5.2 单效蒸发
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5.2 单效蒸发. D. A. 已知: F、x 0 、t 0 、x 计算内容: L、 W 、 加热蒸汽量 D 、 加热面积. 一、物料衡算. 5.2 单效蒸发. 稀释热. 二、能量衡算. -----查焓浓图. a. 无明显浓缩热的体系. 5.2 单效蒸发. 假定: ① H s -h s =R( 加热蒸汽汽化潜热); ② h h 0 ; ③ H-h r( 二次蒸汽汽化潜热); ④ Q l 0. 汽化1 kg 水所消耗的蒸汽量,其值约为1。实际上 D/W=1.1. 5.2 单效蒸发. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Yang CP, PhD, PE,
Professor 1/23
5.2 单效蒸发已知: F、 x0、 t0、 x
计算内容: L 、 W 、加热蒸汽量 D 、加热面积
二次蒸汽 W,T
料液 蒸发室 F,x0,t0
加热室 完成液 L,x, t
一、物料衡算
0FxLx
WFL
x
xFW 01
D A
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二次蒸汽 W,T ,H
料液 蒸发室F, t0, h0,c0
D, Ts ,Hs
加热室 完成液 L,t,h, c
D, Ts ,hs
二、能量衡算
lss QDhhWFWHFhDH 0
ss
l
hH
QhHWhhFD
0
txfh , ----- 查焓浓图
a. 无明显浓缩热的体系
000 tch
cth
5.2 单效蒸发
稀释热
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假定: ① Hs-hs =R (加热蒸汽汽化潜热); ② h h0;
③ H-h r (二次蒸汽汽化潜热); ④ Ql 0
汽化 1kg 水所消耗的蒸汽量,其值约为 1 。实际上 D/W=1.1
二次蒸汽 W,T ,H
料液 蒸发室F, t0, h0,c0
D, Ts ,Hs
加热室 完成液 L,t,h, c
D, Ts ,hs
R
WrD
R
r
W
D
5.2 单效蒸发
ss
l
hH
QhHWhhFD
0
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b. 有明显浓缩热的体系先按 情况 a 计算,然后再校正。
5.2 单效蒸发
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三、加热面积 A 的计算
mtKAQ
DRQ
冷却水
料液
加热蒸汽
冷凝水
水 完成液 单效蒸发器
K 值约为 600~6000W/m2K
tTt sm
P
t 取决于: 冷凝器压力 P 、溶液浓度、蒸发室内液层深度,因此, t >T。
t
T
R
TD s ,,
2221
11
111
ARa
A
bRa
AKA m
P TTs
5.2 单效蒸发
△ =t -T----- 传热温度差损失
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冷却水
料液
加热蒸汽
冷凝水
水 完成液 单效蒸发器
P
t
T
R
TD s ,,
P
( 1 ) 溶液沸点升高(与同压力下纯溶剂相比) ------ 杜林规则 查图步骤: P→ 水的沸点→由杜林线查得某一浓度下的溶液
沸点。( 2 )蒸发室内液层深度引起的 与设备结构有关,有些设备 液柱可高达 3~6m ,有些设 备中此项损失可不计。( 3 )二次蒸汽的阻力损失引起的 此项影响很小,通常取 1 ℃ 左右。
5.2 单效蒸发• 引起传热温差损失△的原因:
△ =t -T----- 传热温度差损失
P
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5.3.1 多效蒸发及其流程
平流流程错流流程逆流流程并流流程
向分为按料液与二次蒸汽的走
5.3 多效蒸发
思考: P1 、 P2 、 P3 大小顺序?
