8蒸發(fā)

8.1概述8.2單效蒸發(fā)8.3多效蒸發(fā)8.4蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強度及校數(shù)的限制8.5蒸發(fā)設備8.1概述（1）定義：利用溶質(zhì)和溶劑揮發(fā)度的差異，將溶液加熱至沸騰，使其中的部分溶劑汽化并被移出，而溶質(zhì)則不揮發(fā)，以提高溶液中溶質(zhì)濃度的操作。

（2）蒸發(fā)操作的目的

①

獲得濃縮的溶液直接作為化工產(chǎn)品或半成品。

②

脫除溶劑，將溶液增溶至飽和狀態(tài)，隨后加以冷卻，析出固體產(chǎn)物，即采用蒸發(fā)，結(jié)晶的聯(lián)合操作以獲得固體溶質(zhì)。③

除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑。

8.1概述（3）蒸發(fā)操作的特點傳熱性質(zhì)：屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過程。②溶液性質(zhì)：熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶性、結(jié)垢性、泡沫、粘度、揮發(fā)性風味物質(zhì)等。③沸點升高：當加熱蒸氣一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)純水的溫度差。泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設備污染。能源利用：二次蒸氣的利用是蒸發(fā)操作中要考慮的關鍵問題之一。8.1概述（4）加熱蒸汽和二次蒸汽蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸汽也是水蒸氣。為了區(qū)別，將加熱的蒸汽稱為加熱蒸汽，而由溶液蒸發(fā)出來的蒸汽稱之為二次蒸汽。（5）分類①按蒸發(fā)操作空間的壓力可分為：常壓，加壓，或者減壓（真空）蒸發(fā)。②按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。

8.1概述減壓（真空）蒸發(fā)的特點1）溶液沸點降低，增大了傳熱溫差；

2）操作溫度低，不易結(jié)焦，并減少熱損失3）適用熱敏性溶液；

4）利用低壓（廢熱）蒸汽。缺點：1）μ↗、α↙、K↙；

2）減壓裝置、能耗。8.2單效蒸發(fā)

7.2.1單效蒸發(fā)的計算對于單效蒸發(fā)，在給定的生產(chǎn)任務和確定了操作條件以后，通常需要計算以下的這些內(nèi)容：①分的蒸發(fā)量；②

熱蒸汽消耗量；③發(fā)器的傳熱面積。要解決以上問題，我們可應用物料衡算方程，熱量衡算方程和傳熱速率方程來解決。

8.2單效蒸發(fā)1單效蒸發(fā)的流程

8.2.1單效蒸發(fā)的計算（1）水分蒸發(fā)量單位時間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)出來的水分量，kg/s。溶質(zhì)在蒸發(fā)過程中不揮發(fā)，且蒸發(fā)過程是個定態(tài)過程，單位時間進入和離開蒸發(fā)器的量相等，即水分蒸發(fā)量：

完成液的濃度：

8.2.1單效蒸發(fā)的計算（2）加熱蒸汽消耗量當加熱蒸汽所放出的熱量主要用于三個方面：1)水分氣化所需的潛熱；2)溶液升溫至沸點時所需的顯熱；3）蒸發(fā)器的熱損失。式中——加熱蒸汽消耗量，kg/s；t1、t2——原料液與完成液的溫度，℃；——加熱蒸汽和二次蒸汽的氣化潛熱，kJ/kg。Cpm——原料液的平均比熱容，KJ/(kg.℃)

式中熱損失可視具體條件來取加熱蒸汽放熱量的某一百分數(shù)。

（3）（2）單效蒸發(fā)的計算利用上式求取加熱蒸汽的消耗量：若原料液在沸點下進料，QL忽略不計，則：

單位蒸汽的消耗量：每蒸發(fā)1kg水分所消耗的蒸汽量，即：

沸點進料，e≈18.2.1單效蒸發(fā)的計算（3）蒸發(fā)器傳熱面積的計算由傳熱速率方程得

式中——蒸發(fā)器傳熱面積，m2；——傳熱量，w；——傳熱系數(shù)，w/m2·K；——平均傳熱溫差，K。（3）蒸發(fā)器傳熱面積的計算由于蒸發(fā)過程的蒸汽冷凝和溶液沸騰之間的恒溫差傳熱，，且蒸發(fā)器的熱負荷，所以有

蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)可用傳熱的知識計算，若以外表面為基準，則：垢層熱阻值可按經(jīng)驗數(shù)值估算。管外側(cè)的蒸氣冷凝傳熱系數(shù)可按膜式冷凝傳熱系數(shù)公式計算，管內(nèi)側(cè)溶液沸騰傳熱系數(shù)則按管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)關聯(lián)式計算。8.2.2蒸發(fā)設備中的溫度差損失

在蒸發(fā)過程中，加熱兩側(cè)流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下，可近似按恒溫傳熱處理。故在計算傳熱面積時，應按最小溫差計算，即由完成液的沸點按下式計算：式中Ts——加熱蒸氣的飽和溫度，℃；

t2——完成液的沸點，℃。例：在單效薄膜式蒸發(fā)器內(nèi)，將番茄汁從固形物含量12%濃縮到28%。番茄汁已預熱到最高許可溫度60℃后進料。采用表壓為70kPa的飽和水蒸氣加熱。設蒸發(fā)器傳熱面積為0.4m2，傳熱系數(shù)1500W/(m2·K)。試近似估算蒸汽消耗量和原料液流量。解：

表壓為70kPa，則絕對壓強為171.3kPa。在此絕對壓強下，查得加熱蒸汽飽和溫度為114.5℃，汽化潛熱為2210kJ/kg，由傳熱速率公式：Q＝S0K0Δt＝1500×0.4×(114.5-60)＝32700W則蒸汽消耗量為：D＝Q/r＝32700/(2210×103)＝0.0148kg/s＝53.3kg/h查得60℃下水的汽化潛熱為2340kJ/kg，則蒸發(fā)量為：W＝Q/r′＝32700/(2340×103)＝0.014kg/s＝50.3kg/h原料液流量為：8.3多效蒸發(fā)

8.3.1多效蒸發(fā)原理

多效蒸發(fā)要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，僅第一效需要消耗生蒸汽。利用二次蒸汽的潛熱提高了生蒸汽的利用率，即經(jīng)濟性。

8.3.1多效蒸發(fā)蒸汽的經(jīng)濟性（利用率）效數(shù)

單效

雙效

三效

四效

五效

理論最小值

1

1/2

1/3

1/4

1/5

實際最小值

1.1

0.57

0.4

0.3

0.27

表1

單位蒸氣消耗量

強調(diào)：蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒有提高蒸發(fā)量，而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價則是設備投資增加。8.3.2多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)操作蒸汽與物料的流向有多種組合，常見有：并流：溶液與蒸汽的流向相同。逆流：溶液與蒸汽的流向相反。平流：原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。8.3.2多效蒸發(fā)流程（1）并流流程8.3.2多效蒸發(fā)流程缺點：料液濃度逐漸增高，而操作溫度依次降低，易引起后效的溶液黏度偏高，傳熱效果降低。

優(yōu)點：

在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；

料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；

料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。

8.3.2多效蒸發(fā)流程（2）逆流流程8.3.2多效蒸發(fā)流程（2）逆流流程

料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。

優(yōu)點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系

數(shù)較大。

各效進料溫度均低于沸點，故產(chǎn)生的二次蒸汽量較少。缺點：（1）各效間需用泵輸送；

（2）無自蒸發(fā)；

8.3.2多效蒸發(fā)流程（3）平流流程8.3.2多效蒸發(fā)流程（3）平流流程原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過程中伴有結(jié)晶析出的溶液。

8.3.3蒸發(fā)過程的節(jié)能措施（1）多效蒸發(fā)（2）冷凝水熱量的利用（3）二次蒸汽的再壓縮（熱泵蒸發(fā)）（4）額外蒸汽8.4多效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強度和效數(shù)的限制