化工原理上冊(cè)天津大學(xué)柴誠(chéng)敬47－48學(xué)時(shí)課件

第六章蒸發(fā)通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握蒸發(fā)操作的特點(diǎn)、蒸發(fā)器的類型、蒸發(fā)過(guò)程計(jì)算，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和物料特性，合理選擇蒸發(fā)器類型并確定適宜操作流程和條件。學(xué)習(xí)目的與要求16.1概述第六章蒸發(fā)2蒸發(fā)將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱至沸騰，使部分揮發(fā)性溶劑汽化并移除，從而獲得濃縮溶液或回收溶劑的操作稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)操作的基本要點(diǎn)是向蒸發(fā)器連續(xù)提供足夠的熱量并及時(shí)移除汽化的溶劑。蒸發(fā)操作的基本要點(diǎn)一．蒸發(fā)的目的3二．蒸發(fā)的概念圖6-1液體蒸發(fā)的簡(jiǎn)化流程動(dòng)畫235三．蒸發(fā)過(guò)程分類加壓蒸發(fā)常壓蒸發(fā)真空（減壓）蒸發(fā)操作壓力蒸發(fā)器進(jìn)、出料狀況間歇蒸發(fā)連續(xù)蒸發(fā)6單效蒸發(fā)多效蒸發(fā)二次蒸汽是否用作另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽并流逆流平流三．蒸發(fā)過(guò)程分類72．熱能的綜合利用蒸發(fā)時(shí)需要消耗大量加熱蒸汽，而溶劑汽化又產(chǎn)生相應(yīng)量的二次蒸汽，因而強(qiáng)化與改善蒸發(fā)器的傳熱效果，充分利用二次蒸汽的潛熱，應(yīng)給予足夠的重視。四．蒸發(fā)操作的特點(diǎn)93．溶液的工藝特性蒸發(fā)過(guò)程中溶液的某些性質(zhì)隨著溶液的組成而改變。有些物料在濃縮過(guò)程中可能析出結(jié)晶、發(fā)泡、嚴(yán)重結(jié)垢、變性分解、黏度增高、腐蝕性增大等。在選擇蒸發(fā)工藝和設(shè)備時(shí)需要認(rèn)真考慮，尤其是蒸發(fā)器的防垢除垢技術(shù)，是世界性的熱門研究課題。四．蒸發(fā)操作的特點(diǎn)10第六章蒸發(fā)6.2蒸發(fā)設(shè)備6.2.1循環(huán)型蒸發(fā)器11一、垂直短管型蒸發(fā)器圖6-3懸筐式蒸發(fā)器1―加熱蒸汽管；2―加熱室；3―除沫器；4―液沫回流管13二、垂直長(zhǎng)管型蒸發(fā)器圖6-4外熱式蒸發(fā)器1―加熱室；2―蒸發(fā)室；3―循環(huán)管動(dòng)畫2514圖6-5列文式蒸發(fā)器1―加熱室；2―加熱管；3―循環(huán)管；4―蒸發(fā)室；5―除沫器；6―擋板；7―沸騰室二、垂直長(zhǎng)管型蒸發(fā)器15三、直接接觸傳熱蒸發(fā)器圖6-7直接接觸傳熱的蒸發(fā)器1―燃燒室；2―點(diǎn)火管；3―測(cè)溫管；4―外殼17四．循環(huán)型蒸發(fā)器的主要類型及其性能比較常用循環(huán)型蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要性能匯總于表6-1。18第六章蒸發(fā)6.2蒸發(fā)設(shè)備6.2.1循環(huán)型蒸發(fā)器6.2.2單程型蒸發(fā)器

