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化工原理蒸发.ppt

化工原理蒸发.ppt

上传者: 逝水东去 2011-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《化工原理蒸发ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含蒸发蒸发概述单效蒸发多效蒸发蒸发设备概述概述()蒸发操作的目的获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。脱除溶剂将溶液增溶至饱和状态随后加以冷却析出固符等。

蒸发蒸发概述单效蒸发多效蒸发蒸发设备概述概述()蒸发操作的目的获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。脱除溶剂将溶液增溶至饱和状态随后加以冷却析出固体产物即采用蒸发结晶的联合操作以获得固体溶质。 除杂质获得纯净的溶剂。()蒸发的流程概述概述()加热蒸汽和二次蒸汽蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气而蒸发的物料大多是水溶液蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。为了区别将加热的蒸汽称为加热蒸汽而由溶液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。()分类按蒸发操作空间的压力可分为:常压加压或者减压(真空)蒸发。按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。概述概述()蒸发操作的特点沸点升高蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知:在相同温度下其蒸汽压纯溶剂的为低因此在相同的压力下溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定时蒸发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小而溶液的浓度越大这种影响就越显著。节约能源物料的工艺特性本章的重点就是研究上述问题同时还考虑从二次蒸汽中分离夹带液沫的问题。单效蒸发单效蒸发单效蒸发的计算对于单效蒸发在给定的生产任务和确定了操作条件以后通常需要计算以下的这些内容:分的蒸发量 热蒸汽消耗量发器的传热面积。要解决以上问题我们可应用物料衡算方程热量衡算方程和传热速率方程来解决。单效蒸发的计算单效蒸发的计算()物料衡算溶质在蒸发过程中不挥发且蒸发过程是个定态过程单位时间进入和离开蒸发器的量相等即水分蒸发量:完成液的浓度:单效蒸发的计算单效蒸发的计算()热量衡算对蒸发器作热量衡算当加热蒸汽在饱和温度下排出时()()()热量衡算()热量衡算用以上两个式子进行计算时必须预知溶液在一定浓度和温度下的焓。对于大多数物料的蒸发可以不计溶液的浓缩热而由比热求得其焓。习惯上取为基准即时的焓为零则有代入前面的两式得:()热量衡算()热量衡算为了避免使用不同溶液浓度下的比热可以近似认为溶液的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系即()热量衡算()热量衡算由式()或式()可得加热蒸汽的消耗量为:()热量衡算()热量衡算沸点进料并忽略热损失和溶液浓度较低时则或单效蒸发的计算单效蒸发的计算()蒸发器传热面积的计算由传热速率方程得()蒸发器传热面积的计算()蒸发器传热面积的计算由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热且蒸发器的热负荷所以有单效蒸发的计算单效蒸发的计算()浓缩热和溶液的焓浓图如图为NaOH水溶液从为基准温度的焓浓图。蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失传热温差损失溶液沸点有效传热温差温度差损失的原因:溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂(水)在同一温度下的蒸汽压为低致使溶液的沸点比纯溶剂(水)高蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管是产生的摩擦阻力都导致溶液沸点的进一步上升。蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失()溶液的沸点升高和杜林规则在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸点成线性关系:()溶液的沸点升高和杜林规则()溶液的沸点升高和杜林规则如图为不同浓度NaOH水溶液的沸点与对应压强下纯水的沸点的关系由图可以看出当NaOH水溶液浓度为零时它的沸点线为一条对角线即水的沸点线其它浓度下溶液的沸点线大致为一组平行直线。()溶液的沸点升高和杜林规则()溶液的沸点升高和杜林规则由该图可以看出:浓度不太高的范围内由于沸点线近似为一组平行直线因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关而可取大气压下的数值浓度范围只需要知的两个不同压强下溶液的沸点则其他压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失()液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响按液面下处L溶液的沸腾温度来计算液体在平均温度下的饱和压力:式中液面上方二次蒸汽的压强(通常可以用冷凝器压强代替)Pa蒸发器内的液面高度m。()液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响()液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响液柱静压强引起的溶液温度升高:所以沸腾液体的平均温度为:在大多数教材中液柱内部的平均压力取的是液面压力和液柱底部压力的平均值即蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失()因蒸汽流动阻力引起的温度差损失在多效蒸发中末效以前的二次蒸汽流到下一效的加热室的过程中为克服管道阻力使其压强降低二次蒸汽的温度也相应的降低由此引起的温度差损失为。