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1、1要求：1.了解蒸发器的结构及选型；2.掌握温度差损失的计算、单效蒸发的计算及蒸发 器的生产能力和生产强度；3.了解多效蒸发流程及计算；4.掌握多效蒸发与单效蒸发的比较；5.了解蒸发器的工艺设计。第1页/共74页2重点：1.1.温度差损失的计算、单效蒸发的计算；2.2.多效蒸发与单效蒸发的比较。第2页/共74页3蒸发：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。第3页/共74页4第4页/共74页5加压蒸发常压蒸发真空蒸发分类：单效蒸发多效蒸发第5页/共74页6真空蒸发的特点：溶液沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源；对相同压强的
2、加热蒸汽，可提高传热总温度差；溶液的粘度加大，总传热系数降低；对减压系统，系统的投资费和操作费增加。第6页/共74页7蒸发过程的特点：（1）传热性质：热、冷流体都发生相变。（2）溶液性质：蒸发过程中有结晶吸出、易结垢、产生泡沫、粘度变化大、有腐蚀性。（3）溶液沸点的改变（4）泡沫夹带：二次蒸汽中常挟带大量泡沫。（5）能源利用：如何利用二次蒸汽的能量。第7页/共74页85.15.1蒸发设备蒸发器的结构蒸发器结构：加热室、分离器 循环型（非膜式）间接加热蒸发器 单程型（膜式）直接加热蒸发器第8页/共74页91.1.循环型（非膜式）蒸发器1 1）中央循环管式（标准式）蒸发器 中央循环管截面积一般为加
3、热管总截面积的40100%，循环速度：0.40.5m/s以下，适宜用于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液。第9页/共74页10第10页/共74页112 2）悬筐式蒸发器 环形截面积一般为加热管总截面积的100150%，循环速度：1.01.5m/s之间，适宜用于蒸发有晶体的溶液。缺点是设备耗材量大、占地面大、加热管内的溶液滞留量大。第11页/共74页12第12页/共74页133 3）外热式蒸发器加热管长径比为50100，循环速度：可达1.5m/s。第13页/共74页14第14页/共74页154 4）列文蒸发器 循环管截面积一般为加热管总截面积的200350%，阻力小，循环速度高达2.03.0m/s，
4、适宜处理晶体析出或易结垢的溶液。第15页/共74页16第16页/共74页175 5）强制循环蒸发器循环速度高达2.05.0m/s。处理粘度大、易结沟或易结晶的溶液。第17页/共74页18第18页/共74页192.2.膜式式（单程型）蒸发器1 1）升膜蒸发器：加热管长径比为100150，管径为2550mm。二次蒸汽在加热管内的速度为2050m/s，减压下为：100160m/s。处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。第19页/共74页20第20页/共74页212 2）降膜式蒸发器处理粘度较大的溶液、热敏性物料。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶
5、液。第21页/共74页223 3）升降膜蒸发器 处理粘度变化大的溶液。第22页/共74页234 4）刮板搅拌薄膜蒸发器叶片边缘与管内壁的间隙为0.251.5mm。处理高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液。结构复杂、动力消耗大。第23页/共74页24第24页/共74页253.3.直接加热蒸发器第25页/共74页264.4.蒸发器的改进与发展1）开发新型蒸发器2）改善蒸发器内液体的流动状况3）改进溶液的性质第26页/共74页27蒸发器的辅助设备除沫器、冷凝器、真空系统装置第27页/共74页28第28页/共74页29蒸发器的选型从以下因素考虑：（1）溶液的粘度（2）溶液的热稳定性（3）有晶体析出时的溶
6、液（4）易发泡的溶液（5）有腐蚀性的溶液（6）易结垢的溶液（7）溶液的处理第29页/共74页305.2 5.2 单效蒸发溶液的沸点和温度差损失1.溶液沸点升高=t-T1：溶液沸点升高值，oC；t：溶液的沸点，oC；T1：与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的饱和温度，oC。第30页/共74页312.传热的温度差损失tT-t=tT：理论上传热的温度差，oC；t：实际传热的温度差，oC。第31页/共74页32蒸发过程温度差损失的原因：（1）溶液的饱和蒸汽压下降；（2）加热管内液柱静压强；（3）管路流体阻力（多效蒸发）第32页/共74页331 1）由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失 1 1常压：附
