化工原理第5章_蒸發(fā)(2015)課件

1、第五章 蒸發(fā) 第第1節(jié)節(jié) 概述概述 定義：工程上把采用加熱方法，將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)（通常為固體）的溶液在沸騰狀態(tài)下，使其濃縮的單元操作稱為蒸發(fā)。即溶液濃縮過(guò)程。 特點(diǎn)： 被蒸發(fā)的溶液是由不揮發(fā)的溶質(zhì)（多為固體）與可揮發(fā)的溶劑組成，所以蒸發(fā)操作實(shí)際上是不揮發(fā)溶質(zhì)與揮發(fā)性溶劑相分離的過(guò)程。 進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。 化工廠中、制藥過(guò)程中多以蒸發(fā)水溶液為主，故本章只討論水溶液的蒸發(fā)。 蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于冶金、化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。1、濃縮稀溶液直接制取產(chǎn)品或?qū)馊芤涸偬幚恚ㄈ缋鋮s結(jié)晶）制取固體產(chǎn)品。2、同時(shí)濃縮溶液和回收溶劑，例如有機(jī)磷農(nóng)藥苯溶液的濃縮脫苯，中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸

2、發(fā)等；3、為了獲得純凈的溶劑，例如海水淡化等。一、其主要目的有以下幾個(gè)方面：二、蒸發(fā)操作必須具備的條件 1.蒸發(fā)操作所處理的溶液具有揮發(fā)性，而溶質(zhì)不具有揮發(fā)性。 2.要不斷地供給熱能合溶液沸騰汽化。由于溶質(zhì)的存在，使蒸發(fā)過(guò)程中溶液的沸點(diǎn)溫度高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。（本書中的純?nèi)軇┲讣兯?3.溶劑汽化后要及時(shí)地排除。否則，溶液上方蒸氣壓力增大后，影響溶劑的汽化。若蒸氣與溶液達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)操作將無(wú)法進(jìn)行。 蒸發(fā)的流程 三、幾個(gè)基本概念：1.生蒸汽：生蒸汽：即新鮮加熱蒸汽。2.二次蒸汽：二次蒸汽：蒸出的蒸汽。3.單效蒸發(fā)：?jiǎn)涡д舭l(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作。4.多效蒸發(fā)：多效蒸發(fā)

3、：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，作為加熱蒸汽以利用其冷凝熱，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。5.生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)量。 6.生產(chǎn)強(qiáng)度：生產(chǎn)強(qiáng)度：?jiǎn)挝粋鳠崦娣e的蒸發(fā)量，即單位時(shí)間、單位傳 熱面積蒸發(fā)的水份量2mhkg。三、分類 （一）按加熱方式 1直接加熱：例如通過(guò)噴射嘴將燃料燃燒后的高溫火焰或熱煙道氣直接噴入被蒸發(fā)的溶液中，使溶劑汽化。這類直接接觸式蒸發(fā)器的傳熱速率高，但應(yīng)用范圍受到被蒸發(fā)物料和蒸發(fā)要求的限制。不屬于本章討論范圍。 2間接加熱：熱量通過(guò)間壁式換熱設(shè)備傳給被蒸發(fā)溶液而使溶劑汽化。一般工業(yè)蒸發(fā)過(guò)程多屬此類。（二）按操作壓強(qiáng) 1常壓蒸發(fā)：蒸發(fā)器加

