西安建筑科技大学：《化工原理》课程电子课件（上册）第七章 蒸发

第七章蒸发 化学工程与工艺研究所 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 1 第七章 蒸发 化学工程与工艺研究所 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

7.1概述 (1)蒸发操作的目的 (2)蒸发的流程 (3)加热蒸汽和二次蒸汽 (4)分类 (5)蒸发操作的特点 20094-26 2 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 2 7.1 概述 （1）蒸发操作的目的 （2）蒸发的流程 （3）加热蒸汽和二次蒸汽 （4）分类 （5）蒸发操作的特点 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

7.1概述 (1)蒸发操作的目的 ①获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ②脱除溶剂,将溶液增溶至饱和状态,随后加以冷却, 析出固体产物,即采用蒸发,结晶的联合操作以获得固体溶 质 ③除杂质,获得纯净的溶剂 20094-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 3 7.1 概述 （1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加 以冷却， 析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶 质。 ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

7.1概述 不凝性气休 (2)蒸发的流程 冷却水 二次蒸汽 料液 加热蒸汽 432 冷凝水 完成液 水 图7-1蒸发装置示意图 1加焦室;2加热管:3中央循环管; 1一蒸发室:5—除沫器;6冷凝器 2009-4-26 4 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 4 7.1 概述 （2）蒸发的流程 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

7.1概述 (3)加热蒸汽和二次蒸汽 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液,蒸发时产生的蒸汽也是 水蒸气。为了区别,将加热的蒸汽称为加热蒸汽,而由溶 液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽 (4)分类 ①按蒸发操作空间的压力可分为:常压,加压,或者减 压(真空)蒸发 ②按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发 20094-26 5 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 5 7.1 概述 （3）加热蒸汽和二次蒸汽 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液，蒸发时产生的蒸汽也是 水蒸气。为了区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶 液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。 （4）分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减 压（真空）蒸发。 ② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

7.1概述 (5)蒸发操作的特点 ①沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知:在相同温 度下,其蒸汽压纯溶剂的为低,因此,在相同的压力下,溶液的沸点高于 纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温度一定时,蒸发溶液时的传热温差就比蒸 发纯溶剂时来得小,而溶液的浓度越大,这种影响就越显著 ②溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。 ③溶剂汽化需吸收大量汽化热,因此蒸发操作是大量耗热的过程,节能 是蒸发操作应予考虑的重要问题 ④浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层,使 传热过程恶化 20094-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 6 7.1 概述 （5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知：在相同温 度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的压力下，溶液的沸点高于 纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温度一定时，蒸发溶液时的传热温差就比蒸 发纯溶剂时来得小，而溶液的浓度越大，这种影响就越显著。 ② 溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。 ③ 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作是大量耗热的过程，节能 是蒸发操作应予考虑的重要问题。 ④ 浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使 传热过程恶化。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

72单效蒸发 7.2.1单效蒸发的计算 (1)物料衡算 (2)热量衡算 (3)蒸发器传热面积的计算 (4)浓缩热和溶液的焓浓图 7.2.2蒸发设备中的温度差损失 (1)溶液的沸点升高和杜林规则 (2)液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 (3)因蒸汽流动阻力引起的温度差损失 (4)单效蒸发过程的计算 2009-4-26 7 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 7 7.2 单效蒸发 7.2.1 单效蒸发的计算 （1）物料衡算 （2）热量衡算 （3）蒸发器传热面积的计算 （4）浓缩热和溶液的焓浓图 7.2.2 蒸发设备中的温度差损失 （1）溶液的沸点升高和杜林规则 （2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 （3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失 （4）单效蒸发过程的计算 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

72.1单效蒸发的计算 对于单效蒸发,在给定的生产任务和确定了操作条件以 后,通常需要计算以下的这些内容: ①水分的蒸发量; ②加热蒸汽消耗量; ③蒸发器的传热面积。 要解决以上问题,我们可应用物料衡算方程、热量衡算 方程和传热速率方程来解决。 2009-4-26 8 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 8 7.2.1 单效蒸发的计算 对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以 后，通常需要计算以下的这些内容： ① 水分的蒸发量； ② 加热蒸汽消耗量； ③ 蒸发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、热量衡算 方程和传热速率方程来解决。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

72.1单效蒸发的计算 (1)物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发,且蒸发过程是个定态过程,单 位时间进入和离开蒸发器的量相等,即 W,H, T Fxo=(F-m)x 二次蒸汽 F 蒸发室 加料 水分蒸发量:W=F-x)(1)Dr,B 加热蒸汽 加热 (F-M), x, t,h, c 完成液 Fy 完成液的浓度:x (2) F-N D, Ts h 式中x0,x分别为料液、完成液的质量分数 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 9 7.2.1 单效蒸发的计算 （1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单 位时间进入和离开蒸发器的量相等，即 F, x0 , t0 , h0 加料 D, Ts , Hs 加热蒸汽 蒸发室 二次蒸汽 W, H, T 加热 D, Ts , hs (F - W), x, t,h, c 完成液 式中 x0，x——分别为料液、完成液的质量分数。 Fx (F W )x 0 = - (1 ) 0 x x 水分蒸发量：W = F - （1） F W Fx x - = 0 完成液的浓度： （2） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

72.1单效蒸发的计算 (2)热量衡算 对蒸发器作热量衡算,当加热蒸汽在饱和温度下排出 时, DHS+ Fho=(F-w)h+wH+ Dhs+e,(3) D(H,-h)=F(h-h0)+W(H-h)+Q1(4) 式中 D 加热蒸汽消耗量,kgs; t,t—加料液与完成液的温度,℃; h,h、——加料液,完成液和冷凝水的热焓,kJ/kg; H,H——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓,kJ/kg 式中热损失Q可视具体条件来取加热蒸汽放热量(DR) 的某一百分数。 2009-4-26 10 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 10 7.2.1 单效蒸发的计算 （2）热量衡算 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出 时， 式中 D —— 加热蒸汽消耗量，kg/s； t0，t —— 加料液与完成液的温度，℃； h0，h，hs —— 加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg； H，Hs—— 二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。 式中热损失Ql可视具体条件来取加热蒸汽放热量（DR） 的某一百分数。 DH + Fh = F -W h + WH + Dhs + Ql ( ) s 0 （3） D Hs - hs = F h - h + W H - h + Ql ( ) ( ) ( ) 0 （4） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn