120.2 ，汽化潛熱，汽化潛熱2205kJ/kg，焓焓H=2709 kJ/kg 。化工原理蒸發PPT課件 解：溶液沸點解：溶液沸點 t=T1+ =60.1+7=67.1 =60.1+7=67.1 水分蒸發量水分蒸發量 W=F(1 xW=F(1 x0 0/x)=10000(1-/x)=10000(1-0.1/0.5)=8000kg/h0.1/0.5)=8000kg/h溶液比熱溶液比熱C C0 0=4.187(1- x=4.187(1- x0 0 )=4.187(1-0.1)=3.77kJ/kg.K)=4.187(1-0.1)=3.77kJ/kg.K由蒸發器熱量衡算可知：由蒸發器熱量衡算可知：Q=Q= FCFC0 0 (t t (t t0 0) + Wr+ Q) + Wr+ Ql l =10000