MOVES蒸发排放原理及模型计算过程
一、原理
1、数据来源：由CRC和EPA开展的大量蒸发排放测试数据得到各类蒸发的排放因子。
2、排放过程：
（1）燃料渗透蒸发排放（Permeation）指发生在燃料系统中的分子级别的HC转移，如通过油箱罐壁、软管、密封件。
（2）油箱排气口燃料蒸气排放（Tank Vapor Venting）指由燃油系统产生并排放到大气中的蒸气。
（3）燃料泄漏蒸发排放（Liquid Leaks）指燃油从燃油系统中泄露并最终蒸发
（4）进油蒸发排放（Refueling Emission）指加油过程引起的溢出和蒸气置换
二、计算过程
*油箱温度模拟方法：
温度是渗透和排气口蒸发排放的主要影响因素。为了计算蒸发排放，MOVES模型设计了一套油箱温度模拟方法，将油箱温度和环境温度、车辆运行时间、车辆出厂年份等参数进行关联，模拟计算得到车辆冷浸、热浸和运行时油箱温度变化。
热浸、冷浸
其中，T tank =油箱温度
T air=环境温度
K =模型给出的常数
T keyon =启动时间点
T tank,keyon =启动时的油箱温度
1、燃料渗透：
燃料渗透蒸发排放=基础排放因子*温度修正*燃油修正，参数包括出厂年份、车龄、油箱温度、燃油信息等。
基础排放因子:出厂年份和车龄
温度修正：
其中，P base =基础渗透排放因子
T base =该循环的起始温度
燃油修正：
2、油箱排气口燃料蒸发排放：
冷浸过程下，建立蒸气产生量与油箱温度和压力之间的数学关系，确定温度升高过程中油箱的蒸气产生量，以及蒸气排放量与产生量的数学关系；
热浸和运行过程确定运行中油箱温度并计算该温度下的渗透排放，用运行损失实验结果减去渗透排放得到运行阶段蒸气排放。
同时考虑了I/M制度的影响。
3、燃料泄露蒸发排放：
根据泄露车辆的测试结果得到，与车龄有关。
三、模型模拟
MOVES2010b的Project层次尚不能模拟蒸发排放，因此改用County层次。需要提供的参数如下。
?燃料信息、气象参数及I/M制度；
?每种车型的数量分布比例；
?每种车型在每一种道路类型下每小时的速度区间分布比例；
?每种车型的行驶里程在每种道路类型上的分布比例；
?每种车型的数量；
?每种车型的行驶里程，以及VMT的年、月、日、时分布比例；
5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为kg 3000，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：1h kg 2357-?，1h 43kg 6-?） 解：⑴蒸发水量10h kg 2357)70 .015.01(3000)1(-?=-=- =x x F W ； ⑵完成液量1h kg 64323573000-?=-=-W F 。 5-2、固体NaOH 的比热容为11K kg kJ 31.1--??，试分别估算NaOH 水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：11K kg kJ 77.3--??，11K kg .47kJ 3--??） 解：⑴%10浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 77.3)1.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ； ⑵%25浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 47.325.031.1)25.01(183.4)1(--??=?+-=+-='x c x c c w 质。 5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理kg 2000 NaOH 水溶液， 溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为92kPa 3（绝压），冷凝温度下排出。分别按20℃加料和沸点加料（溶液的沸点为113℃）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计。（答：1h kg 1160-?、45.1，1h 50.9kg 8-?、06.1） 解：蒸发水量110h kg 800)25 .015.01(2000)1(-?=-=-=x x F W ， 92k P a 3时蒸气的潜热1kg kJ 2132-?=r ， N a O H 溶液的比热11K kg kJ 56.3)15.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， ⑴原料于C 20?加入 二次蒸气的焓1kg kJ 2670-? 1h kg 11602132 2056.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-= D 45.18001160==W D ； ⑵沸点加料 1h kg 9.850213211356.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-=D 06.18009.850==W D 。 5-4、传热面积为52m 2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg 浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95℃，常压下的沸点为103℃。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为96kPa 1。热损失为110000W 。试估算蒸发器的总传热系数。（答：12K m W 936--??） 解：查得96kPa 1时水蒸气饱和温度为C 9.132?， atm 1时水蒸气的潜热为1kg kJ 2258-?， 110h kg 2111)45 .007.01(2500)1(-?=-=-=x x F W ， 11K kg kJ 894.3)07.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， 由传热方程及热量衡算式得： 损Q W t t Fc t t KA r ++-=-)()(0112
除湿机蒸发器又称冷却器，它是制冷循环中直接制冷的器件，一般装在室内机组中。 蒸发器的种类很多，很大一部分蒸发器主要用来冷却空气，即表面冷却式蒸发器；还有少部分是用来冷却水的蒸发器，即冷水机组。 1.冷却空气的蒸发器（表面冷却式蒸发器） 1）表面冷却式蒸发器的工作原理。表面冷却式蒸发器的工作过程是一个汽化吸热过程。制冷剂经节流过程后，成为气液混合体，但其中液体占大部分。降压后的制冷剂液体在蒸发器中流动时，激烈的进行吸热汽化，称为沸腾，这一步才是获得制冷效应的热力过程，是制冷系统的最终目的，这一过程在蒸发器内进行，此后制冷剂变为气态再经过压缩进入空气冷凝过程。 蒸发器吸收的热量来自于两部分：一是冷却空气所放出的显热；二是空气中水蒸气冷凝时放出的潜热。换句话说，空调器的制冷量一部分用于降低被冷却空气的温度，另一部分用于空气中水蒸气的冷凝（除湿）。2）表面冷却式蒸发器的结构。表面冷却式蒸发器的结构与空气冷凝器一样，只是外观造型不一样，它也是用风机鼓动空气强迫对流式的蒸发器。 2.冷水机组蒸发器 3.冷水机组过去是大。中型的机组，一般用于中央空调中，以水作为介质，把冷源送往各个房间。目前 已发展至制冷量为23250W左右的小型制冷装置，甚至更小的冷水机组，作为一种称为模块式的冷水机组。这种机组体积小，搬运灵活，安装场地小，可以几台并列安装，组合使用，较适宜于户式中央空调器。 冷水机组的制冷剂都是水，用于空调中以冷却水为介质的蒸发器，最常用的有以下两种类型。1）干式壳管式蒸发器 干式壳管式蒸发器的实物外形及其结构。一个细长的筒体两端有圆板，用焊接形式与筒体结合，并有一定的密闭性。管板上有许多管孔，将蒸发管插入管孔，并露出管板外，用管密封或焊接密封。管板外再盖以端盖，端盖与管板接触面有垫片充填密封，并用螺旋紧固。端盖上有分隔肋，把端盖内腔分为几个部分，一般是一分为四，这样就分成四个流程。筒体上的两端各焊接一段钢管，管口装有法兰，一遍与水管连接，铜管内装有十多块者流板，一只端盖上有进出口接管，进口小，出口大，并装有法兰，一遍与系统连接。这就是干式壳管式蒸发器的结构。
