5.2 单效蒸发

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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Professor 2/23

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


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


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


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


P

A

t

T

D

D

冷却水

料液

加热

蒸汽

冷凝水

水

完成液


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

QQ

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

Qq

A

Qq

冷却水

料液

加热蒸汽

冷凝水


P

A

t

T

D

D

冷却水

料液

加热

蒸汽

冷凝水

水

完成液


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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Professor 18/23

采用多效

D/W 实际值

单效 1.1

二效 0.57

三效 0.4


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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


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


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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


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


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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


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


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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


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


冷凝水的自蒸发


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5.2 单效蒸发