第七章蒸发精选PPT.ppt

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1、第七章蒸发第1页，本讲稿共65页一、蒸发的定义一、蒸发的定义 二、加热蒸气和二次蒸气二、加热蒸气和二次蒸气 蒸发：是利用溶质和溶剂挥发度的差异，将溶液加热至沸腾，使蒸发：是利用溶质和溶剂挥发度的差异，将溶液加热至沸腾，使其中的部分溶剂汽化并被移出，而溶质则不挥发，以提高溶液中溶其中的部分溶剂汽化并被移出，而溶质则不挥发，以提高溶液中溶质浓度的操作。所涉及的平衡是汽质浓度的操作。所涉及的平衡是汽-液平衡。液平衡。所用的设备称为蒸发所用的设备称为蒸发器。器。蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶

2、液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸加热蒸气或生蒸气气或生蒸气，后者称为，后者称为二次蒸气二次蒸气。1.1 概述概述 本章介绍水溶液的蒸发。本章介绍水溶液的蒸发。额外蒸汽：额外蒸汽：多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）。热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）。第2页，本讲稿共65页三、分类三、分类 1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 单效蒸发单

3、效蒸发：将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝以除去：将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。的蒸发操作。多效蒸发多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。效蒸发。2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发 第3页，本讲稿共65页四、蒸发操作的特点四、蒸发操作的特点 1、传热性质：、传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，传热壁

4、面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温差的传热过程。故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温差的传热过程。2、溶液性质：、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。3、沸点升高：、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。水的温度差。4、泡沫挟带：、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。染。5、能源利用：、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑

5、的关键问题之一。二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。第4页，本讲稿共65页溶液的沸点升高溶液的沸点升高：溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下，其蒸气压溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下，其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的要高两者之差，称为溶液的沸点比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的要高两者之差，称为溶液的沸点升高。升高。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液沸点升高值较大。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液沸点升高值较大。对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，

6、沸点升高值越大。异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。1.2 单效蒸发单效蒸发1.2.1 溶液的沸点溶液的沸点溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定。溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定。第5页，本讲稿共65页溶液沸点升高的计算公式：溶液沸点升高的计算公式：式中式中 溶液的沸点升高，溶液的沸点升高，t 溶液的沸点，溶液的沸点，T/与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，饱和温度，沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利。由于有沸点升高沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利。由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差降低，其值与

7、同条件现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差降低，其值与同条件下的沸点升高值相同。下的沸点升高值相同。第6页，本讲稿共65页1.2.2 溶液的沸点升高和温度差损失溶液的沸点升高和温度差损失T，T k在一定压强下水的沸点，在一定压强下水的沸点，亦即二次蒸汽的饱和温度，亦即二次蒸汽的饱和温度，T=T kT(Ts)加热蒸汽的温度；加热蒸汽的温度；t蒸发器内溶液的沸腾温度蒸发器内溶液的沸腾温度（即溶液的沸点）。（即溶液的沸点）。总温差（实际传热温差）：总温差（实际传热温差）：有效温差：有效温差：温差损失：温差损失：-TT kttT（11-1）（11-2）（11-3）第7页，本讲稿共65页例例11-2用

8、用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（T=Ts=150），蒸发室内压力为蒸发室内压力为1atm，蒸发，蒸发30%的的NaOH溶液，沸点为溶液，沸点为t=115，其最，其最大传热温度差，用大传热温度差，用t0来表示：来表示：t0=T-T=150-100=50 有效温度差为：有效温度差为：t=T-t=150-115=35 则温度差损失为：则温度差损失为：=t0-t=（T-T）-（T-t）=t-T=15 即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。只有求得即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。只有求得，才可求得溶液的沸点，才可求得溶液的沸点

9、t（=T+）和有效传热温度差）和有效传热温度差t（=t0-）。）。第8页，本讲稿共65页1 因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失3 因管路流体阻力而引起的温度差损失因管路流体阻力而引起的温度差损失 2 因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失总温度差损失为：总温度差损失为：1.2.3 蒸发过程中引起温度差损失的原因蒸发过程中引起温度差损失的原因 第9页，本讲稿共65页式中式中 常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值值 求得，求得，；表；表11-1；操作条件下溶液的沸点升高，操作条件下

