經典人生座右銘簡短

[拼音]:zhengfa

[英文]:evaporation

通常指液體的表面汽化現象。在化工生產中,專指含有不揮發性溶質的溶液受熱沸騰,蒸去溶劑而濃縮,是一種屬於傳熱過程的單元操作。蒸發是一種古老的操作,在《天工開物》中記載著用大鍋熬滷製鹽和榨汁製糖,是蒸發的早期應用。隨著生產發展,蒸發在化工、食品、醫藥和核工業中得到廣泛應用。溶劑蒸發需要大量汽化熱,故蒸發是個大量耗用熱能的過程。蒸發的操作方式和裝置的改進,對提高熱量利用率和生產強度起重要作用。

原理

工業蒸發在蒸發器中進行,蒸發器由加熱室和蒸發室兩部分組成。待蒸發的料液經預熱或直接加入蒸發器,在加熱室受熱沸騰,蒸發出的溶劑蒸氣,在蒸發室被除去霧滴後離去。濃縮後的溶液則從蒸發器底部排出。工業上被蒸發的料液大多是水溶液,加熱劑又多為飽和蒸汽。加熱蒸汽稱為生蒸汽,蒸發產生的蒸汽稱為二次蒸汽。當二次蒸汽直接進入冷凝器中冷凝或作為與蒸發無關的其他操作的熱源時,這種操作方式稱為單效蒸發。如果多個蒸發器串聯執行,第一個蒸發器的二次蒸汽用作第二個蒸發器的加熱蒸汽,第二個蒸發器的二次蒸汽又用作第三個蒸發器的加熱蒸汽,依此類推,則這種操作方式稱為多效蒸發。

蒸發操作中,溶劑(水)的汽化速率取決於沸騰傳熱速率。由於料液經蒸發後濃度提高,溶質中某些組分可能在加熱面上析出,形成垢層,導致傳熱速率下降。為此,蒸發器的結構應能防止和延緩結垢,並且易於進行加熱面的清理。另外溶液的一些特殊性質也對蒸發器結構提出各種要求,例如:熱敏性物料的料液,要儘量縮短在蒸發器內的停留時間,或者採用真空蒸發以降低操作溫度;對於粘滯性物料,要求外加機械能量以強化傳熱。

操作評價

評價蒸發操作的主要指標是:

(1)生蒸汽利用率,即蒸發的水量與所耗生蒸汽量之比,生蒸汽利用率越高,則蒸發操作費用越低。

(2)蒸發器的生產強度,即單位傳熱面的蒸發量。對於一定的料液處理量,生產強度越高,則蒸發器所需的傳熱面積越小,因而裝置投資和折舊費越低。上述兩個指標往往互相制約,應使蒸發操作選擇在操作費和折舊費之和為最小的條件下執行。

蒸發計算

是蒸發器的傳熱面積和生蒸汽用量的計算。設計計算時,單位時間處理的料液量F以及它的初始和終了濃度x0和xe(都按溶質的質量分數計算)是給定的,蒸發操作的壓力和生蒸汽的壓力必須選定。最簡單的單效蒸發可按下述步驟計算:

(1)由物料衡算確定蒸發的水量W:

(2)由熱量衡算確定需用的熱量Q:

Q=(F-D)He+DH-FH0+Qe

從而得出生蒸汽的用量D:

D=Q/r0

式中H0、He分別為料液和完成液的熱焓;H為二次蒸汽的熱焓;r0為生蒸汽的汽化熱;Qe為熱損失。

(3)計算傳熱溫度差Δt:

式中T為生蒸汽的飽和溫度;t0為二次蒸汽在其冷凝處的飽和溫度;Δ為溫度差損失,包括由於溶質的存在而引起的溶液沸點升高,二次蒸汽由蒸發室流至冷凝器或下一加熱室的流動阻力引起的溫度差損失,以及蒸發器中液柱靜壓作用引起的沸點升高。

(4)估計傳熱係數K;

(5)由傳熱基本方程(見傳熱過程)計算傳熱面積A:

A=KΔt/Q

節能方法

工業蒸發可用的節能方法有:

(1)採用多效蒸發;

(2)採用熱泵蒸發,將二次蒸汽經絕熱壓縮提高溫度後,用作原蒸發器的加熱蒸汽;

(3)從多效蒸發的某一效引出一定量的二次蒸汽(稱為額外蒸汽),作為其他換熱裝置的熱源,可節省高溫熱能,提高整體熱能利用效率;

(4)生蒸汽的冷凝水降壓汽化,取得溫度稍低的蒸汽。

參考文章

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