7.3 多效蒸发.doc

多效蒸发福州大学化工原理电子教案蒸发蒸发装置的操作费用主要是汽化大量水分( W )所需消耗的能量。通常将每 1kg 加热蒸汽所能蒸发的水量(率, WD DW )称为蒸汽的经济性,或用溶液中蒸发出 1kg 水所需消耗的生蒸汽的量()表示蒸汽的利用 WD ? ,生蒸汽利用率? ,它是蒸发操作是否经济的主要标志。由前面学过的知识我们知道,在单效蒸发中, 若物料的水溶液先预热至沸点后假如蒸发器, 忽略生蒸汽与产生的二次蒸汽的汽化潜热的差异,不计热损失。则每 1kg 加热蒸汽可汽化 1kg 水,即 WD =1 。实际上,由于有热损失等原因, WD <1 。在大规模工业蒸发中, 蒸发大量的水分必然会消耗大量的加热蒸汽。作为工程技术人员, 必须设法尽量节省加热蒸汽的消耗量, 以提高生蒸汽的消耗量,以提高生蒸汽的利用率,那么采用什么措施才能达到此目的呢? ①利用二次蒸汽的潜热②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) 利用二次蒸汽的潜热的最普通的方法是多效蒸发, 即将前一效的二次蒸汽引入后一个蒸发器作为加热蒸汽, 这样后一效的加热它就成为前一效二次蒸汽的冷凝器, 由于各效( 除最后一效外) 的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽, 这就提高了生蒸汽的利用率。如: 假设第一效的沸点进料, 并略去热损失, 温度差损失和不同压力下蒸发潜热的差别, 则理论上: 第一效: DW1 ?1? D?W1 , 1kg 生蒸汽在第一效中可产生 1kg 的二次蒸汽,将此 1kg 二次蒸( W1 )引入第二效又可蒸发 1kg 水,即第二效: W2?W1?D , 1kg 生蒸汽在双效中的总蒸发量 W?W1?W2?2D , 所以 WD =2 WD?n 依次类推: 三效 WD ?3, ……,n效但实际上, 由于热损失, 温度差损失等原因, 单位蒸汽消耗量不可能达到如此经济的程度,根据生产经验,最大的 W/D 的值大致如下: 效数?D??? W??min?W? ?? D??max 单效 WD 双效 三效 四效 五效 可见,多效蒸发( ) ,说明蒸发同样数量的水分 W ,采用多效蒸发时为小,可节省生蒸汽用量,提高生蒸汽的利用率,但是,是不是效越多越好呢? (不是,后面我们会学到,生蒸汽利用率的提高是以降低蒸发强度为代价的, 效数↑, 蒸发强度↓, 以及其它一些技术上的限制(如?ti?5~8 ℃)使得效数不能随意增加,一般常见 2~3 效) 。同时, 效数增加, 设备费用都成倍增大, 因此, 必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数。这是最优化设计的内容之一。 1 福州大学化工原理电子教案蒸发 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: (1 )并流流程(图 7-14 ) 蒸汽流动方向: 1→2→3 溶液流动方向: 1→2→3 优点: ①由于前效的压强较后效高, p1?p 2?p3 ,料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送; ② t1?t2?t3 ,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 w3?w2?w1 ,w↑,?↑,便使得?3??2??1 溶液温度 t1?t2?t3 ,t↑,?↓,便使得?3??2??1 这两个因素使得后一效粘度较前一效双倍提高,K ↓↓, 这种情况在最后的一、二效尤其严重, 使整个系统的蒸发能力降低。因此,若遇到溶液的? 随浓度 w 的增加而增加很快的情况,并流流程就不适用,此时可用逆流流程。(2 )逆流流程(图 7-15 ) 蒸汽流动方向: 3→2→1 溶液流动方向: 1→2→3 优点: w1?w2?w3 ,w↑,?↑, ?1??2??3 t1?t2?t3 ,t↑,?↓, ?1??2??3 w、t对? 的影响大致抵消,各效的 K 基本不变。缺点: ①由于前效压强较后效高, p1?p2?p3 , 料液从后效往前一效要用泵输送。②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。(3 )错流流程溶液流向: 3→1→2或2→3→1 蒸汽流向: 1→2→3 优点:兼有逆流与并流的优点。缺点:操作较复杂。(4 )平流流程图 7-16 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 2 福州大