蒸發(fā)物料和熱量衡算

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1、化工原理授課講義第五章蒸發(fā)第五章蒸發(fā)本章學(xué)習(xí)要求1．熟練掌握的內(nèi)容單效蒸發(fā)過程及其計算（包括水分蒸發(fā)量、加熱蒸汽消耗量、有效溫度差及傳熱面積的計算）；蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強度和單位蒸汽消耗量。2．理解的內(nèi)容蒸發(fā)操作的特點；多效蒸發(fā)操作的流程及最佳效數(shù)。3．了解的內(nèi)容蒸發(fā)過程的工藝應(yīng)用與分類；常用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用場合；蒸發(fā)器的選用。多效蒸發(fā)過程的計算?！?.1概述一、蒸發(fā)操作及其特點工程上把采用加熱方法，將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)（通常為固體）的溶液在沸騰狀態(tài)下，使其濃縮的單元操作稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于化工、輕工、食品

2、、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域，其主要目的有以下幾個方面：1、濃縮稀溶液直接制取產(chǎn)品或?qū)馊芤涸偬幚恚ㄈ缋鋮s結(jié)晶）制取固體產(chǎn)品，例如電解燒堿液的濃縮，食糖水溶液的濃縮及各種果汁的濃縮等；圖5－1蒸發(fā)裝置示意圖2、同時濃縮溶液和回收溶劑，例如有機磷農(nóng)藥苯溶液的濃縮脫苯，中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)等；3、為了獲得純凈的溶劑，例如海水淡化等。圖5作者：烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系化工教研室第29頁共29頁化工原理授課講義第五章蒸發(fā)－1為一典型的蒸發(fā)裝置示意圖。圖中蒸發(fā)器由加熱室1和分離室2兩部分組成。加熱室為列管式換熱器，加熱蒸汽在加熱室的管間冷

3、凝，放出的熱量通過管壁傳給列管內(nèi)的溶液，使其沸騰并汽化，汽液混合物則在分離室中分離，其中液體又落回加熱室，當濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器。分離室分離出的蒸汽（又稱二次蒸汽，以區(qū)別于加熱蒸汽或生蒸汽），先經(jīng)頂部除沫器5除液，再進入混合冷凝器3與冷水相混，被直接冷凝后，通過大氣腿7排出。不凝性氣體經(jīng)分離器4和緩沖罐5由真空泵6排出。工程上，蒸發(fā)過程只是從溶液中分離出部分溶劑，而溶質(zhì)仍留在溶液中，因此，蒸發(fā)操作即為一個使溶液中的揮發(fā)性溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分離過程。由于溶劑的汽化速率取決于傳熱速率，故蒸發(fā)操作屬傳熱過程，蒸發(fā)設(shè)備為傳熱

4、設(shè)備，如圖5-1的加熱室即為一側(cè)是蒸汽冷凝，另一側(cè)為溶液沸騰的間壁式列管換熱器。此種蒸發(fā)過程即是間壁兩側(cè)恒溫的傳熱過程。但是，蒸發(fā)操作與一般傳熱過程比較，有以下特點：1、溶液沸點升高由于溶液含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，因此，在相同溫度下，溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑男。簿褪钦f，在相同壓力下，溶液的沸點比純?nèi)軇┑母?，溶液濃度越高，這種影響越顯著，這在設(shè)計和操作蒸發(fā)器時是必考慮的。2、物料及工藝特性物料在濃縮過程中，溶質(zhì)或雜質(zhì)常在加熱表面沉積、析出結(jié)晶而形成垢層，影響傳熱；有些溶質(zhì)是熱敏性的，在高溫下停留時間過長易變質(zhì)；有些物料具有較大的腐蝕

5、性或較高的粘度等等，因此，在設(shè)計和選用蒸發(fā)器時，必須認真考慮這些特性。3、能量回收蒸發(fā)過程是溶劑汽化過程，由于溶劑汽化潛熱很大，所以蒸發(fā)過程是一個大能耗單元操作。因此，節(jié)能是蒸發(fā)操作應(yīng)予考慮的重要問題。二、蒸發(fā)過程的分類1、按操作壓力分，可分為常壓、加壓和減壓（真空）蒸發(fā)操作，即在常壓（大氣壓）下，高于或低于大氣壓下操作。很顯然，對于熱敏性物料，如抗生素溶液、果汁等應(yīng)在減壓下進行。而高粘度物料就應(yīng)采用加壓高溫?zé)嵩醇訜幔ㄈ鐚?dǎo)熱油、熔鹽等）進行蒸發(fā)。2、按效數(shù)分，可分為單效與多效蒸發(fā)。若蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽直接冷凝不再利用，稱為單

6、效蒸發(fā)，如圖5-1所示，即為單效真空蒸發(fā)。若將二次蒸汽作為下一效加熱蒸汽，并將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，此蒸發(fā)過程即為多效蒸發(fā)。3、按蒸發(fā)模式分，可分為間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)。工業(yè)上大規(guī)模的生產(chǎn)過程通常采用的是連續(xù)蒸發(fā)。由于工業(yè)上被蒸發(fā)的溶液大多為水溶液，故本章僅討論水溶液的蒸發(fā)。但其基本原理和設(shè)備對于非水溶液的蒸發(fā)，原則上也適用或可作參考。§5.2單效蒸發(fā)過程作者：烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系化工教研室第29頁共29頁化工原理授課講義第五章蒸發(fā)5.2.1單效蒸發(fā)過程的計算單效蒸發(fā)設(shè)計計算內(nèi)容有：①確定水的蒸發(fā)量；②加熱蒸汽消耗量；③蒸發(fā)器

7、所需傳熱面積。在給定生產(chǎn)任務(wù)和操作條件，如進料量、溫度和濃度，完成液的濃度，加熱蒸汽的壓力和冷凝器操作壓力的情況下，上述任務(wù)可通過物料衡算、熱量衡算和傳熱速率方程求解。一、蒸發(fā)水量的計算對圖5-2所示蒸發(fā)器進行溶質(zhì)的物料衡算，可得由此可得水的蒸發(fā)量（5—1）及完成液的濃度（5—2）式中：圖5-2單效蒸發(fā)器F——原料液量，kg/h；W——蒸發(fā)水量，kg/h；L——完成液量，kg/h；x0——原料液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分數(shù)；x1——完成液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分數(shù)。二、加熱蒸汽消耗量的計算加熱蒸汽用量可通過熱量衡算求得，即對圖5-2作

8、熱量衡算可得：（5—3）或（5—3a）式中：H——加熱蒸汽的焓，kJ/kg;H′——二次蒸汽的焓，kJ/kg;h0——原料液的焓，kJ/kg;作者：烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系化工教研室第29頁共29頁化工原理授課講義第五章蒸發(fā)h1——完成液的焓，kJ/kg;hc——加熱室排出冷凝液的焓，k