化工原理（上册） 教学课件 作者 钟理伍钦马四朋 主编 上册( 第5章,蒸发) 蒸发4.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第四节 多效蒸发 蒸发是一种消耗能量很大的单元操作。在单效蒸发中已得知，蒸发1kg水需要1kg以上的加热水蒸气。 4-1 多效蒸发的流程 在多效蒸发过程中，使用前一效的二次蒸汽作为下一效的加热介质。物料的增浓方向与二次蒸汽的流向不同时，多效蒸发过程有不同的特点。因此，多效蒸发操作可采用不同的流程。 4-1-1 并流操作 并流操作是物料的增浓 方向与二次蒸汽的流动方 向一致。即经第一效提浓 的物料进入第二效继续蒸 发；而第一效的二次蒸汽 则作为加热蒸汽送入第二 效。第三效、第四效等进 行同样的操作直到物料的 浓度达到要求为止。 并流操作的特点 由于多效蒸发，后一效的压力总是比前一效的为低，所以并流操作有如下特点： 4-1-1 逆流操作 逆流操作是物料的 增浓方向与二次蒸 汽的流动方向相反 见图【5-11】 。 逆流操作，若料液从最后一效加入，则由 于各效的压力递减方向与加料方向相反， 因此各效之间料液的输送要用泵。 4-2 多效蒸发的计算 多效蒸发的已知量是：进料条件、完成液 浓度、生蒸汽压力和冷凝器的压力。 4-2-1 物料衡算 1、总蒸发水量W 若各效的蒸发水量分别为：W1,W2,······,Wn 见图【5-12】 。则总蒸发水量为 2、各效浓度xi的计算 各物理量的表示见图【5-12】，对于任何一效I对 溶质作物料衡算 因此，第I效浓缩液的浓度为 4-2-2 热量衡算 准确的热量衡算的方法是焓衡算，但为了 简化计算，象单效蒸发一样对于多效蒸发 采用近似的计算方法，忽略稀释热、温度 差对比热容的影响及热量损失。 第二效： 因此可用式【5-18】计算第I效的蒸发量Wi。 4-3 蒸发传热面积 根据传热速率方程 因此，传热速率方程 蒸发器传热面积的计算基本原理与传热一样 。对纯物质蒸发，如果不考虑液柱的对沸点 的影响，很容易出计算各效的传热面积。但 蒸发器传热面积的计算有其特殊性。 3、长管蒸发器中液柱较高，二次蒸汽压力 不等于液体内部压力； 计算步骤 由给定的生蒸汽压力和末效二次蒸汽压力 的差值，使用各效压差平均分配法，由第 一效开始推算各效的操作压力。计算如下 各效二次蒸汽的压力为 用该值查的标准溶液的沸点，再用该沸点和 该效溶液的浓度查杜林规则，即得溶液的沸 点 6、等面积分配 上述计算的蒸发器传热面积不一定相等，工 业上为了加工和安装等方便，蒸发器传热面 积按等面积设计。 比较式【5-19】和式【5-23】，改为等面积 分配，则温差分配表示为 重新计算各物理量，最后计算的传热面积， 如果相等或相近，即为所求。 * * 尚辅网 在工业蒸发中，从物料到产品，浓度跨度很大。采用连续的单效蒸发会产生两个问题：1、浓度跨度太大难以操作；2、二次蒸汽不能重复利用，能耗大。因此应采用多效蒸发。 尚辅网 尚辅网 图【5-10】 尚辅网 1、各效间的压力差自动地将溶液输送入下一效，不需外加泵。 2、后一效的溶液沸点较前一效低，因此当前一效溶液进入后一效时，溶液发生闪蒸。 3、由于后一效的溶液较前一效沸点低，而浓度增加，因此粘度依次增大。 尚辅网 图【5-11】 尚辅网 另外，逆流操作无自蒸发作用，因此需要消耗更多的能量。 逆流操作因为浓度的递增方向与温度的递增方向一致，因此使用于蒸发粘度随温度和浓度变化比较大的溶液，不适合于热敏性物料的蒸发。 尚辅网 需要计算的量主要是：水分蒸发量、生蒸汽消耗量和蒸发器的加热面积。 尚辅网 W= W1+ W2 +······ + Wn 对整个蒸发系统的溶质作物料衡算，则 因此 尚辅网 1 加热器 2 加热器 i 加热器 图【5-12】 F xo = (F – W1 – W2 -····· - Wi) xi 【5-15】 尚辅网 【5-16】 尚辅网 第一效： 【5-17】 尚辅网 式中 【5-18】 第 i 效： 式中 尚辅网 【5-18a】 因为上式的计算为考虑热损失和其他因素，所以计算时在式【5-18a】的右侧乘系数ηi，一般可取ηi为0.96-0.98。对稀释热较大的溶液， ηi值还与溶液的浓度有关。 尚辅网 在蒸发过程中，由于加热介质是饱和蒸汽，而溶液是在沸点下蒸发。所以温度差为 式中 T、t分别为加热蒸汽和二次蒸汽的温度 尚辅网 若已知各效的加热量和传热系数，则多效蒸发器各效的传热面积可由以下各式计算 【5-19】 尚辅网 1、各效操作压力未知，只给出生蒸汽和末效二次蒸汽的压力； 2、因为溶液中溶质的存在，使得其沸点不等于相应效的二次蒸汽温度； 尚辅网 4、多效蒸发器设计，一般要求各效尺寸相同，这意味着设计时各效传热面积要相等。 蒸发器传热面积计算的关键是：确定各效加热蒸汽和相应效溶液在蒸发过程中的温度差Δt。计算步骤如下： 尚辅网 【