六吸收 浓度换算 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。 分子扩散 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。 一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=[cm2/s],求气膜的当量厚度。 相平衡与亨利定律 温度为10℃的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在水中的最大浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表示）及溶解度系数。以[g/m3·atm]及 [kmol/m3·Pa]表示。 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。 25℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3，与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少? (2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少？气液达到平衡时的总传质推动力又为多少？
一、蒸发器选型 三效逆流强制循环式结晶蒸发器 1、2、3效强制循环，一效带结晶釜 二、蒸发器特点 1 采用热泵技术、降低蒸汽消耗量。 2分离器顶部配置高效除沫装置，避免物料泡沫夹带导致跑料。 3采用强制循环，具有传热系数高、蒸发强度大、防止结焦及堵管等优点，尤其适用于蒸发过程中可能产生晶体的物料。 4出料旋流装置：可最大限度提高出料液固含量、减少母液回流量、提高蒸发效率。 5末效蒸汽用于预热原料、加喷淋系统、降低能耗。 6采用液位自动化控制、自动进料、冷凝水自动排放，节省人力资源。 三、工艺流程及控制系统简述 1、物料走向： （1）原料通过进料泵进入三效分离器，然后通过大流量强制循环泵将物料不停循环，达到蒸发部分水分的目的。 （2）末效物料经3-2效循环泵进入二效分离器、然后通过大流量强制循环泵将物料不停循环，达到蒸发部分水分的目的。 （3）二效物料经2-1效循环泵进入一效分离器，然后通过大流量强制循环泵将物料不停循环，达到蒸发部分水分的目的，浓液进入结晶釜，经过冷却结晶、离心分离后，母液打到三效分离器继续蒸发。 2、蒸汽走向： 锅炉来生蒸汽，在分气缸中生蒸汽的压力采用蒸汽自动调节阀来调节至0.4-0.6mpa，进入第一效加热器作为热源，第二效分离器产生的二次蒸汽进入第三效加热器作为热源，第三效产生的二次蒸汽进入预热器、冷凝器后冷凝成水排出。各效加热器、分离器的压力由冷凝器串联的真空泵来控制。 3、冷凝水走向： 生蒸汽进入第一效蒸发器放热后冷凝成冷凝水，由于冷凝水温度还比较高，为了回收显热，将第一效冷凝水经一U形管进入第二效加热器，经过闪蒸，回收潜热。将第二效蒸汽产生的冷凝水经一U形管进入第三效加热器，经过闪蒸，回收潜热。第三效加热器加热夹套中的冷凝水经一U形管进入冷凝器经冷凝器水泵排出、U形管的作用是动态密封、三台加热器及冷凝器中的冷凝水由一台冷凝水泵排出。 4、不凝气走向： 二次蒸汽中往往带有少量的不可凝气体，不可凝气体来源有二：（1）料液中带入的（2）负压操作下外界渗漏进入的。虽然带入量不大，但长期使用积累后，可在冷凝侧的局部形成较高的局部浓度，如加热室积存1kg不凝气体，导致传热速率明显下降60%。本蒸发系统在各效加热室设有专用的不凝气体排出口，因此在蒸发过程中必须随时打开各效加热室不凝性气体阀门，进行定期排出，以提高传热效率。 Ps：为确保设备稳定运行，仅仅有冷凝器的冷却水产生的真空是远远不够的，我们还配置有真空泵，确保整套装置在负压状态下平稳地运行。 5、自动控制部分： a进料 （1）以三效分离器液位为输入信号，输入控制三效电动阀开关，高关低开； （2）以二效分离器液位为输入信号，输入控制二效电动阀开关，高关低开： （3）以一效分离器液位为输入信号，输入控制一效电动阀开关，高关低开。
第五章蒸馏 一、名词解释： 1、蒸馏： 利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律： 当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度： 组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。 4、相对挥发度： 混合液中两组分挥发度之比。 5、精馏： 是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。 6、理论板： 气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。 7、采出率： 产品流量与原料液流量之比。 8、操作关系： 在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。 9、回流比： 精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。 10、最小回流比： 两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。 11、全塔效率： 在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。 12、单板效率： 是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。 二、填空题： 1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。相等 2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。离开的汽相与液相之间达到平衡时 3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 __________________________________________________的场合。 难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低 4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