7、录二十三非常压：经验公式、杜林规则第33页/共74页34第34页/共74页352 2）由于加热管内液柱静压强而引起的温度差损失 1111第35页/共74页363 3）由于管路流体阻力而引起的温度差损失 111111第36页/共74页37单效蒸发的计算计算项目：（1）单位时间内蒸发出的水分量，即蒸发量；（2）加热蒸汽的消耗量；（3）蒸发器的传热面积。第37页/共74页38第38页/共74页391.1.蒸发量 W2.2.加热蒸汽消耗量 D1）溶液稀释热不可忽略时第39页/共74页40若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则：第40页/共74页41第41页/共74页422）溶液的稀释热可以忽略时
8、 溶液的焓可以由比热算出，则：第42页/共74页43 若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且热损失可忽略，则：单位蒸汽耗量，kg/kg。第43页/共74页443.3.传热面积 S0第44页/共74页454.4.管内沸腾传热系数的关联式1 1）标准型蒸发器2 2）强制型蒸发器第45页/共74页463 3）升膜蒸发器4 4）降膜蒸发器第46页/共74页47蒸发器的生产能力和生产强度1.1.蒸发器的生产能力生产能力：单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量，单位：kg/h。生产能力的大小取决于传热速率Q，因此可用蒸发器的传热速率来衡量其生产能力。第47页/共74页482.2.蒸发器的生产强度生产强度：单位传热面
9、积上单位时间内的蒸发量，单位：kg/(m2h)若原料沸点进料，且热损失可忽略，则：第48页/共74页49强化途径：（1）适量增大传热温度差加热蒸汽最高压强：300500kPa冷凝器最低压强：1020kPa（2）增大总传热系数溶液沸腾传热系数、污垢热阻第49页/共74页505.35.3多效蒸发为了降低加热蒸汽的消耗量，可采用多效蒸发。效数 一效 二效 三效 四效 五效(D/W)min 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 单位蒸汽消耗量第50页/共74页51多效蒸发的操作流程按加料方式不同，多效蒸发流程有以下几种:1.1.并流（顺流）加料法的蒸发流程优点：不用泵；多闪蒸一部分蒸汽。缺点：随
10、着浓度的升高，总传热系数下降。适用场合：处理粘度随温度和浓度变化不大的溶液。第51页/共74页52第52页/共74页532.2.逆流加料法的蒸发流程优点：各效的总传热系数大致相同。缺点：需要泵；二次蒸汽量较小。适用场合：处理粘度随温度和浓度变化较大的溶 液，不宜处理热敏性的溶液。第53页/共74页54第54页/共74页553.3.平流加料法的蒸发流程处理有结晶吸出的溶液。第55页/共74页56多效蒸发的计算已知条件：原料液的流量、浓度、温度；加热蒸汽（生蒸汽）的压强、冷凝器的真空度、末效完成液的浓度。设计项目：生蒸汽的消耗量；各效的蒸发量；各效的传热面积。计算方法：利用蒸发系统的物料衡算、焓衡
11、算、传热速率三个方程进行试差计算。第56页/共74页57第57页/共74页581.1.基本关系1）物料衡算对整个蒸发系统作溶质衡算，可得：第58页/共74页59对任一效作溶质衡算，可得：第59页/共74页602 2）焓衡算以00C的液体为基准，忽略热损失，可得：第一效：若溶液的稀释热，且加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，可得：第60页/共74页61第i效：第61页/共74页623 3）总有效温度差t t及各效溶液的沸点 总有效温度差:温度差损失总和：各效溶液的沸点：第62页/共74页634 4）有效温度差在各效中的分配以三效为例：第63页/共74页64第64页/共74页652.2.多效蒸发计算
12、举例例题：（自学）第65页/共74页66多效蒸发和单效蒸发的比较1.1.溶液的温度差损失 若操作条件相同，则多效蒸发的总温度差损失较单效蒸发要大。第66页/共74页67第67页/共74页682.2.经济性单位蒸汽消耗量效数 一效 二效 三效 四效 五效(D/W)min 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 第68页/共74页693.3.蒸发器的生产能力和生产强度 由于多效蒸发时的温度差损失较单效时要大，故多效蒸发时的生产能力较小。由于多效蒸发面积、温度差损失大，故多效蒸发时的生产强度较小。第69页/共74页704.4.多效蒸发中效数的限制及最佳效数 由于多效蒸发的总温度差损失受总有效温度
13、差的限制，所以多效蒸发的效数也有一定的限制。在多效蒸发中，效数增加，单位蒸汽消耗量减小，操作费用降低；但装置的投资费增加；且生产能力降低。所以，多效蒸发的效数存在最佳值，即最佳效数。第70页/共74页71提高加热蒸汽经济性的其他措施 1.抽出额外蒸汽 2.冷凝水显热的利用 3.热泵蒸发第71页/共74页725.4 5.4 蒸发器的工艺设计已知条件：溶液、完成液浓度、加热蒸汽压强。步骤：（1）根据溶液性质，选定蒸发器型式、冷凝器压强、加料方式、最佳效数；（2）选出或计算总传热系数，再计算传热面积；第72页/共74页73（3）选定或计算出蒸发器的主要工艺尺寸：加热管尺寸及管数、循环管尺寸、加热室外壳尺寸、分离室尺寸及附属设备的计算或选用。例5-4（P319）第73页/共74页74感谢您的观看！第74页/共74页