19圖6-9降膜式蒸發(fā)器1―蒸發(fā)器；2―分離室；3―布膜器二．降膜式蒸發(fā)器動(dòng)畫2621三．升—降膜式蒸發(fā)器圖6-11升―降膜蒸發(fā)器1―預(yù)熱器；2―升膜加熱室；3―降膜加熱室；4―分離室22四．刮板薄膜蒸發(fā)器圖6-12刮板薄膜蒸發(fā)器23第六章蒸發(fā)6.2蒸發(fā)設(shè)備6.2.1循環(huán)型蒸發(fā)器6.2.2單程型蒸發(fā)器6.2.3蒸發(fā)設(shè)備和蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展25一．開發(fā)新型、高效蒸發(fā)器新型高效蒸發(fā)器的研究開發(fā)有如下途徑：（1）研制設(shè)備更加緊湊、提高液體速度、增加液膜湍動(dòng)、縮短料液在設(shè)備中停留時(shí)間的高效、節(jié)能型蒸發(fā)器。（2）通過(guò)改進(jìn)加熱表面形狀來(lái)提高加熱效果。26三、蒸發(fā)器傳熱的強(qiáng)化及防除垢技術(shù)（1）在蒸發(fā)器內(nèi)插入多種形式的湍流構(gòu)件，通過(guò)改變加熱表面形狀或其它增加液膜湍動(dòng)措施來(lái)強(qiáng)化傳熱，并減緩結(jié)垢。（2）通過(guò)改變料液性質(zhì)來(lái)提高傳熱效果，如加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┛墒箍倐鳠嵯禂?shù)成倍提高；加入適當(dāng)阻垢劑，則可抑制結(jié)垢。（3）氣—液—固三相流化床蒸發(fā)器在蒸發(fā)中的防除垢及強(qiáng)化傳熱效果十分顯著，具有高效、多功能、易操作等一系列優(yōu)點(diǎn)。29第六章蒸發(fā)6.2蒸發(fā)設(shè)備6.2.1循環(huán)型蒸發(fā)器6.2.2單程型蒸發(fā)器6.2.3蒸發(fā)設(shè)備和蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展6.2.4蒸發(fā)器的選型30蒸發(fā)器的選型原則①對(duì)物料的工藝特性有良好的適應(yīng)性，如熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶、結(jié)垢、黏性、發(fā)泡性等。其中黏度在蒸發(fā)過(guò)程中的增加程度及結(jié)垢情況應(yīng)給予特別注意。②滿足生產(chǎn)工藝對(duì)完成液質(zhì)和量的要求。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠，造價(jià)和操作費(fèi)用低廉，經(jīng)濟(jì)合理，維修方便。常用蒸發(fā)器的主要性能和適用場(chǎng)合列于表6-3中31第六章蒸發(fā)6.2蒸發(fā)設(shè)備6.2.1循環(huán)型蒸發(fā)器6.2.2單程型蒸發(fā)器6.2.3蒸發(fā)設(shè)備和蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展6.2.4蒸發(fā)器的選型6.2.5蒸發(fā)器的輔助設(shè)備（自學(xué)）32第六章蒸發(fā)6.3單效蒸發(fā)的計(jì)算6.3.1物料衡算與熱量衡算33一．物料衡算圖6-14單效蒸發(fā)的物料衡算與熱量衡算34完成液的流量水分蒸發(fā)量完成液的組成一．物料衡算35二．熱量衡算對(duì)蒸發(fā)器作熱量衡算蒸發(fā)器的熱負(fù)荷蒸發(fā)器的熱損失361.溶液稀釋熱較大的情況某些鹽、堿的水溶液，在稀釋時(shí)其放熱效應(yīng)非常顯著。需通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定焓值隨組成和溫度的變化。圖6-15是以0℃為基準(zhǔn)溫度的NaOH水溶液的焓濃圖。由此可見(jiàn)，溶液的焓和組成的關(guān)系是高度非線性的。二．熱量衡算37圖6-15氫氧化鈉的焓濃圖二．熱量衡算38加熱蒸汽消耗量加熱蒸汽的冷凝潛熱蒸發(fā)器的熱負(fù)荷二．熱量衡算392.可忽略溶液稀釋熱的情況大多數(shù)溶液在溶質(zhì)含量不太高時(shí)，其稀釋熱不顯著常可忽略。對(duì)于這類溶液，其焓值可由比熱容近似計(jì)算。以0℃的溶液為基準(zhǔn)，則原料液比熱容完成液的比熱容二．熱量衡算40水溶液的比熱容可由水的比熱容和溶質(zhì)的比熱容近似按線性加和原則計(jì)算溶質(zhì)的比熱容水的比熱容二．熱量衡算41聯(lián)立物料衡算和熱量衡算式，可得熱損失使水在t1下汽化成二次蒸汽將原料液由t0升溫至沸點(diǎn)t1加熱蒸汽供熱二．熱量衡算42近似取水在t1℃的汽化熱則有若原料液在沸點(diǎn)下加入蒸發(fā)器并忽略熱損失，則單位蒸汽消耗量二．熱量衡算43對(duì)于單效蒸發(fā)，若忽略水的汽化熱隨壓力的變化，理論上：