10、溶液的沸点升高，；f校正系数，无因次。其经验计算式为：校正系数，无因次。其经验计算式为：式中式中 T操作压强下二次蒸气操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）（饱和水蒸气）的温度，的温度，；r操作压强下二次蒸气操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）（饱和水蒸气）的汽化热，的汽化热，kJ/kg。（1）吉辛柯公式）吉辛柯公式(11-4)(11-5)1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失 第10页，本讲稿共65页(2)杜林规则杜林规则 该该规规则则认认为为：某某溶溶液液（或或液液体体）在在两两种种不不同同压压力力下下两两沸沸点点之之差差与与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为

11、一常数，即另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数，即 式中式中 tA、tw分别为压强分别为压强pM下溶液的沸点与纯水的沸点，下溶液的沸点与纯水的沸点，tA、tw分别为压强分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点，下溶液的沸点与纯水的沸点，一一定定浓浓度度下下溶溶液液的的沸沸点点与与相相同同压压强强下下水水的的沸沸点点呈呈直直线线关关系系，可可以以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。(11-6)第11页，本讲稿共65页当某压强下水的沸点当某压强下水的沸点tw=0时，则上式变为：时，则上式变为：式中式中 ym杜林线的截距，杜林线的截

12、距，注注意意：不不同同浓浓度度的的杜杜林林线线是是不不平平行行的的，斜斜率率k与与截截距距ym都都是是溶溶液液质量浓度质量浓度x的函数。的函数。对一定浓度的溶液，只要知道它在两个不同压强下的沸点，再查出相对一定浓度的溶液，只要知道它在两个不同压强下的沸点，再查出相应压强下水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由此直线就可求应压强下水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由此直线就可求得该溶液在其他压强下的沸点。得该溶液在其他压强下的沸点。第12页，本讲稿共65页 蒸蒸发发器器内内的的沸沸腾腾一一般般是是在在加加热热管管内内沸沸腾腾，加加热热管管内内溶溶液液液液位位维维持持一一定定，处处于于不

13、不同同深深度度的的溶溶液液受受到到不不同同的的静静压压强强，所所以以溶溶液液内内部部的的沸沸点点比比液面处的沸点高，两者之差即为由液层静压引起的温度差损失。液面处的沸点高，两者之差即为由液层静压引起的温度差损失。式中式中 pm液层中部的平均压强，液层中部的平均压强，Pa p0液面的压强，即二次蒸气的压强，液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa h液层深度，液层深度，m 简简化化处处理理：计计算算时时以以液液层层中中部部的的平平均均压压强强pm及及相相应应的的沸沸点点tm为为准准，中部的压强为：中部的压强为：2 加加热管内管内液柱静压强而引起的温度差损失液柱静压强而引起的温度差损失(11-7)第13

14、页，本讲稿共65页 常常根根据据平平均均压压强强pm查查出出纯纯水水的的相相应应沸沸点点tm，故故因因静静压压强强而而引引起起的的温温度差损失为：度差损失为：=tm-t0 （11-8）式中式中 tm 与平均压强与平均压强pm相对应纯水的沸点，相对应纯水的沸点，t0与二次蒸气压强与二次蒸气压强p相对应的水的沸点，相对应的水的沸点，影响影响的因素：的因素：（1）沸沸腾腾时时液液层层内内混混有有气气泡泡，液液层层的的实实际际密密度度较较计计算算公公式式所所用用的纯液体密度要小，使得算出的的纯液体密度要小，使得算出的值偏大；值偏大；（2）当当溶溶液液在在加加热热管管内内的的循循环环速速度度较较大大时时

15、，就就会会因因流流体体阻阻力力使使平平均压强增高。均压强增高。第14页，本讲稿共65页 多多效效蒸蒸发发中中二二次次蒸蒸汽汽由由前前效效经经管管路路送送至至下下效效作作为为加加热热蒸蒸汽汽，因因管管道道流流动动阻阻力力使使二二次次蒸蒸汽汽的的压压强强稍稍有有降降低低，温温度度也也相相应应下下降降，一般约降一般约降1。取效间二次蒸汽温度下降取效间二次蒸汽温度下降1；末效或单效蒸发器至冷凝器间下降末效或单效蒸发器至冷凝器间下降11.5。3 由于管路流动阻力而引起的温度差损失由于管路流动阻力而引起的温度差损失需要注意的是：需要注意的是：对对于于单单效蒸效蒸发发，若指定的是蒸，若指定的是蒸发发器内的操