蒸发的基本原理 前言 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。蒸发操作广泛应用于化工、石油化工、制药、制糖、造纸、深冷、海水淡化及原子能等工业中。 蒸发操作中的热源厂采用新鲜的饱和水蒸汽，又称生蒸汽。从溶液中蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于生蒸汽。在操作中一般用冷凝方法将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。若将二次蒸汽引到下一效蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。 蒸发操作可以在加压、常压或减压下进行，工业上的蒸发操作经常在减压下进行，这种操作称为真空蒸发。真空蒸发的特点在于：1. 减压下溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源。2. 溶液的沸点随所处的压强减小而降低，故对相同压强的加热蒸汽而言，当溶液处于减压时可以提高传热总温度差;但与此同时，溶液的粘度加大，使总传热系数下降。3. 真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费用和操作费用提高。 一般情况下，经浓缩后的液体为产品，二次蒸汽冷凝液则被排除；蒸发过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程，溶剂的汽化速率由传热速率控制，故蒸发属于热量传递过程，但又有别于一般传热过程，因为蒸发过程具有以下特点： 1）传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于避免两侧流体均有相变的恒温传热过程。 2）溶液性质有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和生泡沫、高温下易分解和聚合；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐增强。 3）溶液沸点的改变含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下溶剂（即纯水）的为低，换言之，在相同压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点，故当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水的温度差。溶液浓度越高这种现象越显著。 4）泡沫夹带二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损
三效浓缩蒸发器的工作原理 三效浓缩器在一、二效分离器内隔板隔出顶部与内腔相通的蒸汽腔，蒸汽腔底部接直管与下一级加热器连接，为二次或三次蒸汽管。蒸汽从分离器顶部进入蒸汽腔，直接进入下一级加热器。因蒸汽腔的横截面比一般蒸汽管大得多，直管通入下一级加热器无折转，距离近，大大降低蒸汽阻力，增加流量，提高分离效率。且因蒸汽腔是位于分离器内，减少了引出蒸汽的热量损失。一效加热器的疏水管通入分离器的冷凝室，冷凝水从其下排出，避免了蒸汽损失，也解决了疏水器的噪声和污染。下联管前端的清洗手孔，便于清洗加热器底部边角的残留物。各分离器有独立进料口，便于观察和控制进料流量。三组加热器和分离器按扇形排列布置，缩短了设备总长度，便于操作。0 X" h, \2 O. C+ L! U1 @. { 多效蒸发流程是由多个蒸发器组合后的蒸发操作过程。多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。一般多效蒸发的末效或后几效总是在真空下操作，由于各效（除末效外）二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。需要强调的是蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，而只是节约了加热蒸汽，其代价是设备投资增加。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发器的生产能力大。特别应注意那种认为多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍的观点是错误的。 根据给蒸发器加入原料的方式，可分为并流加料、逆流加料和平流加料三种蒸发流程。下面以三效为例分别介绍： 1. 并流蒸发流程 并流三效蒸发流程中，溶液和加热蒸汽的流向相同，都是从第一效开始按顺序流到第三效后结束。其中加热蒸汽分两种，第一效是生蒸汽，即由其他蒸汽发生器产生的蒸汽，第二效和第三效的蒸汽是二次蒸汽，第一效蒸发产生的蒸汽是第二效蒸发的加热蒸汽，第二效蒸发产生的二次蒸汽是第三效蒸发的加热蒸汽。原料液进入第一效浓缩后由底部排出，并依次进入第二效、第三效，在第二效和第三效被连续浓缩。完成液由第三效底部排出。 并流加料法的优点有利用各效间的压力差输送料液；因前效温度和压力高于后效可以不设预热器；辅助设备少，流程紧凑，温度损失小；操作简便，工艺稳定，设备维修量少。其缺点是：后效温度降低后，溶液黏度逐效增大，降低了传热系数，需要更大的传热面积。 2. 逆流加料流程 在逆流加料流程中，料液与蒸汽走向相反。料液从末效加入蒸发浓缩后，用泵将浓缩液
食品工程原理课程设计说明书 中央循环蒸发器的设计 姓名： 学号： 班级： X年X月X日
一 《食品工程原理》课程设计任务书 一 《食品工程原理》课程设计任务书 ..............................................................................2 (1)．设计课题 .......................................................................................................................3 (2)．设计条件 .......................................................................................................................3 (3).设计要求 ..........................................................................................................................3 (4).设计意义 ......................................................................................................................3 (5).主要参考资料...............................................................................................................3 二 设计方案的确定 ..............................................................................................................4 三 设计计算 ........................................................................................................................4 3.1.总蒸发水量 ..................................................................................................................4 3.2.