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5-蒸发3.ppt

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第五章 蒸 发,§5-4 多 效 蒸 发,目 的:为了减少加热蒸汽用量,减少能耗,,单效蒸发中每效蒸发 1 ㎏水大约需要 1 ㎏的加热蒸汽。如果要蒸发大量水分,必须耗大量的加热蒸汽,为减少加热蒸汽消耗量,可采用多效蒸发。,原 理:,前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽, 这样仅第一效需要消耗蒸汽。多效蒸发要求后一 效的操作压强和溶液的沸点均比前一效的低,所 以第一效的二次蒸汽便可作为后一效的加热蒸 汽,即后一效的加热室可作为前一效的冷凝器, 这就是多效蒸发的操作原理。,将多个蒸发器连接起来一同操作,即组成一 个蒸发器,每个蒸发器称为一效,通入生蒸汽的 蒸发器称为第一效,利用第一效的二次蒸汽作为 加热蒸汽的称为第二效,以此类推。由于各效的 (除了最后一效)二次蒸汽都作为后一效的加热 蒸汽,这样就提高了生蒸汽的利用率,即蒸发同 样数量的水分,采用多效蒸发所需的生蒸汽 D 将 小于单效蒸发所需的加热蒸汽量。,例,忽略热损失、温度差损失等,在理论上双效 蒸发中第一效 1 ㎏ 加热蒸汽可产生 1 ㎏ 二次蒸 汽,第二效 1 ㎏ 二次蒸汽又可在第二效中蒸发1 ㎏水。所以 1 ㎏ 生蒸汽在双效中可蒸发 2 ㎏ 水分,即 D / W = 0.5,三效蒸发中:1 ㎏ 水分 可蒸发 3 ㎏,所以 D / W = 0.333,根据经验,最小D/W数值如下表:,可看出,由于多效蒸发可节省生蒸汽用量, 所以在蒸发大量水分时,可采用多效蒸发,但并 非效数越多越好。常用的是双效、三效、四效。,§5-4-1 多效蒸发的操作流程,以三效为例,按加料方式不同可分为:,1、并流(顺流)加料法,2、逆流加料法,3、平流加料法,1、并流(顺流)加料法的蒸发流程,料液和加热蒸汽的流向相同,即均由第一效顺序至末效。,,,,加热蒸汽进入第一效的加热室,蒸发出的二 次蒸汽进入第二效的加热室作为第二效的加热蒸 汽,第二效的二次蒸汽又进入第三效,作为第三 效的加热蒸汽,第三效的二次蒸汽则被送至冷凝 器全部冷凝。,原料液进入第一效,浓缩后由底部排出,依 次流入第二效和第三效又被连续浓缩,完成液由 底部排出。即蒸汽与料液流向相同,都是从第一 效至地三效。,优 点:,(1) 由于后效蒸发室压强比前一效来得低,故前 一效溶液进入后一效时,利用了效间的压强差, 而不必另外用泵。,(2) 由于后一效的溶液沸点较前一效低,故前一 效溶液进入后一效时,会因过热而自行蒸发,常 称为自然蒸发或闪蒸,因而可产生更多的蒸汽。,缺 点:,由于后一效浓度较前一效高,且温度又较前 一效低,所以沿流动方向上浓度逐渐升高,致使 传热系数逐渐下降。,并流法是最常见的蒸发流程。,2、逆流法,原料液由末效加入,用泵输送至前一效,完 成液由第一效底部排出。,加热蒸汽流向仍是由第一效顺序至末效。蒸汽与料液流向相反,因而称为“逆流法”。,3、平流加料法,该流程主要应用于蒸发过程中容易析出结晶的场合。,§ 5-4-2 多效蒸发的设计型计算,多效蒸发计算比单效蒸发计算要复杂得多, 因为它的未知较多,一般已知:,进料量F,及其浓度 x0 和温度 t0第一效加热蒸汽温度 T1 或压力 P1冷凝器中饱和蒸汽温度T3 / 或蒸发室压力PS 完成液浓度x3,各效的k及焓、比热等,1、各效溶剂的蒸发量,Wi2、第一效加热蒸汽消耗量,D 3、各效溶液沸点,ti4、各效传热面积,Si,未 知:,计算方法的 基本思想,物料衡算,,热量衡算,传热基本方程,对整个系统作溶质的物料衡算得:,一、基本关系,1、多效蒸发的物料衡算(以三效并流法为例),或,而,对任一效作溶质的物料衡算:,或,多效蒸发中,一般仅知道原料液和末效完成 液的浓度,而其它各效的浓度均为未知量,所以 利用物料衡算只能求得总蒸发量W,至于各效蒸 发量 Wi 及溶液浓度 xi 还需结合焓衡算求得。,2、多效蒸发的焓衡算(以三效并流为例),参考上图,对于各效作焓衡算:,第一效:,适用条件:加热蒸汽冷凝成饱和温度的水排出,蒸发器热 损失不计。若忽略稀释热,则溶液的焓可用比热 来计算。以0℃为基准:,同理,可写出第二效及第 i 效的焓衡算式:,式中:,或,推广到第 i 效:,A 式,式中:,,由 A 式可求得第 i 效的蒸发量,即:,注 意:推导上式是在假设忽略稀释热及热损失情况下得出的,如不能忽略,则应将上式进行校正。即:,一般校正系数 取0.96~0.98,对于稀释热较大的溶液,例如 NaOH 水溶液 的 与浓度 x 有关:,△x:浓度的变化,所以不能忽略稀释热时,可由两种方法求解 Wi,①、直接用焓浓图计算,即查出溶液各温度下的焓值,代入公式计算,②、用比热计算,然后再乘以校正系数,3、传热速率方程和有效温度差在各效中的分配,对任一效传热速率方程,则可求得:各效传热面积,S
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