16、作器内的操作压压强强，则则不不计计入温度差入温度差损损失中。失中。第15页，本讲稿共65页例例11-2 用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物11%浓缩至浓缩至40%。蒸发器内真空度为蒸发器内真空度为93.3 kPa，液层深度为，液层深度为2 m，采用，采用100 蒸汽加蒸汽加热，桃浆的密度为热，桃浆的密度为1180 kg/m3。求温度差损失、蒸发器的有效温差。求温度差损失、蒸发器的有效温差解：解：（1）93.3 kPa真空度下，绝对压强为真空度下，绝对压强为8.0 kPa。在此绝对压强下，。在此绝对压强下，水蒸气的饱和温度为水蒸气的饱和温度为41.6，在该温度下水的

17、汽化潜热，在该温度下水的汽化潜热 r2 400 kJ/kg，参考糖液的数据，常压下沸点的升高，参考糖液的数据，常压下沸点的升高 a为为1.0。由吉辛柯公式：。由吉辛柯公式：0.668（2）液体平均压强：）液体平均压强：第16页，本讲稿共65页查附录饱和水蒸汽表得：查附录饱和水蒸汽表得：tm59.6，则：，则：59.6-41.618.0（3）有效温差：）有效温差：+0.668+18.0=18.7 t0T-T=100-41.658.4 tt0-58.4-18.739.7（4）溶液的沸点：）溶液的沸点：t=+T=18.7+41.6=60.3 第17页，本讲稿共65页单效蒸发的计算项目有：单效蒸发的计

18、算项目有：（1）蒸发量；）蒸发量；（2）加热蒸气消耗量；）加热蒸气消耗量；（3）蒸发器的传热面积）蒸发器的传热面积。通常生产任务中已知的项目有：通常生产任务中已知的项目有：（1）原料液流量、组成与温度；）原料液流量、组成与温度；（2）完成液组成；）完成液组成；（3）加热蒸气压强或温度；）加热蒸气压强或温度；（4）冷凝器的压强或温度。）冷凝器的压强或温度。2.2 单效蒸发的计算单效蒸发的计算 第18页，本讲稿共65页加热室加热室 蒸发室蒸发室 F,x0,t0,h0 D,T,H W,T,H D,T0,hw (F-W),x1 t1,h1 QL 第19页，本讲稿共65页式中式中 F原料液流量原料液流量

19、kg/h;W蒸发量蒸发量kg/h;x0原料液的质量组成原料液的质量组成(质量分数质量分数)；x1完成液的组成完成液的组成(质量分数质量分数)；对单效蒸发器作溶质衡算，得对单效蒸发器作溶质衡算，得（11-9）1 1 蒸蒸发发量量w w 第20页，本讲稿共65页 蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，将水分蒸蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。发为蒸气以及向周围散失的热量。对于某些溶液，如对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释时释放出热等水溶液稀释时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的浓缩热。

20、量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的浓缩热。2 2 加加热热蒸气消耗量蒸气消耗量D D 第21页，本讲稿共65页式中式中 D加热蒸气的消耗量加热蒸气的消耗量,kg/h H加热蒸气的焓加热蒸气的焓,kJ/kg h0原料液的焓原料液的焓,kJ/kg H二次蒸气的焓二次蒸气的焓,kJ/kg h1完成液的焓完成液的焓,kJ/kg hw冷凝水的焓冷凝水的焓,kJ/kg QL热损失热损失,kJ/h (11-10)对单效蒸发器作物料的热量衡算，得对单效蒸发器作物料的热量衡算，得(11-10a)2.1 溶液稀释热不可忽略时溶液稀释热不可忽略时 第22页，本讲稿共65页若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度

21、下排除，则若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则 式中式中 r加热蒸气的汽化热，加热蒸气的汽化热，kJ/kg 稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。则上式变为则上式变为 H-hw=r 第23页，本讲稿共65页溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即 h0=cp0(t-0)=cp0t0 h1=cp1(t-0)=cp1t1 hw=cpw(t-0)=cpwtw 代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有 D(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fc

