化工原理蒸发VIP专享VIP免费

化工原理第六章蒸发第一节基本概念蒸发操作可以在常压、加压或减压下进行。常压蒸发可用敞口设备，使二次蒸汽排入大气中。真空蒸发时溶液侧的操作压强低于大气压强，要依靠真空泵抽出不凝气体并维持系统的真空度。加压蒸发在加压下进行，因而溶液的沸点升高，产生的二次蒸汽的温度也高，就有可能利用二次蒸汽作为其他设备的加热剂。由上所述，蒸发过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程，因此，蒸发器也是一种换热器。但蒸发过程又具有不同于一般传热过程的特殊性：第一节基本概念（1）溶液中含有不挥发性溶质，故其蒸汽压较同温度下溶剂（其纯水）的为低，换言之，在相同的压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点。相同条件下，蒸发溶液的传热温差就比蒸发纯溶剂的传热温差小，溶液浓度越高这种现象越显著。因此，溶液的沸点升高是蒸发操作必须考虑的重要问题。（2）工业规模下，溶剂的蒸发量往往是很大的，需要耗用大量的加热蒸汽，同时产生大量的二次蒸汽，如何利用二次蒸汽的潜热，是蒸发操作中要考虑的关键问题。（3）溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构，例如，某些溶液在蒸发时可能结垢或析出结晶，在蒸发器的结构设计上应设法防止或减少垢层的生成，并应使加热面易于清洗。有些物料具有热敏性，有些则具有较大的黏度或具有较强的腐蚀性等等，需要根据物料的这些特性，设计或选择适宜结构的蒸发器。第二节单效蒸发溶液在由单个蒸发器和附属设备所组成的装置内蒸发，所产生的二次蒸汽不再利用的蒸发操作，称为单效蒸发。在生产规模不大的情况下，多采用单效蒸发。一、单效蒸发流程最常见的单效蒸发为减压单效蒸发，前述的硝酸铵溶液的蒸发即为单效真空蒸发，其流程如图6-1所示。加热蒸汽在加热室的管间冷凝，所放出的热量通过管壁传给沸腾的溶液。被蒸发的溶液自分离室加入，经蒸发后的浓缩液由器底排出。汽化产生的二次蒸汽在分离室及其顶部的除沫器中将夹带的液沫加以分离后送往冷凝器与冷却水相混而被冷凝，冷凝液由冷凝器的底部排出。溶液中的不凝性气体用真空泵抽走。第二节单效蒸发工业上的蒸发操作经常在减压下进行，减压操作具有下列特点：（1）减压下溶液的沸点下降，有利于处理热敏性的物料，且可利用低压的蒸汽或废蒸汽作为加热剂。（2）溶液的沸点随所处的压强减小而降低，故对相同压强的加热蒸汽而言，当溶液处于减压时可以提高传热总温度差；但与此同时，溶液的黏度加大，使总传热系数下降。（3）真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费和操作费提高。第二节单效蒸发D,T,hw(F-W)，w1,t1,h1加热室D,T,HF,w0,t0,h0W,T’,H’蒸发室图6-2单效蒸发示意图第二节单效蒸发二、单效蒸发的计算单效蒸发计算的主要内容有：水分蒸发量；加热蒸气消耗量；蒸发器的传热面积。计算的依据是：物料衡算、热量衡算和传热速率方程。1．水分蒸发量的计算对图6-2所示单效蒸发器作溶质的衡算，得或（6-1）10wWFFw)(10wwFW1第二节单效蒸发式中——原料液的流量，kg/h；——单位时间从溶液中蒸发的水分量，即蒸发量，kg/h；——原料液中溶质的质量分数；——完成液中溶质的质量分数。2．加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量通过热量衡算求得。通常，加热蒸汽为饱和蒸汽，且冷凝后在饱和温度下排出，则加热蒸汽仅放出潜热用于蒸发。若料液在低于沸点温度下进料，对热量衡算式整理得：（6-2）损QWrttFcDrQp'010)(第二节单效蒸发式中Q——蒸发器的热负荷或传热量，kJ/h；D——加热蒸气消耗量，kg/h；Cp0——原料液比热容，kJ/(㎏·℃)；t0——原料液的温度，℃；t1——溶液的沸点，℃；r——加热蒸汽的汽化潜热，kJ/㎏;r’——二次蒸汽的汽化潜热，kJ/㎏；Q损——蒸发器的热损失，kJ/h。第二节单效蒸发原料液的比热容可按下面的经验式计算（6-3）式中——水的比热容，kJ/(㎏·℃)；——溶质的比热容，kJ/(㎏·℃)。由式6-2得加热蒸汽消耗量为(6-4)0001wcwccBppp水水pcBpcrQWrttFcD01p0损‘)(第二节单效蒸发若溶液为沸点进料，则，设蒸发器的热损失忽略不计，则式6-4可简化为（6-5）或（6-6）式中D/W为蒸发1...