4、熱室溶液側(cè)的操作壓強(qiáng)略高于大氣壓強(qiáng)，此時(shí)系統(tǒng)中不凝氣體依靠其本身的壓強(qiáng)排出。 2真空蒸發(fā)：溶液側(cè)的操作壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)，要依靠真空泵抽出不凝氣體并維持系統(tǒng)的真空度。其目的是為了降低溶液的沸點(diǎn)和有效利用熱源。與常壓蒸發(fā)相比，真空蒸發(fā)可以使用低壓蒸汽或廢熱蒸汽作熱源；減小系統(tǒng)的熱損失，有利于處理熱敏熱性物料，在相同熱源溫度裝置下可提高溫度差。但溶液沸點(diǎn)的降低會(huì)使其粘度增大，沸騰時(shí)傳熱系數(shù)將降低；且系統(tǒng)需用真空裝置，因而會(huì)增加一些額外的能量消耗和設(shè)備。（三）按蒸發(fā)器的效數(shù) 工業(yè)生產(chǎn)中被蒸發(fā)的物料多為水溶液，且常用飽和水蒸汽為熱源通過(guò)間壁加熱。熱源蒸汽習(xí)慣上稱為生蒸汽，而從蒸發(fā)器汽化生成的水蒸汽稱為二

5、次蒸汽。 1單效蒸發(fā)：蒸發(fā)裝置中只有一個(gè)蒸發(fā)器，蒸發(fā)時(shí)生成的二次蒸汽直接進(jìn)入冷凝器而不再次利用，稱為單效蒸發(fā)。 2多效蒸發(fā)：將幾個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)操作，使蒸汽的熱能得到多次利用。通常它是將前一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，蒸發(fā)器串聯(lián)的個(gè)數(shù)稱為效數(shù)，最后一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷凝，這樣的蒸發(fā)過(guò)程稱為多效蒸發(fā)。（四）按操作方式 1間歇蒸發(fā)：它又可分為一次進(jìn)料、一次出料和連續(xù)進(jìn)料、一次出料兩種方式。排出的蒸濃液通常稱為完成液。在整個(gè)操作過(guò)程中，蒸發(fā)器內(nèi)的溶液濃度和沸點(diǎn)均隨時(shí)間而變化，因此傳熱的溫度差、傳熱系數(shù)等各參數(shù)均隨時(shí)間而變，達(dá)到一定溶液濃度后將完成液排出。 2連續(xù)蒸

6、發(fā)：連續(xù)進(jìn)料、完成液連續(xù)排出。一般大規(guī)模生產(chǎn)中多采用連續(xù)蒸發(fā)。四、蒸發(fā)操作的特點(diǎn) 1.有相變化的恒溫傳熱 蒸發(fā)器的加熱管壁一側(cè)為用加熱蒸汽去加熱管子另一側(cè)的溶液，因此加熱蒸汽會(huì)放出熱量，冷凝為液相；而管子另一側(cè)的溶液會(huì)吸收熱量沸騰，從而由液相變?yōu)闅庀?。所以操作時(shí)兩者均有相轉(zhuǎn)變，但溫度不變，故蒸發(fā)操作屬于有相變化的恒溫傳熱。 2.溶液沸點(diǎn)升高 含有不揮發(fā)溶質(zhì)水溶液的蒸氣較同條件下純?nèi)軇ū緯袨榧兯?，以后不再說(shuō)明）的低，故沸點(diǎn)較同條件下水的沸點(diǎn)高，溶液濃度越高這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。 3.物料的工藝特性 待蒸發(fā)溶液本身巨有許多特性，例如蒸發(fā)過(guò)程中容易產(chǎn)生泡沫；易在管壁上結(jié)垢；操作時(shí)濃度逐漸加大，致使溶液

7、的性質(zhì)不斷地改變，例如粘度加大，且濃度達(dá)到一定高度時(shí)有些溶液還會(huì)有晶體析出；熱敏性溶液有時(shí)要分解或聚合。 4.熱能的利用 蒸發(fā)操作耗費(fèi)大量的生蒸汽，同時(shí)又產(chǎn)生大量的冷凝水和二次蒸汽。蒸發(fā)操作中除要考慮節(jié)約生蒸汽的用量外，還應(yīng)將冷凝水的顯熱和蒸汽的汽化熱加以利用。節(jié)能與利用廢熱能是與蒸發(fā)操作密切相關(guān)的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。 綜上所述，蒸發(fā)操作和蒸發(fā)器有別于一般的傳熱操作和換熱器。蒸發(fā)的流程 圖為單效蒸發(fā)流程示意圖。蒸發(fā)裝置包括蒸發(fā)器和冷凝器（如用真空蒸發(fā)，在冷凝器后應(yīng)接真空泵）。以蒸發(fā)器內(nèi)用加熱蒸氣（一般為飽和水蒸氣）將水溶液加熱，使水沸騰汽化。蒸發(fā)室下部為加熱室，相當(dāng)于一個(gè)間壁式換熱器（通常為列管式），應(yīng)