22、p0t0+QL （11-10b）2.2 溶液的稀释热可以忽略时溶液的稀释热可以忽略时 第24页，本讲稿共65页计算溶液比热的经验公式为：计算溶液比热的经验公式为：Cp=cpw(1-x)+cpBx （11-11）式中式中 Cp溶液的比热溶液的比热,kJ/(kg);Cpw纯水的比热纯水的比热,kJ/(kg);CpB溶质的比热溶质的比热,kJ/(kg).当当x0.2时，上式简化为：时，上式简化为：Cp=cpw(1-x)（11-11a）第25页，本讲稿共65页为简化计算，上式中完成液的比热可用原料液的比热表示。为简化计算，上式中完成液的比热可用原料液的比热表示。联立上两式，得联立上两式，得 (cp0-

23、cpw)x1=(cp1-cpw)x0 计算原料液及完成液的比热可分别写成：计算原料液及完成液的比热可分别写成：Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0 Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1=cpw-(cpw-cpB)x1 第26页，本讲稿共65页上式即为完成液比热与原料液比热间的关系式。上式即为完成液比热与原料液比热间的关系式。Fx0=(F-W)x1 (cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0 (F-W)cp1=Fcp0-Wcpw （11-12）将式将式11-12代入代入11-10b，并整理得：，并整理得：第27页，本讲稿共65页由于由于 H-cpwTr H

24、-cpwt1r 式中式中 r加热蒸气的汽化热，加热蒸气的汽化热，kJ/kg；r二次蒸气的汽化热，二次蒸气的汽化热，kJ/kg。将上两式代入上式，并简化得：将上两式代入上式，并简化得：上式说明加热蒸气的热量用于将原料液加热到沸点、蒸发水分上式说明加热蒸气的热量用于将原料液加热到沸点、蒸发水分以及向周围的热损失。以及向周围的热损失。Q=Dr=Wr+Fcp0(t1-t0)+QL （11-13a）第28页，本讲稿共65页蒸发器的热量衡算蒸发器的热量衡算加热蒸汽的加热蒸汽的热量热量蒸发水分需要蒸发水分需要的热量的热量将原料液加热到沸将原料液加热到沸点需要的热量点需要的热量热损失热损失r加热蒸汽的汽化潜热

25、，加热蒸汽的汽化潜热，kJ/kg；r二次蒸汽的汽化潜热，二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg；式中：式中：Q-蒸发器的热负荷，蒸发器的热负荷，kJ/h；a为蒸发器的热损失为蒸发器的热损失 占总传热量的占总传热量的%。第29页，本讲稿共65页 若若原原料料液液预预热热至至沸沸点点再再进进入入蒸蒸发发器器，即即t1t0，且且忽忽略略热热损损失失，上上式式简化为：简化为：（11-14）（11-15）式式中中 e蒸蒸发发1kg水水分分时时，加加热热蒸蒸气气的的消消耗耗量量，称称为为单单位位蒸蒸气气耗耗量量，kg/kg。第30页，本讲稿共65页单单效效蒸蒸发发操操作作中中e1，每每蒸蒸发发1kg 的的水水分分

26、约约消消耗耗1kg 的的加加热热蒸蒸气气（由于蒸汽的汽化热随压强变化不大，即（由于蒸汽的汽化热随压强变化不大，即rr）；实际蒸发操作中实际蒸发操作中e值约为值约为1.1或更大；或更大；（1）温度差的损失的存在；）温度差的损失的存在；（2）二次蒸汽的汽化潜热总是大于加热蒸汽的汽化潜热。）二次蒸汽的汽化潜热总是大于加热蒸汽的汽化潜热。e值是衡量蒸发装置经济程度的指标。值是衡量蒸发装置经济程度的指标。2.3 单位蒸气消耗量单位蒸气消耗量（11-15）第31页，本讲稿共65页蒸发器的传热面积由传热速率公式计算，即：蒸发器的传热面积由传热速率公式计算，即：式中式中 S0蒸发器的传热面积，蒸发器的传热面积

27、，m2 K0基于外面积的总传热系数；基于外面积的总传热系数；kw/(m2)tm 平均温度差，平均温度差，Q蒸发器的热负荷，即蒸发器的传热速率，蒸发器的热负荷，即蒸发器的传热速率，kw。注注意意：若若加加热热蒸蒸气气的的冷冷凝凝水水在在饱饱和和温温度度下下排排除除，则则s0可可根根据据式式11-16直直接算出，否则应分段计算。下面按前者情况进行讨论。接算出，否则应分段计算。下面按前者情况进行讨论。（11-16）3 3 传热传热面面积积S S0 0 第32页，本讲稿共65页 在蒸发过程中，加热两侧流体均处于恒温、变相状态下，故：在蒸发过程中，加热两侧流体均处于恒温、变相状态下，故：tm=T-t （

