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    蒸发evaporation

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    通常指液体的表面汽化现象。在化工生产中,专指含有不挥发性溶质的溶液受热沸腾,蒸去溶剂而浓缩,是一种属于传热过程的单元操作。蒸发是一种古老的操作,在《天工开物》中记载着用大锅熬卤制盐和榨汁制糖,是蒸发的早期应用。随着生产发展,蒸发在化工、食品、医药和核工业中得到广泛应用。溶剂蒸发需要大量汽化热,故蒸发是个大量耗用热能的过程。蒸发的操作方式和设备的改进,对提高热量利用率和生产强度起重要作用。
      原理  工业蒸发在蒸发器中进行,蒸发器由加热室和蒸发室两部分组成。待蒸发的料液经预热或直接加入蒸发器,在加热室受热沸腾,蒸发出的溶剂蒸气,在蒸发室被除去雾滴后离去。浓缩后的溶液则从蒸发器底部排出。工业上被蒸发的料液大多是水溶液,加热剂又多为饱和蒸汽。加热蒸汽称为生蒸汽,蒸发产生的蒸汽称为二次蒸汽。当二次蒸汽直接进入冷凝器中冷凝或作为与蒸发无关的其他操作的热源时,这种操作方式称为单效蒸发。如果多个蒸发器串联运行,第一个蒸发器的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽,第二个蒸发器的二次蒸汽又用作第三个蒸发器的加热蒸汽,依此类推,则这种操作方式称为多效蒸发。
      蒸发操作中,溶剂(水)的汽化速率取决于沸腾传热速率。由于料液经蒸发后浓度提高,溶质中某些组分可能在加热面上析出,形成垢层,导致传热速率下降。为此,蒸发器的结构应能防止和延缓结垢,并且易于进行加热面的清理。另外溶液的一些特殊性质也对蒸发器结构提出各种要求,例如:热敏性物料的料液,要尽量缩短在蒸发器内的停留时间,或者采用真空蒸发以降低操作温度;对于粘滞性物料,要求外加机械能量以强化传热。
      操作评价  评价蒸发操作的主要指标是:①生蒸汽利用率,即蒸发的水量与所耗生蒸汽量之比,生蒸汽利用率越高,则蒸发操作费用越低。②蒸发器的生产强度,即单位传热面的蒸发量。对于一定的料液处理量,生产强度越高,则蒸发器所需的传热面积越小,因而设备投资和折旧费越低。上述两个指标往往互相制约,应使蒸发操作选择在操作费和折旧费之和为最小的条件下运行。
      蒸发计算  是蒸发器的传热面积和生蒸汽用量的计算。设计计算时,单位时间处理的料液量F以及它的初始和终了浓度x0xe(都按溶质的质量分数计算)是给定的,蒸发操作的压力和生蒸汽的压力必须选定。最简单的单效蒸发可按下述步骤计算:
     ?、佟∮晌锪虾馑闳范ㄕ舴⒌乃縒:
           

     ?、凇∮扇攘亢馑闳范ㄐ栌玫娜攘?i>Q:
         

    Q=(FD)He+DHFH0+Qe

    从而得出生蒸汽的用量D
              

    DQ/r0

    式中H0、He分别为料液和完成液的热焓;H为二次蒸汽的热焓;r0为生蒸汽的汽化热;Qe为热损失。
     ?、邸〖扑愦任露炔瞀?i>t:
            

    式中T为生蒸汽的饱和温度;t0为二次蒸汽在其冷凝处的饱和温度;Δ为温度差损失,包括由于溶质的存在而引起的溶液沸点升高,二次蒸汽由蒸发室流至冷凝器或下一加热室的流动阻力引起的温度差损失,以及蒸发器中液柱静压作用引起的沸点升高。
     ?、堋」兰拼认凳?i>K;
     ?、荨∮纱然痉匠?见传热过程)计算传热面积A:
             

    AKΔt/Q

      节能方法  工业蒸发可用的节能方法有:①采用多效蒸发;②采用热泵蒸发,将二次蒸汽经绝热压缩提高温度后,用作原蒸发器的加热蒸汽;③从多效蒸发的某一效引出一定量的二次蒸汽(称为额外蒸汽),作为其他换热设备的热源,可节省高温热能,提高整体热能利用效率;④生蒸汽的冷凝水降压汽化,取得温度稍低的蒸汽。  

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