8、保證足夠的傳熱面積和較高的傳熱系數(shù)。上部為蒸發(fā)室，沸騰的汽液兩相在蒸發(fā)室中分離，因此也稱為分離室，應(yīng)有足夠的分離空間和橫截面積。在蒸發(fā)室頂部設(shè)有除沫裝置以除于二次蒸汽中夾帶的液滴。二次蒸汽進(jìn)入冷凝器用冷卻水冷凝，冷凝水由冷凝器頂部排出。不凝氣體的來(lái)源有系統(tǒng)中原存的空氣、進(jìn)料液中溶解的氣體或在減壓操作時(shí)漏入的空氣。7.2.1 單效蒸發(fā)的計(jì)算單效蒸發(fā)的計(jì)算 對(duì)于單效蒸發(fā)，在給定的生產(chǎn)任務(wù)和確定了操作條件以后，通常需要計(jì)算以下的這些內(nèi)容： 水分的蒸發(fā)量； 加熱蒸汽消耗量； 蒸發(fā)器的傳熱面積。 要解決以上問(wèn)題，我們可應(yīng)用物料衡算方程，熱量衡算方程和傳熱速率方程來(lái)解決。 第第2節(jié)節(jié) 單效蒸發(fā)及其計(jì)算單效

9、蒸發(fā)及其計(jì)算一、物料衡算 溶質(zhì)在蒸發(fā)過(guò)程中不揮發(fā)，且蒸發(fā)過(guò)程是個(gè)定態(tài)過(guò)程，單位時(shí)間進(jìn)入和離開(kāi)蒸發(fā)器的量相等，即wWFFw)(0)1 (0wwFWWFFww0水分蒸發(fā)量： 完成液的濃度： F原料液的流量，kg/h；W單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量，kg/h；w0溶質(zhì)在原料液中質(zhì)量組成；w溶質(zhì)在完成液中的質(zhì)量組成。二、熱量衡算 對(duì)蒸發(fā)器作熱量衡算，當(dāng)加熱蒸汽在飽和溫度下排出時(shí)， 損QDhwWHhWFFhDH)(0（1）（2）損QhHWhhFhwHDQ)()()(0 D：加熱蒸氣的消耗量，kg/s H：加熱蒸氣的焓，J/kg h0 ：料液的質(zhì)量焓，J/kg hw：冷凝水的質(zhì)量焓，J/kg h ：完成液的質(zhì)量

10、焓，J/kg H ：二次蒸氣的質(zhì)量焓，J/kg Q損 ：蒸發(fā)器的熱損失，W Q ：蒸發(fā)器的熱流量，W經(jīng)過(guò)一系列的化簡(jiǎn)： Dr0=Wr+Fc均(t1t0)+Q損F：原料液的處理量。D：加熱蒸氣的消耗量；W：蒸發(fā)量；r：蒸發(fā)壓力下，水的汽化熱；r0：加熱蒸氣的汽化熱；t0：原料液的平均溫度；t1：蒸發(fā)器溶液的沸點(diǎn)； 若沸點(diǎn)進(jìn)料， ，并忽略熱損失和溶液濃度較低時(shí)， ，則 tt 00cc 00)(rWrrctIWD100rrrctIWD或 定義e=D/W，稱為單位蒸氣消耗量，即每汽化1kg水需要消耗的加熱蒸氣量,kg蒸氣/ kg水 。這是蒸發(fā)器的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，用來(lái)表示蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)程度（或生蒸