28、11-17）式中式中 T加热蒸气的温度，加热蒸气的温度，；t操作条件下溶液的沸点，操作条件下溶液的沸点，。3.1 平均温度差平均温度差tm 第33页，本讲稿共65页 垢垢层层热热阻阻值值可可按按经经验验数数值值估估算算。管管外外侧侧的的蒸蒸气气冷冷凝凝传传热热系系数数可可按按膜膜式式冷冷凝凝传传热热系系数数公公式式计计算算，管管内内侧侧溶溶液液沸沸腾腾传传热热系系数数则则按按管管内内沸沸腾腾传传热热系系数数关关联联式计算。式计算。式中式中 a对流传热系数，对流传热系数，W/(m2)d管径，管径，m Ri垢层热阻，垢层热阻，m2/W b管壁厚度，管壁厚度，m 管材的导热系数，管材的导热系数，W/

29、(m)下标下标i表示管内侧、表示管内侧、o表示外侧、表示外侧、m表示平均。表示平均。（11-18）3.2 基于传热外面积的总传热系数基于传热外面积的总传热系数K0 不同类型蒸发器的不同类型蒸发器的K值范围，可参考表值范围，可参考表11-2。第34页，本讲稿共65页 若若加加热热蒸蒸气气的的冷冷凝凝水水在在饱饱和和温温度度下下排排除除，且且忽忽略略热热损损失失，则则蒸蒸发发器器的热负荷为：的热负荷为：上面算出的传热面积，应视具体情况选用适当的安全系数加以校正。上面算出的传热面积，应视具体情况选用适当的安全系数加以校正。Q=Dr 3.3 3.3 蒸蒸发发器的器的热负热负荷荷Q Q 需要注意的是：热

30、量衡算中的需要注意的是：热量衡算中的Q的单位常用的单位常用kJ/h，而传热速率，而传热速率方程中的方程中的Q的单位是的单位是W，因此应用时要注意单位的换算。，因此应用时要注意单位的换算。管内沸腾传热系数管内沸腾传热系数i的关联式，的关联式，参阅书参阅书P724 式（式（11-20）（）（11-26）。）。第35页，本讲稿共65页例例11-3 在单效薄膜式蒸发器内，将番茄汁从固形物含量在单效薄膜式蒸发器内，将番茄汁从固形物含量12%浓缩到浓缩到28%。番茄汁已预热到最高许可温度。番茄汁已预热到最高许可温度60后进料。采用表压后进料。采用表压为为70 kPa的饱和水蒸气加热。设蒸发器传热面积为的饱

31、和水蒸气加热。设蒸发器传热面积为0.4 m2，传热系数传热系数1500 W/(m2K)。试近似估算蒸汽消耗量和原料液流量。试近似估算蒸汽消耗量和原料液流量。解：解：表压为表压为70 kPa，则绝对压强为，则绝对压强为171.3kPa。在此绝对压强下，。在此绝对压强下，查得加热蒸汽饱和温度为查得加热蒸汽饱和温度为114.5，汽化潜热为，汽化潜热为2210 kJ/kg，由传热速率公式：由传热速率公式：QS0K0t15000.4(114.5-60)32700 W则蒸汽消耗量为：则蒸汽消耗量为：DQ/r32700/(2210103)0.0148 kg/s53.3 kg/h查得查得60下水的汽化潜热为下

32、水的汽化潜热为2340 kJ/kg，则蒸发量为：，则蒸发量为：WQ/r32700/(2340103)0.014 kg/s50.3 kg/h原料液流量为：原料液流量为：第36页，本讲稿共65页 多多效效蒸蒸发发时时要要求求后后效效的的操操作作压压强强和和溶溶液液的的沸沸点点均均较较前前效效低低，引引入入前前效效的的二二次次蒸蒸汽汽作作为为后后效效的的加加热热介介质质，即即后后效效的的加加热热室室成成为为前前效效二二次次蒸蒸汽汽的的冷冷凝凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。器，仅第一效需要消耗生蒸汽。一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由于各效（末一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操

33、作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。即经济性。第三节第三节 多效蒸发多效蒸发一、多效蒸发原理一、多效蒸发原理 第37页，本讲稿共65页效数效数效数效数 单效单效单效单效 双效双效双效双效 三效三效三效三效 四效四效四效四效 五效五效五效五效 理论最小值理论最小值理论最小值理论最小值 1 1 1/2 1/2 1/3 1/3 1/4 1/4 1/5 1/5 实际最小值实际最小值实际最小值实际最小值 1.11.1 0.57 0.57 0.4 0.4 0.3 0.3 0.27 0.