加热面积初算 ..............................................................................................................4 （1）估算各效浓度 ..............................................................................................................4 （2）沸点的初算 ..................................................................................................................5 （3）温度差的计算 ..............................................................................................................5 （4）计算两效蒸发水量1W ，2W 及加热蒸汽的消耗量 1D ..........................................6 （5）总传热系数K 的计算 ..................................................................................................7 （6）分配有效温度差，计算传热面积 ..............................................................................9 3.3.重算两效传热面积 ....................................................................................................... 10 （1）.第一次重算 .............................................................................................................. 10 3.4 计算结果 ...................................................................................................................... 11 四.简图 .. (15)
五蒸馏习题解答 1解: (1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下: ∵x A=(p-p B0)/(p A0-p B0); y A=p A0×x A/p 以t=90℃为例,x A=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898 y A=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总: t℃80.0290100110120130131.8 x10.68980.4483 0.2672 0.12870.01950 y10.91500.7875 0.61180.37770.07240 4.612x/(1 10.91120.7894 0.6271 0.4052 0.08400 +3.612x) (2)用相对挥发度计算x-y值: y=αx/[1+(α-1)x] 式中α=αM=1/2(α1+α2) ∵α=p A0/p B0 α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974 ∴αM=1/2(α1+α2)=1/2(5.249+3.974)=4.612 y=4.612x/(1+3.612x) 由此计算x-y值亦列于计算表中,y-x图,t-x(y) 图如下: 1 题附图 2解: (1)求泡点: 在泡点下两组分的蒸汽分压之和等于总压P,即:p A+p B=p A0x A+x B0x B=p求泡点要用试差法,先设泡点为87℃ lgp A0=6.89740-1206.350/(87+220.237)=2.971
p A0=102.971=935.41[mmHg] lgp B0=6.95334-1343.943/(87+219.337)=2.566 p B0=102.566=368.13[mmHg] 935.41×0.4+368.13×0.6=595≈600mmHg ∴泡点为87℃,气相平衡组成为 y=p A/p=p A0x A/P=935.41×0.4/600=0.624 (2)求露点: 露点时,液滴中参与甲苯组成应符合下列关系: x A+x B=1或p A/p A0+p B/p B0=1式中 p A=0.4×760=304[mmHg]; p B=0.6×760=456[mmHg] 求露点亦要用试差法,先设露点为103℃,则:lgp A0=6.8974-120.635/ (103+220.237)=3.165 ∴p A0=1462.2[mmHg] lgp B0=6.95334-1343.943/(103+219.337)=2.784 ∴p B0=608.14[mmHg] 于是 : 304/1462.2+456/608.14=0.96<1 再设露点为102℃,同时求得p A0=1380.4; p B0=588.84 304/1380.4+456/588.84=0.995≈1 故露点为102℃,平衡液相组成为 x A=p A/p A0=304/1380.4=0.22 3解: (1)x A=(p总-p B0)/(p A0-p B0) 0.4=(p总-40)/(106.7-40) ∴p总=66.7KPa y A=x A·p A0/p=0.4×106.7/66.7=0.64 (2)α=p A0/p B0=106.7/40=2.67 4解: (1) y D=? αD =(y/x)A/(y/x)B =(y D /0.95)/((1-y D )/0.05)=2 y D =0.974 (2) L/V D =? ∵V=V D +L (V/V D )=1+(L/V D ) V0.96=V D 0.974+L0.95 (V/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95 (1+L/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95 (L/V D )=1.4 5解:
蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。 一、循环型(非膜式)蒸发器 这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。 (一)中央循环管式(或标准式)蒸发器 中央循环管式蒸发器，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。细管内单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化得多，因此细管内汽液混合物的密度比粗管内的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管。为了促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40％一100％。管束高度为1—2m；加热管直径在25～75mm之间、长径之比为20～40。 中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但实际上由于结构的限制，循环速度一般在～／s以下；且由于溶液的不断循环，使加·热管内的溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。 中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。 (二)悬筐式蒸发器