11、汽的利用率）。 實(shí)際上，由于溶液熱效應(yīng)的存在和熱量損失不能忽略，通常情況下e1三、蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算 由傳熱速率方程得 mtKQA式中 蒸發(fā)器傳熱面積，m2； 傳熱量，w； 傳熱系數(shù)，w/m2K； 平均傳熱溫差，K。 AQKmt Q可通過(guò)對(duì)加熱室作熱量衡算求得。若忽略熱損失，Q即為加熱蒸汽冷凝放出的熱量，即 但在確定tm和K時(shí)，卻有別于一般換熱器的計(jì)算方法。DrhHDQ)(c DrhHDQ)(c 四、傳熱平均溫差四、傳熱平均溫差tm的確定的確定蒸發(fā)裝置的最大可能溫度差蒸發(fā)裝置的最大可能溫度差tmax 如果不考慮由于溶質(zhì)存在引起的溶液沸點(diǎn)升高，也不考慮加熱管中液柱高度對(duì)液體內(nèi)部實(shí)際壓強(qiáng)的影響，

12、以及被蒸發(fā)出的二次蒸汽從分離室流到冷凝器的管路阻力引起的壓降的影響。那么，蒸發(fā)器中溶液的沸騰溫度可視為等于冷凝器的操作壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)。因此，在蒸發(fā)操作中，蒸發(fā)器加熱室一側(cè)是蒸汽冷凝，另一側(cè)為液體沸騰，在蒸發(fā)裝置加熱室兩側(cè)的最大可能溫度差為：1maxtTt式中： T 加熱蒸汽的溫度，； t1操作條件下溶液的沸點(diǎn)， 。2溫差損失實(shí)際上上述的假設(shè)并不成立，加熱室管內(nèi)溶液的平均沸點(diǎn)是t2 要高于t1 ，令t2 t1=稱為單效蒸發(fā)的總溫度差損失總溫度差損失。 ：由于溶質(zhì)的存在使溶液沸點(diǎn)升高引起的溫度損失，。 ：由于加熱管中液柱高度而引起沸點(diǎn)升高導(dǎo)致的溫度損失，。 ：由于二次蒸汽從分離室流至冷凝器的流動(dòng)阻

13、力引起的溫度差損失，。 下面分別討論各種溫度損失的求?。海?）的求取溶液中由于有溶質(zhì)存在，因此其蒸氣壓比純水的低。換言之，一定壓強(qiáng)下水溶液的沸點(diǎn)比純水高，它們的差值稱為溶液的沸點(diǎn)升高，以 表示。影響 的主要因素為溶液的性質(zhì)及其濃度。一般，有機(jī)物溶液的較小；無(wú)機(jī)物溶液的較大；稀溶液的不大，但隨濃度增高，值增高較大。例如：7.4的NaOH溶液在101.33KPa下其沸點(diǎn)為102，僅為2，而48.3NaOH溶液，其沸點(diǎn)為140，值達(dá)40之多。 各種溶液的沸點(diǎn)由實(shí)驗(yàn)確定，也可由手冊(cè)或本書附錄查取。最常用的為杜林法則杜林法則，即一定濃度的某種溶液的沸點(diǎn)為相同壓強(qiáng)下標(biāo)準(zhǔn)液體的沸點(diǎn)的線性函數(shù)。由于不同壓強(qiáng)下

14、水的沸點(diǎn)可水蒸汽表查得，故一般取純水為標(biāo)準(zhǔn)液體。根據(jù)杜林法則，以溶液的沸點(diǎn)tA 縱坐標(biāo)，以同壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)tW為橫坐標(biāo)，只要已知某溶液在兩個(gè)壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)值，并查出這兩個(gè)壓強(qiáng)下純水的沸點(diǎn)，即可作圖得一直線，其直線方程為：KttttwwA00A0AtAtwt0wt式中 和 代表某中種液體（或者溶液）在兩種不同壓力下的沸點(diǎn)， 和 代表溶劑在相應(yīng)壓力下的沸點(diǎn)。 如圖為不同濃度NaOH水溶液的沸點(diǎn)與對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)下純水的沸點(diǎn)的關(guān)系，由圖可以看出，當(dāng)NaOH水溶液濃度為零時(shí)，它的沸點(diǎn)線為一條 對(duì)角線，即水的沸點(diǎn)線，其它濃度下溶液的沸點(diǎn)線大致為一組平行直線。 45每一濃度下溶液的杜林線與濃度為零（即純水）的杜林線