34、27 表表1 单位蒸气消耗量单位蒸气消耗量 强调：强调：蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，而只是蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的操作条件下，节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发器的生产能力大。器的生产能力大。错误观点：错误观点：多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。第38页，本讲稿共65页 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一

35、效到末效。蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在 后二效中尤为严重。后二效中尤为严重。优点：优点：在在操操作作过过程程中中，蒸蒸发发室室的的压压强强依依效效序序递递减减，料料液液在在效效间间流流动不需用泵；动不需用泵；料料液液的的沸沸点点依依效效序序递递降降，使使前前效效料料进进入入后后效效时时放放出出显显热热，供一部分水汽化；供一部分水汽化；料料液液的的浓浓度度依依效效序序递递增增，高高浓浓度度料料液液在在低低温温下下蒸蒸发发，对对热敏性物料有利。热敏性物料有利。二、多效蒸发流程

36、二、多效蒸发流程1 顺流法顺流法 第39页，本讲稿共65页原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 1 2 3 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 并流加料法的三效蒸发装置流程示意图并流加料法的三效蒸发装置流程示意图 第40页，本讲稿共65页 料料液液与与蒸蒸气气流流动动方方向向相相反反。原原料料由由末末效效进进入入，用用泵泵依依次次输输送送至至前前效效，完完成成液液由由第第一一效效底底部部取取出出。加加热热蒸蒸气气的的流流向向仍仍是是由由第第一一效效顺序至末效。顺序至末效。优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，传热系优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，

37、粘度不高，传热系 数较大。数较大。缺点：缺点：（1 1）各效间需用泵输送；各效间需用泵输送；（2 2）无自蒸发；无自蒸发；（3 3）高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。2 2 逆流法逆流法 第41页，本讲稿共65页原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 1 2 3 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 逆流加料逆流加料法的三效蒸发装置流程示意图法的三效蒸发装置流程示意图 第42页，本讲稿共65页 效效数数多多时时，也也可可采采用用顺顺流流和和逆逆流流并并用用的的操操作作，称称为为混混流流法法，这这种种流流程可协调两种流程的优缺

38、点，适于粘度极高料液的浓缩。程可协调两种流程的优缺点，适于粘度极高料液的浓缩。3 平流法平流法 原原料料液液分分别别加加入入各各效效中中，完完成成液液也也分分别别自自各各效效底底部部取取出出，蒸蒸气气流流向向仍仍是是由由第第一一效效流流至至末末效效。此此种种流流程程适适用用于于处处理理蒸蒸发发过过程程中中伴有结晶析出的溶液。伴有结晶析出的溶液。4 混流法混流法 第43页，本讲稿共65页原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 1 2 3 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水 完成液完成液 完成液完成液 平流加料法的三效蒸发装置流程示意图平流加料法的三效蒸发装置流程示意

39、图第44页，本讲稿共65页三、三、多效蒸发的计算多效蒸发的计算已知条件：原料液的流量、浓度和温度；加热蒸汽（生蒸汽）的压强或已知条件：原料液的流量、浓度和温度；加热蒸汽（生蒸汽）的压强或温度；冷凝器的真空度或温度；末效完成液的浓度等。温度；冷凝器的真空度或温度；末效完成液的浓度等。需要设计的项目是：生蒸汽的消耗量；各效的蒸发量；各效的传热需要设计的项目是：生蒸汽的消耗量；各效的蒸发量；各效的传热面积。面积。第45页，本讲稿共65页1 多效蒸发的物料衡算多效蒸发的物料衡算 对整个蒸发系统作溶质的衡算，得：对整个蒸发系统作溶质的衡算，得：Fx0=(F-W)xn 或或 W=F（1-x0/xn）而而