总的温度差损失蒸发过程的传热温度差(有效温度差):蒸发设备中的温度差损失蒸发设备中的温度差损失()效蒸发过程的计算设计型计算:给定蒸发任务要求设计经济上合理的蒸发器。给定条件:料液流量浓度温度以及完成液浓度设计条件:加热蒸汽的压强以及冷凝器的操作压强主要由可供使用的冷却水温度来决定计算目的:根据选用的蒸发器形式确定传热系数计算所需供热面积及加热蒸汽用量。()效蒸发过程的计算()效蒸发过程的计算操作型计算:已知蒸发器的结构形式和蒸发面积多效蒸发多效蒸发利用二次蒸汽的潜热利用冷凝水的显热(如预热原料液)多效蒸发蒸汽的经济性(利用率)多效蒸发蒸汽的经济性(利用率)多效蒸发蒸汽的经济性(利用率)多效蒸发流程多效蒸发流程多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合常见的有:并流:溶液与蒸汽的流向相同称并流。逆流:溶液与蒸汽的流向相反称逆流。错流:溶液与蒸汽在有些效间成并流而在有些效间成逆流。平流:每一效都加入原料液的方法。下面以三效为例加以说明:()并流流程(图)蒸汽流动方向:溶液流动方向:多效蒸发流程多效蒸发流程()并流流程优点:由于前效的压强较后效高料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送溶液由前一效流入后一效处于过热状态会放出溶液的过热量形成自蒸发可产生更多的二次蒸汽因此第三效的蒸发量最大。缺点:溶液浓度便使得溶液温度便使得多效蒸发流程多效蒸发流程()逆流流程图蒸汽流动方向:溶液流动方向:优点:、对的影响大致抵消各效的基本不变。缺点:由于前效压强较后效高料液从后效往前一效要用泵输送。各效进料(末效除外)都较沸点低自蒸发不会发生所需要热量大。多效蒸发流程多效蒸发流程()错流流程溶液流向:或蒸汽流向:优点:兼有逆流与并流的优点。缺点:操作较复杂。()平流流程图各效分别进料并分别出料二次蒸汽多次利用对易结晶的物料较合适(因为结晶体不便在效与效之间输送)。多效蒸发的生产能力、蒸发强度和效数的限制多效蒸发的生产能力、蒸发强度和效数的限制()蒸发器的生产能力和蒸发强度蒸发器的生产能力可用单位时间内水分总蒸发量W来表示而生产强度为单位传热面积的蒸发量()在三效蒸发器中蒸发器的生产强度为()蒸发器的生产能力和蒸发强度()蒸发器的生产能力和蒸发强度()蒸发器的生产能力和蒸发强度()蒸发器的生产能力和蒸发强度多效蒸发的生产能力、蒸发强度和效数的限制多效蒸发的生产能力、蒸发强度和效数的限制由于可以看出蒸发设备的生产强度取决于和因此要提高必须提高和。()多效蒸发效数的限制前面我们讲过效数增多设备的生产强度降低而加热蒸汽经济性提高因此必须合理选择效数以便设备费和操作费之和最少。这是一个优化问题。()多效蒸发计算描述多效蒸发过程的参数很多但各类参数之间受到一些基本方程的约束这些基本方程可分为:物料衡算式热量衡算式传热速率式及物性函数式(如水蒸气性质物料热焓及沸点上升等)。()多效蒸发计算()多效蒸发计算提高加热蒸汽经济程度的其他措施提高加热蒸汽经济程度的其他措施()额外蒸汽的方法不考虑同压力下蒸发潜热的差别自蒸发的影响和热损失等次要因素并假设进料是在沸点下进入则可认为每kg加热蒸汽的蒸发kg水。以三效蒸发器为例可推出(见图)()额外蒸汽的方法()额外蒸汽的方法()额外蒸汽的方法()额外蒸汽的方法提高加热蒸汽经济程度的其他措施提高加热蒸汽经济程度的其他措施()二次蒸汽的再压缩(热泵蒸发)()冷凝水热量的利用(图)蒸发设备蒸发设备蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备蒸发器蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多样的形式以适应各种生产工艺的不同要求。按照溶液在加热室中的运动的情况可将蒸发器分为循环型和单程型(不循环)两类。()循环型蒸发器特点:溶液在蒸发器中循环流动因而可以提高传热效果。由于引起循环运动的原因不同。有分为自然循环型和强制循环型两类。自然循环:由于溶液受热程度不同产生密度差引起。强制循环:用泵迫使溶液沿一定方向流动。()循环型蒸发器()循环型蒸发器垂直短管式(图)()循环型蒸发器()循环型蒸发器热式加热室与蒸发室分开(图)()循环型蒸发器()循环型蒸发器循环蒸发器(图)()单程型蒸发器()单程型蒸发器升膜式蒸发器(图)适用于:蒸发量大(较稀的溶液)热敏性及易起泡的溶液。不适用于:高粘度易结晶、结垢的溶液。()单程型蒸发器()单程型蒸发器降膜式蒸发器(图)适用于:粘度大的物料不适用于:易结晶的物料固形成均匀的液膜较难不高。()单程型蒸发器()单程型蒸发器刮片式蒸发器(图)特点:借外力强制料液呈膜状流动可适应高粘度易结晶、结垢的浓溶液蒸发缺点:结构复杂制造要求高加热面不大且需要消耗一定的动力蒸发器的传热系数蒸发器的传热系数()蒸发器的热阻分析蒸发器的传热热阻可由下式计算管外蒸汽冷凝热阻一般很小但须注意及时排除加热室中不凝性气体否则不凝性气体在加热室内不断积累将使此项热阻明显增加管壁热阻一般可以忽略蒸发器的传热系数蒸发器的传热系数管内壁液一侧的垢层热阻取决于溶液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的方法是定期清理加热管加快流体的循环速度或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层在处理有结晶析出的物料时可加入少量晶种使结晶尽可能地在溶液的主体中而不是在加热面上析出管内沸腾给热阻主要决定于沸腾液体的流动情况。()管内汽液两相流动形式()管内沸腾给热辅助设备辅助设备蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。具体的结构与设计可自己看书或是查阅相关资料在课程设计中还会详细用到。

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