15、之間的垂直距離即為相應(yīng)壓強(qiáng)下溶液的沸點(diǎn)升高值，也即溫差損失 當(dāng)蒸發(fā)操作在加壓或減壓條件下進(jìn)行時(shí)，若缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則似按下式估算，即 式中： 操作條件下的溶液沸點(diǎn)升高，； 常 常壓下的溶液沸點(diǎn)升高，； f 校正系數(shù)，無(wú)因次，其值可由下式計(jì)算，其中：T操作壓力下二次蒸汽的飽和溫度，； r操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg。常f)273(0162. 02rTf2加熱管內(nèi)液柱高度而引起的溫差損失加熱管內(nèi)液柱高度而引起的溫差損失在蒸發(fā)器操作中，加熱管內(nèi)必有一定的靜液柱高度，按流體靜力學(xué)方程，不同液層深度處壓強(qiáng)不同，因而溶液的沸點(diǎn)隨液層深度而增加。一般溶液的平均沸點(diǎn)取為加熱管內(nèi)靜液柱中部的平均壓強(qiáng)p

16、m下的沸點(diǎn)。2mlgppp：溶液表面的壓力，即蒸發(fā)器分離室的壓力，Pa；：溶液的平均密度，kg/m3； l：加熱管內(nèi)靜液柱高度，m。一般為加熱管長(zhǎng)的1/22/3左右。則由液柱靜壓引起的溫度損失為： 式中： tpm 壓力為pm的沸點(diǎn)，； tb 壓力（分離室壓力）p下溶液的沸點(diǎn)，。近似計(jì)算時(shí)，式中的tpm和tp可分別用相應(yīng)壓力下水的沸點(diǎn)代替。ppm tt 3求取，管道阻力的影響求取，管道阻力的影響由于二次蒸汽在管道內(nèi)的流動(dòng)阻力產(chǎn)生的壓降使分離室上方的壓強(qiáng)高于冷凝器中的壓強(qiáng)，這也是沸點(diǎn)升高的一個(gè)因素，由此引起的溫差損失為，此值與二次蒸汽的流速、分離室與冷凝器間的管道連接的管道長(zhǎng)度和管件等有關(guān)，通常根

17、據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取為1，即=1。 蒸發(fā)裝置的有效溫度差tm=（T-t1）-=T-（t1+）=T- t2 上式中，有效傳熱溫差tm比最大可能溫差tma少了，因此稱為溫度差損失。tmax也可稱為理論溫度差，即認(rèn)為是蒸發(fā)器蒸發(fā)純水時(shí)的溫差。（4）管道阻力的影響）管道阻力的影響 倘若設(shè)計(jì)計(jì)算中溫度以另一側(cè)的冷凝器的壓力（即飽和溫度）為基準(zhǔn)，則還需考慮二次蒸汽從分離室到冷凝器之間的壓降所造成的溫度差損失，以表示。顯然，值與二次蒸汽的速度、管道尺寸以及除沫器的阻力有關(guān)。由于此值難于計(jì)算，一般取經(jīng)驗(yàn)值為1，即=1。 考慮了上述因素后，操作條件下溶液的沸點(diǎn)t1，即可用下式取， c1 ttc1tt2、總傳熱系數(shù)、總傳熱