321
321
TTT
PPP
1T
冷却水
料液
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
P
二次蒸汽
1 2 3
2T3T
并流流程:
并流流程优、缺点: ① 料液可自动流入下一效,无需泵输送; ② 溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽; ③ 传热推动力依次减小; ④ K 依次减小;
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冷却水
料液
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
逆流多效蒸发器
P
1T 二次蒸汽
1 2 3
2T 3T优、缺点: ① 料液需用泵送入下一效; ② 传热推动力较为均匀;
5.3 多效蒸发
逆流流程:
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料液
冷却水
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
错流多效蒸发器(2→ 3→ 1)
P
1T二次蒸汽
1 2 3
2T 3T优、缺点: ① 兼有并、逆流的优点; ② 操作复杂;
5.3 多效蒸发错流流程:
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料液
冷却水
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
平流多效蒸发器
P1T
1 2 3
2T 3T
平流流程优、缺点: ① 各效独立进料,传热状况均较好; ② 物料停留时间较短
思考: 1 、粘度随浓度变化很大的料液,宜采用哪一种流程? 平流、逆流或错流2、当最后浓缩液在高温下易被破坏时,宜采用哪一种流程? 并流3、当进料几乎是饱和液时,宜采用哪一种流程? 平流
5.3 多效蒸发平流流程:
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生产能力:单位时间的传热量或蒸发的水分量,用 Q 或 W 表示。
生产强度:单位时间、单位面积的传热量或蒸发的水分量,用 q 或 W/A表示。
5.3.2 多效蒸发与单效蒸发的比较 多效蒸发单位生蒸汽消耗量 D/W 比单效蒸发小,操作费比
单效蒸发小; 多效蒸发生产能力比单效蒸发小, 生产强度比单效蒸发小,
故设备费比单效蒸发大。
5.3 多效蒸发
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冷却水
料液
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
逆流多效蒸发器
证明: 多效与单效相比, 单位生蒸汽消耗量 小。W
D
D
W D W D W D
DWW
D
DWW
DW
D
3,3
1
2,2
1
1
三效时
二效时
单效时
5.3 多效蒸发
假设属理想情况,每一效 D/W=1
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冷却水
料液
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
逆流多效蒸发器
D
W W W D D D
D/W 实际值
单效 1.1
二效 0.57
三效 0.4
5.3 多效蒸发
小多效时W
D 多效时操作费少
注意:
操作费减小的幅度并不与效数成正比,效数越多,操作费减小的幅度成下降趋势。
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mtKAQ 单效:
333
222
111
3
3
3
m
m
m
tA
KQ
tA
KQ
tA
KQ
三效:
5.3 多效蒸发证明:多效与单效相比,生产能力低、生产强度小。
tTt sm TTs
TTKAQ s
冷却水
料液
加热蒸汽
冷凝水
水 完成液 单效蒸发器
P
A
t
T
D
D
冷却水
料液
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
逆流多效蒸发器
1T 2T T P
t
A/3A/3 A/3
KKKK 321假设
321321 3 mmm ttt
AKQQQQ
321
3222111
3
3
TTA
K
TTTTTTA
KQ
s
s
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5.3 多效蒸发
321
故相同生产能力下, A>A。
因此,多效蒸发的设备费大。
而且,效数越多,设备费增大的幅度越大。
因为
A
A
冷却水
料液
加热蒸汽
冷凝水
水 完成液 单效蒸发器
P
A
t
T
D
D
冷却水
料液
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
逆流多效蒸发器
1T 2T T P
t
A/3A/3 A/3
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总费用费用 设备费
操作费
效数
效。效以下,一般取效数不可过多,应在 3~26
5.3 多效蒸发
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采用多效 额外蒸汽的引出 采用热泵蒸发流程 冷凝水的自蒸发
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施
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采用多效
D/W 实际值
单效 1.1
二效 0.57
三效 0.4
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施
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E1 E2
W1 W2 W3 冷却水
料液
D
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
DW 1第一效:
1112 EDEWW 第二效:
21223 EEDEWW 第三效:
假设有 n+1 效,除最后一效外,每一效均抽出额外蒸汽,分别为 E1、 E2 ……、 En 。于是
1W
D理想情况:
额外蒸汽的引出 -----1kg 生蒸汽可换取 2kg 的额外蒸汽 ( 理想情况 )
n
nnn
EEED
EWWn
21
11效:第
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施
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E1 E2
W1 W2 W3 冷却水
料液
D
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
n
n
EEnnEDn
WWWW
21
121
11
nEn
En
nE
n
n
n
WD
1
1
1
1
11 21
不引出额外蒸汽时,有
DnWWWW n 1121
1
n
WD
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施
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E1 E2
W1 W2 W3 冷却水
料液
D
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
nEn
En
nE
n
nD
1
1
1
1
1 21
生蒸汽的补加量
kgEEE n 121 假设
kgn
D2
则总的额外蒸汽引出量E=nkg
2
1
E
D
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施
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二次蒸汽的汽化潜热比生蒸汽的大,若利用热泵给二次蒸汽加能,输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。提高其温度、压力,使其循环使用,可使单效蒸发的能量利用率胜过 3~5效的蒸发流程。
采用热泵蒸发流程
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施
热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利。
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将冷凝水减压而自蒸发,与二次蒸汽一起进入下一效作为加热蒸汽用。
E1 E2
W1 W2 W3 冷却水
料液
D
加热
蒸汽
冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
冷凝水的自蒸发
5.3.3 提高生蒸汽热能利用程度的措施