第五章蒸發(fā)(3節(jié))

第三節(jié)多效蒸發(fā)(1)

為什么采用多效蒸發(fā)？可以節(jié)能！一、多效蒸發(fā)及其流程不論何種流程總的規(guī)律如下：生蒸汽進(jìn)入第一效，蒸出的二次蒸汽進(jìn)入第二效作為加熱蒸汽用，以次類推；第三效（最后一效）的二次蒸汽進(jìn)入大氣冷凝器；造成蒸發(fā)室真空，即真空操作。多效蒸發(fā)中各效的加熱溫度及沸點(diǎn)：T

(T1)>t1>T2>t2>T3>t3>Tk各效中操作壓強(qiáng)依次為：Ps>p1>p2>p3>pk以上是多效蒸發(fā)的操作原理。

生蒸汽只用一次，產(chǎn)生的二次蒸汽作為加熱蒸汽被反復(fù)利用，節(jié)能！2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(2)1、并流（順流）流程(料液與加熱蒸汽并流)并流特點(diǎn)(以三效為例)的流程——原料液t1t2生蒸汽Ps、T(T1)p1p2p3安全罐真空泵pkTkT2T3完成液多效蒸發(fā)流程（以三效為例）2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(3)物流方向：蒸汽：生蒸氣→1→2→3→冷凝器溶液：→1→2→3→儲罐；x0<x1<x2<x3(完成液)特點(diǎn)：1、壓強(qiáng)關(guān)系：∵T>t1,∴Ps>p1>p2>p3>pk;

又由于蒸汽流動有阻力損失，∴p3>pk;即一般多效蒸發(fā)中，最后一效均為真空蒸發(fā)。2、沸點(diǎn)關(guān)系：T>t1>t2>t3;3、由于并流是溶液從高壓罐向低壓罐流動，則溶液在效間輸送不需要泵，溶液靠壓強(qiáng)差流動即可。4、在并流操作中存在自蒸發(fā)現(xiàn)象。5、流程簡單，操作穩(wěn)定可靠。并流特點(diǎn)（1）：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(4)并流蒸發(fā)流程的缺點(diǎn)：后一效的溶液比前一效的溶液濃度大，但溫度卻低，則溶液黏度變大，傳熱系數(shù)K變小，蒸發(fā)效果越來越差。因此并流蒸發(fā)流程：

不適合蒸發(fā)黏度隨溶液濃度變化較大的溶液及易結(jié)晶溶液的蒸發(fā)。并流特點(diǎn)（2）：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(5)逆流流程特點(diǎn)：以三效為例p2p1p3生蒸汽Ps、T(T1)T2T3安全罐真空泵PkTkt3t2完成液t1原料液2、逆流流程(料液與加熱蒸汽相反)2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(6)物流方向：蒸汽：生蒸氣→1→2→3→冷凝器溶液：→3→2→1→儲罐；x0<x3<x2<x1(完成液)特點(diǎn)：1、壓強(qiáng)關(guān)系：∵T>t1,∴P3<P2<P1<Ps;2、沸點(diǎn)關(guān)系：T>t1>t2>t3;3、由于逆流是溶液從低壓罐到高壓罐流動，則溶液在效間輸送必須用泵。4、在逆流操作中無自蒸發(fā)現(xiàn)象，產(chǎn)生的蒸汽量少于前者。5、溶液在各效的溫度升高，則黏度下降，K值上升，所需的傳熱面積S小于前者。逆流特點(diǎn)（1）：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(7)

效間輸送，由于溶液是由低壓蒸發(fā)器進(jìn)入高壓的蒸發(fā)器內(nèi)，效間輸送需要用泵完成，增加了設(shè)備費(fèi)用。

溶液由沸點(diǎn)低的蒸發(fā)器進(jìn)入沸點(diǎn)高的蒸發(fā)器，無自蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽量少于前者。

完成液的溫度（沸點(diǎn)）較高，耗熱量較大。逆流特點(diǎn)（2）：逆流蒸發(fā)流程缺點(diǎn)：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(8)以五效為例說明：部分并流,部分逆流。物流方向：蒸汽：生蒸氣→1→2→3→4→5→冷凝器溶液：儲罐←1←2