18、系數(shù)K的確定的確定蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)可按下式計(jì)算00ii111RbRK 目前雖然對(duì)管內(nèi)沸騰作過(guò)不少研究，但其所推薦的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式并不大可靠，再加上管內(nèi)污垢熱阻變化較大，因此，目前蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)仍主要靠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以作為設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。表4-1中列出了常用蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)的大致范圍，供設(shè)計(jì)計(jì)算參考。表表9-1 9-1 常用蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)常用蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)K K的經(jīng)驗(yàn)值的經(jīng)驗(yàn)值蒸發(fā)器型式總傳熱系數(shù)W/(m2K)中央循環(huán)管式5803000帶攪拌的中央循環(huán)管式12005800懸筐式5803500自然循環(huán)10003000強(qiáng)制循環(huán)12003000升膜式5805800降膜式12003500刮膜式， 粘度

19、1mPas 2000刮膜式，粘度100100,00 mPas2001200六、多效蒸發(fā)過(guò)程的計(jì)算六、多效蒸發(fā)過(guò)程的計(jì)算 設(shè)計(jì)型計(jì)算：給定蒸發(fā)任務(wù)，要求設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)上合理的蒸發(fā)器。 給定條件：料液流量 ，濃度 ，溫度 以及完成液濃 度 ； 設(shè)計(jì)條件：加熱蒸汽的壓強(qiáng)以及冷凝器的操作壓強(qiáng)主要由可供 使用的冷卻水溫度來(lái)決定； 計(jì)算目的：根據(jù)選用的蒸發(fā)器形式確定傳熱系數(shù) ，計(jì)算所 需供熱面積 及加熱蒸汽用量 。 F0w0twKAD 操作型計(jì)算：已知蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式和蒸發(fā)面積 給定條件：蒸發(fā)器的傳熱面積 與給熱系數(shù) ，料液的進(jìn)口狀態(tài) 與 ，完成液的濃度要求 ，加熱蒸汽與冷凝器內(nèi)的壓 強(qiáng)。 計(jì)算目的：核算蒸發(fā)器

20、的處理能力 和加熱蒸汽用量 。 或： 已知條件： ， ， ， ， 。加熱蒸汽與冷凝器內(nèi)的壓強(qiáng)； 計(jì)算目的：反算蒸發(fā)器 的并求 ； AK0w0t0wDAF0w0twKDF7.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā) 利用二次蒸汽的潛熱 利用冷凝水的顯熱（如預(yù)熱原料液)7.3.1 7.3.1 多效蒸發(fā)蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（利用率）多效蒸發(fā)蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（利用率） 第一效： ，1kg生蒸汽在第一效中可產(chǎn)生1kg的二次蒸汽，將此1kg二次蒸（ ）引入第二效又可蒸發(fā)1kg水，即 11WD1WD 1W第二效： ，1kg生蒸汽在雙效中的總蒸發(fā)量 ， 所以依次類推： 三效 ， 效 DWW12DWWW2213DWnnDW2DWminWDma

21、xDW效數(shù) 單效 雙效 三效 四效 五效 1.10.570.910.1752.53.333.70 但實(shí)際上，由于熱損失，溫度差損失等原因，單位蒸汽消耗量不可能達(dá)到如此經(jīng)濟(jì)的程度，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最大的 的值大致如下：DW/多效蒸發(fā)操作蒸汽與物料的流向有多種組合，常見(jiàn)的有：并流： 溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。逆流： 溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。錯(cuò)流： 溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些效間成逆流。平流： 每一效都加入原料液的方法。 下面以三效為例加以說(shuō)明： （1）并流（順流）流程（圖7-14） 蒸汽流動(dòng)方向： 123 溶液流動(dòng)方向： 123 （1）并流流程 優(yōu)點(diǎn)： 由于前