40、W=W1+W2+Wn=F（1-x0/xn）对任一效作溶质衡算，得对任一效作溶质衡算，得 Fx0=(F-W1-W2-Wi)xi i2或或 xi=Fx0/（F-W1-W2-Wi）第46页，本讲稿共65页2 多效蒸发的热量衡算多效蒸发的热量衡算（1）各效二次蒸汽压强）各效二次蒸汽压强（2）各效的各种温度差损失）各效的各种温度差损失（3）多效系统中各效溶液的沸点及总有效温度差。）多效系统中各效溶液的沸点及总有效温度差。（4）多效系统中加热蒸汽消耗量）多效系统中加热蒸汽消耗量 多效系统中各效溶液的沸点及总有效温度差多效系统中各效溶液的沸点及总有效温度差 各效沸点：各效沸点：ti=Ti+i+i各效有效温度

41、差：各效有效温度差：ti=Ti-ti 总有效温度差：总有效温度差：t=T1-Tk-或或 t=T1-Tk-（+）式中式中t-系统的总有效温度差，系统的总有效温度差，；-系统的总温度差损失，系统的总温度差损失，；、-分分别为别为因溶液蒸汽因溶液蒸汽压压下降、液下降、液层层静静压压强强及流及流动动阻力而引起的系阻力而引起的系统统温度差温度差损损失，失，。第47页，本讲稿共65页参照单效蒸发，对第一效有：参照单效蒸发，对第一效有：对第二效有：对第二效有：对第对第i效有：效有：其中：其中：ai-第第i效的热损失占第效的热损失占第i效总传热量的效总传热量的%。一般可取。一般可取a1=a2=ai=an=24

42、。当无额外蒸汽引出时，有如下关系：当无额外蒸汽引出时，有如下关系：D2=W1 D3=W2 Dn=Wn-1 第48页，本讲稿共65页各效蒸发量：各效蒸发量：ri为第为第i效的生蒸汽的汽化潜热，效的生蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。ri为第为第i效的二次蒸汽的汽化潜热，效的二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。第49页，本讲稿共65页3 传热面积传热面积各效传热面积用下式计算：第50页，本讲稿共65页四、四、多效蒸发与单效蒸发的比较多效蒸发与单效蒸发的比较1 温度差损失温度差损失多效蒸发较单效蒸发的温度差损失要大，且效数越多，温多效蒸发较单效蒸发的温度差损失要大，且效数越多，温度差损失也越大。度差损失也越大

43、。2 经济效益与设备投资经济效益与设备投资多效蒸发提高了加热蒸汽的利用率，即经济效益。对于蒸多效蒸发提高了加热蒸汽的利用率，即经济效益。对于蒸发等量的水分而言，采用多效时所需的加热蒸汽较单效时发等量的水分而言，采用多效时所需的加热蒸汽较单效时为少。为少。第51页，本讲稿共65页50907011013050607013013050701001103020单效单效双效双效将糖汁从将糖汁从10%蒸蒸发浓缩发浓缩到到50%。设设加加热热蒸汽温度蒸汽温度为为130，沸点沸点为为70，二次蒸汽温度，二次蒸汽温度为为50。若采用双效蒸若采用双效蒸发发，设设加加热热蒸汽温度蒸汽温度为为130，第二效的沸点，第

44、二效的沸点为为70，二次蒸汽温度，二次蒸汽温度为为50。设设第一效第一效的沸点为的沸点为110，二次，二次蒸汽温度为蒸汽温度为100。第52页，本讲稿共65页 第三节第三节 蒸发设备蒸发设备 蒸发器的结构：加热室、分离器等蒸发器的结构：加热室、分离器等 特点：溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、特点：溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。缓和溶液结垢情况。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况分：按加热室的结构和操作时溶液的流动情况分：循环型（非膜式）和单程型（膜式）两大类。循环型（非膜式）和单程型（膜式）两大类。一、循环型（非膜式）蒸发器一、循环型（非膜

45、式）蒸发器 分类（引起循环运动的原因）：自然循环和强制循环分类（引起循环运动的原因）：自然循环和强制循环 l自自然然循循环环：由由于于溶溶液液在在加加热热室室不不同同位位置置上上的的受受热热程程度度不不同同，产产生生了了密密度度差差而引起的循环运动；而引起的循环运动；l强制循环：依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环运动。强制循环：依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环运动。第53页，本讲稿共65页加热室由垂直管束组成，管束中央有一直径较大的管子。加热室由垂直管束组成，管束中央有一直径较大的管子。循环产生的原因：循环产生的原因：粗管粗管降液管或中央循环管，其截面积为加热管总截面积降液管或中央循环管