←3→4→5→儲罐；↑（原料液）溫度高，x大，但黏度小；

溫度低，x大，黏度大；

錯流的目的：利用并、逆流的優(yōu)點(diǎn)，克服或減輕兩者的缺點(diǎn)。

一般：末尾幾效為并流，雖然黏度較大，但可以不用泵，存在自蒸發(fā)，產(chǎn)生較多的蒸汽。3、錯流流程：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(9)P二次蒸汽123優(yōu)、缺點(diǎn)：①兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)；②操作復(fù)雜。以三效為例說明：部分并流,部分逆流。2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(10)

物流方向：蒸汽：生蒸氣→1→2→3→冷凝器

特點(diǎn)：原料液平行、同時進(jìn)入各效中，各效也同時產(chǎn)生完成液。溶液不在效間流動。

例易結(jié)晶的鹽類的蒸發(fā)可以不用在效間輸送。溶液：

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儲罐儲罐儲罐平流適用于：易結(jié)晶的料液。例無機(jī)鹽的蒸發(fā)。4、平流流程：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(12)平流流程優(yōu)、缺點(diǎn)：①各效獨(dú)立進(jìn)料，傳熱狀況均較好；②物料停留時間較短思考：

1、黏度隨濃度變化很大的料液，宜采用哪一種流程？

平流、逆流或錯流2、當(dāng)最后濃縮液在高溫下易被破壞時，宜采用哪一種流程？

并流3、當(dāng)進(jìn)料幾乎是飽和液時，宜采用哪一種流程？

平流平流流程：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(12)

在多效蒸發(fā)操作中，有時并不是將每效所產(chǎn)生的二次蒸汽全部引入后一效，作為加熱蒸汽用，而是將其中的一部分引出，用于其它，例：用于預(yù)熱原料液；在制糖中用于蒸發(fā)后的結(jié)晶加熱；預(yù)熱浴室用水等等。但最后一效的二次蒸汽由于壓強(qiáng)低，一般不引出額外二次蒸汽，而是全部送入冷凝器。二、關(guān)于蒸發(fā)操作的節(jié)能措施：1、有額外蒸汽引出的三效蒸發(fā)流程2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(13)特點(diǎn)：蒸發(fā)器中每一效排除冷凝水的溫度都比下一效中溶液溫度高。因此，可以讓冷凝水通過一自蒸發(fā)器，減壓為下一效加熱室的壓力，自蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽與前一效的二次蒸汽合并，可作為作為下一效的加熱蒸汽用。達(dá)到了節(jié)能的目的。2、冷凝水自蒸發(fā)熱的利用2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(14)3、冷凝水顯熱的利用

蒸發(fā)器加熱室排出大量高溫冷凝水，這些水理應(yīng)返回鍋爐房重新使用，這樣既節(jié)省能源又節(jié)省水源。但應(yīng)用這種方法時，應(yīng)注意水質(zhì)監(jiān)測，避免因蒸發(fā)器損壞或閥門泄漏，污染鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。當(dāng)然高溫冷凝水還可用于其他加熱或需工業(yè)用水的場合。4、熱泵加熱器的利用熱泵蒸發(fā)流程：將蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用壓縮機(jī)壓縮，提高它的壓力，倘若壓力又達(dá)加熱蒸汽壓力時，則可送回入口，循環(huán)使用。加熱蒸汽（或生蒸汽）只作為啟動或補(bǔ)充泄漏、損失等用。因此節(jié)省了大量生蒸汽，熱泵蒸發(fā)的流程如圖4-4所示。圖9-4熱泵蒸發(fā)流程2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(15)以三效為了說明：p1Ps、T1T′1t1T2p2T′2t2p3Pk、TkT′3t3T3

如果無溫差損失：第一效溫差Δt1=T1-t1;t1=T′1=T2第二效溫差Δt2=T2-t2;t2=T′2=T3第三效溫差Δt3=T3-t3;t3=T′3=Tk理論上各效間最大可能的總溫差:ΣΔt=T1-Tk,Δt2=t1-T3;Δt3=t2-Tk三、多效蒸發(fā)的溫差損失(1)：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(16)

實(shí)際各效間的溶液由于蒸汽壓下降及靜液體柱的存在，均使溶液的沸點(diǎn)高于相同條件下的純水的沸點(diǎn)，使傳熱推動力降低。將多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的溫差損失對比：