22、效的壓強(qiáng)較后效高， ，料液可借此壓 強(qiáng)差自動(dòng)地流向后一效而無(wú)須泵送； ，溶液由前一效流入后一效處于過(guò)熱狀態(tài)會(huì) 放出溶液的過(guò)熱量形成自蒸發(fā)，可產(chǎn)生更多的二次蒸汽， 因此第三效的蒸發(fā)量最大。 缺點(diǎn)：溶液濃度， ， ， ，便使得 溶液溫度， ， ， ，便使得 321ppp321ttt123wwww123321tttt123二、逆流流程圖7-15 蒸汽流動(dòng)方向： 321 溶液流動(dòng)方向： 123 優(yōu)點(diǎn)： ， ， ， ， ， ， 、 對(duì) 的影響大致抵消，各效的 基本不變。 缺點(diǎn)： 由于前效壓強(qiáng)較后效高， ，料液從后效往前一 效要用泵輸送。 各效進(jìn)料（末效除外）都較沸點(diǎn)低，自蒸發(fā)不會(huì)發(fā)生，所 需要熱量大。

23、321wwww321321tttt321wtK321ppp三、錯(cuò)流流程溶液流向： 312或231蒸汽流向： 123優(yōu)點(diǎn)：兼有逆流與并流的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：操作較復(fù)雜。 四、平流流程圖7-16 各效分別進(jìn)料并分別出料，二次蒸汽多次利用，對(duì)易結(jié)晶的物料較合適（因?yàn)榻Y(jié)晶體不便在效與效之間輸送）。 7.3.3 多效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強(qiáng)度和效數(shù)的限制多效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強(qiáng)度和效數(shù)的限制 一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力可用單位時(shí)間內(nèi)水分總蒸發(fā)量W來(lái)表示，而生產(chǎn)強(qiáng)度為單位傳熱面積的蒸發(fā)量（ ），在三效蒸發(fā)器中，蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度為 AWu 321332211321321AAArQrQrQAA

24、AWWWAWu總總總 假設(shè)各效傳熱面積相等，即 ，不考慮溫差損失及濃縮熱等，且各效蒸發(fā)器的傳熱面積系數(shù)相等， ，由前面學(xué)過(guò)的我們可以知道， 、 、 相差不大，可近似認(rèn)為相等， 即 則 AAAA321KKKK3211r2r3rWrDrQ0rtKArtKAArtAKtAKtAKArQQQuTT3333333222111321總 真空蒸發(fā)：提高生產(chǎn)強(qiáng)度（ ）的途徑之一是增大傳熱溫差 ，提高加熱蒸汽的溫度或是降低溶液的沸點(diǎn)均可增加 。加熱蒸汽的溫度（及相應(yīng)壓強(qiáng)）受鍋爐額定壓強(qiáng)的限制，因此，在許多情況下，需要采用真空蒸發(fā)以降低溶液免遭破壞，并可利用工廠中低溫的水蒸氣作為熱源。tKAQutt 缺點(diǎn)：但是，

25、溶液沸點(diǎn)的降低使粘度增大，傳熱系數(shù)有所降低，此外，為維持真空操作須添加真空設(shè)備費(fèi)用和一定量的動(dòng)力費(fèi)，這也是它的缺點(diǎn)。 提高 ： 提高 的另一措施是提高 ，而 的主要取決于蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，操作方式和溶液的物理性質(zhì)。合理的設(shè)計(jì)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)以建立良好的溶液循環(huán)流動(dòng)及時(shí)排除加熱室中不凝性氣體，經(jīng)常清除污垢等均可提高 。 KKKK 由于 可以看出，蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度取決于 和 ，因此要提高 ，必須提高 和 。 （2）多效蒸發(fā)效數(shù)的限制 前面我們講過(guò)，效數(shù)增多，設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度降低，而加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性提高，因此，必須合理選擇效數(shù)以便設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)之和最少。這是一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。 （3）多效蒸發(fā)計(jì)算 描述多效蒸發(fā)過(guò)程的