實(shí)際上由于熱損失和濃縮的熱效應(yīng)等原因二．熱量衡算44第六章蒸發(fā)6.3單效蒸發(fā)的計(jì)算6.3.1物料衡算與熱量衡算6.3.2蒸發(fā)器的傳熱面積45蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率方程計(jì)算，即由蒸發(fā)器的熱衡算確定大多取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值必須考慮溶液沸點(diǎn)升高46一．溶液的溫度差損失單效蒸發(fā)傳熱的有效溫度差圖6-16NaOH水溶液的杜林線圖單效蒸發(fā)傳熱的理論總溫度差47總溫度差損失引起蒸發(fā)中溫差損失（沸點(diǎn)升高）的因素包括如下三個(gè)方面：①溶液中不揮發(fā)溶質(zhì)引起的飽和蒸汽壓下降；一．溶液的溫度差損失48②垂直傳熱管中液柱靜壓力（膜式蒸發(fā)器除外）使液面下的靜壓力高于液面上分離空間的靜壓力；③二次蒸汽在管道內(nèi)的流動(dòng)阻力和熱損失。所以一．溶液的溫度差損失49二．溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算1．溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高Δ′與溶液壓力相等時(shí)水的沸點(diǎn)溶液的沸點(diǎn)50溶液沸點(diǎn)：與操作壓力、溶液種類及其組成有關(guān)。獲取查手冊(cè)——附錄中估算——杜林規(guī)則（Duhring’srule）二．溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算51杜林規(guī)則（Duhring’srule）一定組成的某種溶液的沸點(diǎn)與相同壓力下標(biāo)準(zhǔn)液體（一般以水為標(biāo)準(zhǔn)液體）的沸點(diǎn)呈線性關(guān)系。杜林線的截距杜林線的斜率二．溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算52圖6-16NaOH水溶液的杜林線圖二．溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算53其他壓力下溶液的沸點(diǎn)升高，在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)可用下面經(jīng)驗(yàn)公式近似估算，即常壓下(101.3kPa)由于溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高操作壓力下由于溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高校正系數(shù)二．溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算542．液柱靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高Δ″以液層中部點(diǎn)的壓力和沸點(diǎn)代表整個(gè)液層的平均壓力和沸點(diǎn)液面處壓力液層平均壓力與壓力pm對(duì)應(yīng)的溶液沸點(diǎn)與壓力p′對(duì)應(yīng)的溶液沸點(diǎn)二．溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算553．流動(dòng)阻力引起的沸點(diǎn)升高Δ’’’由于管路中流動(dòng)阻力，使蒸發(fā)器內(nèi)二次蒸汽的溫度高于冷凝器內(nèi)的溫度，稱為流動(dòng)阻力引起的沸點(diǎn)升高。其數(shù)值難于準(zhǔn)確計(jì)算，一般取經(jīng)驗(yàn)值。