多效蒸發(fā)中每一效均存在Δ'、Δ"、Δ"'

Δ'=ti-T′i;Δ″=T(pi+L)/2-Tp;Δ'"=Tp-Tk=1℃

∴有效溫差Δt=T1-Tk-ΣΔ結(jié)論：多效蒸發(fā)時的溫度差損失比單效要大，且每一效的溫差小。三、多效蒸發(fā)的溫差損失(2)：2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(17)2023/2/5課堂練習(xí)：100kPa1PS=500kPa70kPa28kPa3Δ'1=2℃Δ"1=1℃Δt1=?

Δ'2=5℃Δ"2=2℃Δt2=?Δ'3=20℃Δ"3=4℃Δt3=?T′1=?T′2=?T′3=?Δ'"1=1℃Δ"'2=1℃Δ'"3=1℃t1=?t2=?t3=?T2T3TK=?Δt=?2023/2/5課堂練習(xí)(2)解：查表Ps=500kPa，T1=151.7℃；p1=100kPa，T'1=99.6℃，t1=T'1+Δ'1+Δ"1

=102.6℃p2=50kPa,T'2=81.2℃，t2=T'2+Δ'2+Δ"2=88.2℃p3=8kPa,T'3=41.3℃；t3=T'3+Δ'3+Δ"3=65.3℃T2=99.6-1=98.6℃；T3=81.2-1=80.2℃；Tk=41.3-1=40.3℃；Δt1=T1-t1=151.7-102.6=49.1℃；Δt2=T2-t2=98.6-88.2=10.4℃；Δt3=T3-t3=80.2-65.3=14.9℃Δt=Δt1+Δt2+Δt3=74.4℃2023/2/5第三節(jié)多效蒸發(fā)(18)對于單效蒸發(fā)：Q=KS△t=KS(T-t)

對于多效蒸發(fā)：一般每效的傳熱面積相等，傳熱系數(shù)相同，則——Q=KSΣ(△ti)五、多效蒸發(fā)的效數(shù)限制及最佳效數(shù)

雖然多效蒸發(fā)，使生蒸汽D耗用量減少，二次蒸汽的熱量得到一定利用，但是由于存在溫差損失加大，效數(shù)越多溫差損失越大，生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度卻降低，水蒸氣的熱量利用率降低，因此，并不是效數(shù)越多越有利于蒸發(fā)操作，一般由經(jīng)濟(jì)權(quán)衡最佳效數(shù)。四、多效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力及強(qiáng)度結(jié)論：單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)比較：①較少的生蒸汽的用量；②溫度差損失增大，每效的傳熱溫差?。虎壅舭l(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度降低。2023/2/5習(xí)題p329329－1：在單效中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)，將10％的NaOH溶液濃縮至25％，分離室內(nèi)絕對壓強(qiáng)為15kPa；試求：因溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高及相應(yīng)的沸點(diǎn)。解：依題意，查圖101.3kPa時，25％的NaOH的沸點(diǎn)升高為Δa'=13℃;操作壓強(qiáng)p=15kPa時T′=53.5℃，r'=2370.0kJ/kg;Δ'=fΔa',329－2：上題中加熱管高度L=1.6m,溶液密度為1230kg/m3;求：因液柱高而引起的沸點(diǎn)升高及溶液的沸點(diǎn)。2023/2/5習(xí)題（2）解：依題意，L=1.6m,ρ=1230kg/m3;329－3：前兩題的溶液在傳熱面積為40m2的蒸發(fā)器內(nèi)，用絕壓為120kPa的飽和蒸汽加熱。原料液于40℃時進(jìn)入蒸發(fā)器，總傳熱系數(shù)K為1300W/(m2℃)，熱損失為總傳熱量的20％，冷凝水在飽和溫度下排出。求：1)加熱蒸汽的消耗量；2)每小時能處理的原料液質(zhì)量。2023/2/5習(xí)題（3）解：依題意，S=40m2,K=1300W/m2℃;Ps=120kPa時，T=104.5℃r=2246.8kJ/kg;2023/2/5習(xí)題（4）330－4：在單效蒸發(fā)器中，每小時將104kg的NaNO3水溶液從5％濃縮至25％，原料液溫