做客专家：南京金日制药装备有限公司高级工程师陈晓东 本期议题：双效浓缩器具有节能优势 浓缩工段对于制药企业来说是能耗的重头。在很多企业，其能耗要占到企业蒸气总消耗的60%以上。目前，有不少制药企业在浓缩工段仍使用单效浓缩器， 这是很不经济的。据估算，双效浓缩器比单效浓缩器节省蒸气消耗45%以上，节 约冷却用水47%以上，而且也可减少对环境的污染。 ■单效浓缩设备能耗大探因 单效外循环浓缩器装置主要是由加热器、蒸发器、冷凝器、冷却器和受液罐组成。需要浓缩的料液通过加热器的管程受蒸气加热达到沸点温度，经上升管由切线方向进入蒸发室迅速蒸发。其中未经汽化、比重较大的液滴受离心力的作用而被甩到器壁上，从而在重力的作用下，下落到蒸发器下部，由于蒸发器与加热器是通过下降管互相连接的装置，故未能蒸发的液体又通过下降管回到加热器中再被加热，如此循环加热蒸发，使得溶液中的溶媒不断汽化被带出，使溶液中的溶质浓度不断升高，最终达到所需要的浓度。而已经汽化的溶媒蒸气则从蒸发器上口通过捕沫器进入冷凝器被冷凝成液体再进入下方的接收器中，根据需要可以回收利用。 这里的能源消耗主要是两个方面：一是在加热器内用于加热稀溶液使溶液中溶媒蒸发所消耗的生蒸气；另一个就是使已经汽化的溶媒蒸气再冷凝成溶媒液体时，在冷凝器中所需要的冷却水。前者需要供给热量，而后者需要带走热量。被加热的溶液所产生的溶媒蒸气含有大量的热能，在这里不但没有得到利用，相反还要消耗大量的冷却水来冷却它。产量越大，即蒸发量越大，供给的热量越多，所需的蒸气就越多，而同时所消耗的冷却水也越多。这就是单效浓缩器能耗大的原因所在。 ■双效浓缩器节能原因探究 如果能将溶媒蒸气继续利用，将其作为热源，用来加热或蒸发溶液，不就可以节约一部分蒸气消耗了吗？将这部分溶液里蒸发出来的溶媒蒸气导入另一个加热器来用作热源，以继续加热所需加热的溶液，即增加一套加热器和蒸发器装置，这就是双效浓缩器。 一般来说，在蒸发装置中，为了降低溶液的蒸发温度，通常在一定的真空状态下进行。这不仅可以保持物料中的热敏性物质不被破坏，还可以增大传热温度
化工原理课程设计
字符说明 ........................................................................................................................................................... - 2 - 第一节概述 ............................................................................................................................................... - 3 - 一．蒸发及蒸发流程 ............................................................................................................................... - 3 - 二．蒸发操作的分类 ............................................................................................................................... - 3 - 三．蒸发操作的特点 ............................................................................................................................... - 3 - 四、蒸发设备 ........................................................................................................................................... - 4 - 五、蒸发器选型 ....................................................................................................................................... - 4 - 第二节蒸发装置设计任务.............................................................................................................................. - 5 - 一、设计题目 ........................................................................................................................................... - 5 - 二、设计任务及操作条件........................................................................................................................ - 5 - 第三节三效蒸发器得工艺计算.................................................................................................................... - 5 - 一、估计各效蒸发量和完成液浓度........................................................................................................ - 5 - 二、估计各效溶液的沸点和有效总温差................................................................................................ - 6 - 三加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算.......................................................................................... - 8 - 四、蒸发器的传热面积的估算................................................................................................................ - 9 - 五、有效温差的再分配.......................................................................................................................... - 10 - 六、重复上述计算步骤.......................................................................................................................... - 10 - 七、计算结果 ......................................................................................................................................... - 12 - 第四节蒸发器的主要结构尺寸计算.................................................................................................... - 12 - 一、加热管的选择和管数的初步估计.................................................................................................. - 12 - 二、循环管的选择 ................................................................................................................................. - 12 - 三、加热室直径及加热管数目的确定.................................................................................................. - 13 - 四、分离室直径与高度的确定.............................................................................................................. - 13 - 五、接管尺寸的确定 ............................................................................................................................. - 14 - 第五节蒸发装置的辅助设备.................................................................................................................. - 15 - 一、气液分离器 ..................................................................................................................................... - 15 - 二、蒸汽冷凝器 ..................................................................................................................................... - 15 - 三淋水板的设计 ................................................................................................................................... - 16 - 【参考文献】 ......................................................................................................................................... - 17 -
几种蒸发器的结构及工作原理蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。 一、循环型(非膜式)蒸发器 这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。 (一)中央循环管式(或标准式)蒸发器 中央循环管式蒸发器，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。细管内单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化得多，因此细管内汽液混合物的密度比粗管内的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然 循环运动。粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管。为了促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40％一100％。管束高度为1—2m；加热管直径在25～75mm之间、长径之比为20～40。
中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但实际上由于结构的限制，循环速度一般在0.4～0.5m／s以下；且由于溶液的不断循环，使加·热管内的溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。 中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中3的量为 /3 11017n kmol -=? 溶液的体积 /.3 3101109982 V m -=? 溶液中 3的浓度//.333 11017==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ 3 与水的摩尔比的计算 //117 0010610018 X = =． 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为
12 2 11 1Y Y Y Y Y η-= ==-被吸收的溶质量原料气中溶质量 解 原料气中3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11) 101 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中3的摩尔比为 () (2) 1 1109011100111Y Y η=-=-?=（） 摩尔分数 (22) 200111 =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3 NH 的平衡 分压为798。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3 kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。 总压为100kPa 。 解 液相中3 NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333 11017 0581 101109982 n c kmol m V --?===?／ 溶解度系数 /*./../()3 058107980728H c p kmol m kPa ===? 液相中3NH 的摩尔分数 //117 0010511710018 x = =+．／ 气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (0798) 07610000105 y m x == =? 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，3 1m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的