26、參數(shù)很多，但各類參數(shù)之間受到一些基本方程的約束，這些基本方程可分為：物料衡算式，熱量衡算式，傳熱速率式及物性函數(shù)式（如水蒸氣性質(zhì)，物料熱焓及沸點(diǎn)上升等）。 rtKArQuKKtt（3 3）多效蒸發(fā)計(jì)算）多效蒸發(fā)計(jì)算對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算，一般給定： 原料狀態(tài)： ， ， 完成液濃度： 冷凝器溫度與加熱蒸汽溫度： ， 各效蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)： 要求加熱蒸汽用量： 每效傳熱面積： F0t0wnwTnTjKDjA7.3.4 提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)程度的其他措施提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)程度的其他措施 一、額外蒸汽的方法 不考慮同壓力下蒸發(fā)潛熱的差別，自蒸發(fā)的影響和熱損失等次要因素，并假設(shè)進(jìn)料是在沸點(diǎn)下進(jìn)入，則可認(rèn)為每1kg加熱

27、蒸汽的蒸發(fā)1kg水。以三效蒸發(fā)器為例，可推出（見(jiàn)圖7-17）水的總蒸發(fā)量： 或 推廣至 效：DW 11112EDEWW21223EEDEWW2132123EEDWWWW2131323EEWDn1211.21nEnEnnEnnnWD由上可以看出： 無(wú)額外蒸汽引出時(shí)， nWD 由于引出額外蒸汽而多消耗的生蒸汽量： 而引出的蒸汽總量為： 比較上面兩式：可知， ，即引出額外蒸汽作為其它加熱設(shè)備的熱源所需補(bǔ)充的生蒸汽量等于引出的額外蒸汽的總量，這比從鍋爐內(nèi)引出生蒸汽作為其他設(shè)備的加熱熱源合算。 ， ， ，只要二次蒸汽的溫度能滿足要求，即越后效引出越合算，蒸汽利用率越高，太后效引出的二次蒸汽沒(méi)有用，因?yàn)?

28、， ， ，用途有限。11niiEDiEnin inin DiipiT121121nEnEnnEnnD11121niniEEEE二、二次蒸汽的再壓縮（熱泵蒸發(fā)）三、冷凝水熱量的利用（圖7-19 ）7.4 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備 蒸發(fā)設(shè)備中包括蒸發(fā)器和輔助設(shè)備7.4.1蒸發(fā)器蒸發(fā)器 蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。加熱室有多種多樣的形式，以適應(yīng)各種生產(chǎn)工藝的不同要求。按照溶液在加熱室中的運(yùn)動(dòng)的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）兩類。 （1）循環(huán)型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動(dòng)，因而可以提高傳熱效果。由于引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因不同。有分為自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán) 型兩類。 自然循環(huán)：由于溶液受熱程

29、度不同產(chǎn)生密度差引起。 強(qiáng)制循環(huán)：用泵迫使溶液沿一定方向流動(dòng)。 （1 1）循環(huán)型蒸發(fā)器）循環(huán)型蒸發(fā)器 垂直短管式（圖7-2） （1 1）循環(huán)型蒸發(fā)器）循環(huán)型蒸發(fā)器 熱式加熱室與蒸發(fā)室分開(kāi)（圖7-3） （1 1）循環(huán)型蒸發(fā)器）循環(huán)型蒸發(fā)器 循環(huán)蒸發(fā)器（圖7-4） （2）單程型蒸發(fā)器）單程型蒸發(fā)器 升膜式蒸發(fā)器（圖7-5）適用于：蒸發(fā)量大（較稀的溶液），熱敏 性及易起泡的溶液。不適用于：高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。 （2）單程型蒸發(fā)器）單程型蒸發(fā)器 降膜式蒸發(fā)器（圖7-6）適用于：粘度大的物料；不適用于：易結(jié)晶的物料，固形成 均勻的液膜較難，不高。 （2）單程型蒸發(fā)器）單程型蒸發(fā)器 刮片式蒸發(fā)器（圖7-8）特點(diǎn)：借外力強(qiáng)制料液呈膜狀流動(dòng)，可 適應(yīng)高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的濃 溶液蒸發(fā)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