化工原理学--蒸发讲义(ppt 57页)

溶质的存在可使溶液蒸汽压降低而沸点升高（主 要是无机盐溶液沸点升高Δ´较大）。
确定方法： tt0
纯水的沸点
与t0同压强下溶液的沸点
t'的获得： ① 利用杜林规则（有一定压力） ② 查有关资料、实验测定（常压）
不同压力下溶液的沸点与同压强下溶剂的沸 点成线性关系——杜林规则
某一浓度溶液的杜林线与浓度为零的直线之间的 垂直距离即为相应压力下该溶液的沸点升高Δ´ 。
第七章
蒸发
（Evaporation）
7.1 概述（General）
含有不挥发性溶质（如盐类）的溶液在沸腾条 件下受热，使部分溶剂化为蒸气的操作称为蒸发。
7.1.1 蒸发操作的目的和方法
目的：（1）稀溶液浓缩（成品、半成品）
（2）脱除溶剂（不挥发性溶质为产品） （3）脱除杂质，制取纯净的溶剂 蒸发装置： 蒸发器
无焓浓图时可用式 D 0 r F 0(tc t0) W Q r l
近似计算（但要求浓缩热不大时）
7.3.3 蒸发速率与传热温度差
蒸发速率
热负荷： Q=Dr0
溶液的沸点温度
传热速率： Q=Dr0=KA（T-t）
加热蒸汽的饱和温度
一个蒸发器蒸发能力的大小，由蒸发器的传热速 率控制。（K、A、T、t）
作为平均温度的粗略估计，按液面下1/5L处的沸
点温度进行计算：
pm
p
1 Lg
5
Pm ——平均温度下的饱和压力 P——液面上方二次蒸汽的压强（通常可以冷凝
器压强代替）
ρ——溶液密度
L——蒸发器内的液面高度
查出Pm及P对应下水的饱和蒸汽温度tm及 t 0
则 tmt0
温度差损失Δ ：
蒸发器内溶液沸点：
2、外加热式
结构： 采用长的加热管，
下降管不再受热， 加热室与下降管分开；
循环动力：密度差
优点： 循环速度高，
降低了设备高度， 易于清洗；
缺点： 静压引起的温差损失大
3、强制循环型蒸发器
循环动力： 机械能
优点：循环速度高
可用于粘稠物料 可获得高浓物料 延缓积垢
缺点：消耗外加动力
二、单程型蒸发器（Single Pass Evaporator）
冷凝器系统
加热蒸汽凝结水排出系统
分类： 连续；间歇
单效；多效
常压；减压（真空）；加压
7.1.2 蒸发操作的特点
蒸发属于热量传递过程，但又不同于一般的传热
（1）有相变化的恒温传热
（2）溶质浓度引起沸点升高 （3）溶剂气化，耗热量大 （4）溶质特殊物性
（析出结晶、产生泡沫、热敏性物料在高 温下变质或分解、粘度增高等）
7.2 蒸发设备（Evaporation Devices） 7.2.1 常用蒸发器
一、循环型蒸发器
（The Circulation Evaporator）
1、垂直短管式
（中央循环管式蒸发器）
循环动力：密度差
优点： 结构简单，操作可靠，
传热效果好，造价低；
缺点：循环速度低，易积污垢，
操作周期短，清洗不便。
易结垢物料
7.2.2 蒸发器的传热系数
传热系数仍用下式计算：
1 1
1
K 0
Ri i
强化蒸发器的传热：
（1）加热蒸汽侧：排不凝性气体；
（2）管壁除垢，尤其对于易结晶的液体；
（3）加热管内为汽液两相流，为增大管内沸腾给热 系数，应尽可能扩大环状流动区域。
各段给热系数不同：
环状流α最大
为强化传热：应减小预热段，使沸腾段呈环状流
常用蒸发器传热系数的经验值
7.2.3 蒸发辅助设备（Subsidiary）
除沫器：防止二次蒸汽夹带液沫
丝网式，折流板式，百叶窗式，旋风式，离心式
冷凝器和真空系统：
冷凝二次蒸汽，排除不凝性气体；
疏水器：
阻汽排水，同时能方便排出不凝性气体。
机械式，热膨胀式，热动力式
7.3 单效蒸发
内容： ①蒸发水量Ｗ（物料衡算） ②加热蒸汽消耗量Ｄ（热量衡算）
杜林线图中可得三个结论：
①溶液浓度小时， Δ´与压 强关系不大，可取常压下 数据 Δ´a 。
②浓度升高，溶液沸点显 著增加；
③不同压力下溶液的沸点与 同压强下溶剂的沸点成线 性关系
7.3.3.2 液柱静压头使溶液沸点升高
由于液柱本身的重量及在管内流动阻力损失，溶 液压强是变化的，相应沸点也是不同的。
t t0 t0 （7-9）
蒸发操作传热温度差（有效）为：
tTt(Tt0) （7-10）
t0——原料液进料温度，℃
t——完成液温度，即蒸发器内溶液温度℃
将i0、i代入(7-4)中
r二次汽潜热
D 0 F r(i i0 ) W (I i) Q l
整理得： DF0c(tt0)WrQl r0
（7-5）
加热蒸汽冷凝放出的热量用于水分汽化、原料液
升温至沸点和热损耗。
有焓浓图时用式 D 0 F r(i i0 ) W (I i) Q l 进行计算
溶液的沸点
蒸发器的传热温差不仅与蒸汽压力、溶液沸点 有关，还存在温度差损失。
温度差损失的定义
蒸发操作中，有效传热温度差低于理论传热 温度差的值，称作温度差损失（Δ）。
冷凝器操作压力下水的饱和温度
理论传热温差：
t Tto
加热蒸汽的饱和温度
有效（实际）传热温差： tTt
温度差损失 ：
tt
溶液沸点
7.3. 3.1 溶质造成的沸点升高Δ´
1、升膜式蒸发器
（Rising Film Evaporator ）
优点： 成膜好，
传热系数大
缺点：
仅适用于低粘度、 稀溶液，
不适用易结晶、 易结垢物料
2、降膜式蒸发器（Falling Film Evaporator）
优点：
物料停留时间短， 可用于粘度较高、
浓度较大的流体
缺点： 成膜困难，
传热系数不大， 不适用易结晶、
DF(ii0)W(Ii)Ql
r0
（7-4）
D——加热蒸汽量，kg/s
i0、i——料液、完成液的焓，kJ/kg r0、r——加热汽、二次汽潜热，kJ/kg
I——二次汽焓，kJ/kg
Байду номын сангаас
2、溶液浓缩热可以忽略（要求浓缩热不大时）
溶液的焓： i0 c0t0
i ct
c0、c——料液、完成液的比热容，kJ/(kg·℃)
③蒸发器传热面积Ａ（传热速率方程）
7.3.1 物料衡算
设：蒸发过程没有溶质的损失
F0w(FW)w
W F(1 w0 ) w
F——物料量，kg/s
W——蒸发水量，kg/s w0、w——料液、完成液的浓度（％质量）
7.3.2 热量衡算
1、溶液浓缩热不可忽略
D 0 F r0 i (F W )i W Q lI D 0 F r(i i0 ) W (I i) Q l