46、，其截面积为加热管总截面积40100 细管细管沸腾管或加热管，直径沸腾管或加热管，直径2575mm，长径比，长径比2040 细细管管内内单单位位体体积积液液体体受受热热面面大大，受受热热良良好好，致致使使细细管管内内汽汽液液混混和和物比粗管内小，密度差促使溶液循环。物比粗管内小，密度差促使溶液循环。1 中央循环管式（或标准式）蒸发器中央循环管式（或标准式）蒸发器 第54页，本讲稿共65页优点：优点：中央循环管式蒸发器适于处理结垢不严重，腐蚀性小的溶液。中央循环管式蒸发器适于处理结垢不严重，腐蚀性小的溶液。缺点：缺点：（1 1）溶液循环好，传热效率高；）溶液循环好，传热效率高；（2 2）结构紧凑

47、，制造方便，操作可靠，应用）结构紧凑，制造方便，操作可靠，应用 广泛，有广泛，有“标准蒸发器标准蒸发器”之称。之称。（1 1）完成液粘度大，沸点高；）完成液粘度大，沸点高；（2 2）加热室不易清洗；）加热室不易清洗；第55页，本讲稿共65页 此此蒸蒸发发器器为为中中央央循循环环管管蒸蒸发发器器的的改改进进。加加热热蒸蒸汽汽由由中中央央蒸蒸汽汽管管进进入入加加热热室室，加加热热室室悬悬挂挂在在器器内内，可可取取出出，便便于于清清洗洗及及更更换换，循循环通道由加热室与蒸发器外壳壁面内的环隙组成。环通道由加热室与蒸发器外壳壁面内的环隙组成。优点：优点：（1）溶液循环速度较高，约在）溶液循环速度较高，

48、约在11.5m/s之间；之间；（2）改善了加热管内结垢情况，并提高了传热速率。）改善了加热管内结垢情况，并提高了传热速率。缺点：缺点：设备耗材量大，占地面大，加热管内溶液滞留量大。设备耗材量大，占地面大，加热管内溶液滞留量大。该蒸发器适用蒸发有晶体析出的溶液。该蒸发器适用蒸发有晶体析出的溶液。2 悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器 第56页，本讲稿共65页结构特点：结构特点：由由于于循循环环管管内内的的溶溶液液未未受受蒸蒸汽汽加加热热，其其密密度度较较加加热热管管内内大大，因因此此形形成成溶液沿循环管下降而沿加热管上升的循环运动，循环速度可达溶液沿循环管下降而沿加热管上升的循环运动，循环速度可达1.5m

49、/s。加热室较长，其长径比为加热室较长，其长径比为50100；加热室和分离室分开。加热室和分离室分开。物料的运动：物料的运动：3 外热式蒸发器外热式蒸发器 第57页，本讲稿共65页结构特点：结构特点：加加热热室室上上端端有有一一段段2.75m2.75m的的圆圆形形筒筒作作沸沸腾腾室室，致致使使加加热热管管内内要要承承受受较较大大的的液液柱柱静静压压力力，溶溶液液只只有有上上升升到到沸沸腾腾室室内内才才能能沸沸腾腾汽汽化化，可可以以避避免免加加热管内有晶体析出或结垢；热管内有晶体析出或结垢；优点：优点：循环速度（循环速度（23m/s），传热效果好，不会有晶体堵），传热效果好，不会有晶体堵 塞，适

50、用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。塞，适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。沸腾室上方有纵向平行隔板，可限制汽泡长大。沸腾室上方有纵向平行隔板，可限制汽泡长大。缺点：缺点：循循环环管管必必须须保保持持一一定定高高度度（78m），要要求求厂厂房房高高，同同时时耗材较多；耗材较多；蒸蒸发发器器的的液液柱柱静静压压大大，要要求求较较高高压压强强的的蒸蒸汽汽才才能能维维持持一一定定的温度差。的温度差。4 列文蒸发器列文蒸发器 第58页，本讲稿共65页优点：优点：利用外加动力（泵）进行循环，适于处理粘度大，易利用外加动力（泵）进行循环，适于处理粘度大，易 结晶或易结垢的溶液。结晶或易结垢的溶液。缺点：缺点