溶液的沸点和温度差损失
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6.3 蒸发计算基础
一、蒸发中的温度差损失•在蒸发操作中,蒸发器加热室一侧是蒸汽冷凝,另一侧为液体沸腾,因此其传热平均温度差应为:
式中:T——加热蒸汽的温度,℃;
t 1——操作条件下溶液的沸点,℃。
1
m
t
T
t−
=
∆
溶液的沸点,不仅受蒸发器内液面压力影响,而且受溶液浓度、液位深度等因素影响。
因此,在计算Δt
时需考虑这些因素。
m
两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压力下的沸点差的比值为常数。
(1)水的关系可以查图表
(2)已知两组数据t A 与t A 0,可求另一t A ’00()A w w A
t K t t t =−+,标准:水
2、液体静压头和加热管内磨擦损失影响:(1)保持一定的液位:(加热管长的1/2-2/3)
(2)动液位→取平均压强―加热管中部p :液面上的压强;L :加热管底部以上液层高;ρ:液体的平均密度。
* 加热管内流速较大时,磨擦损失增大液体平均压强。
/2
m p p p p gL ρ=+∆=+()()p p p t t +∆′′∆−=
3、管道流体阻力产生压降的影响
p C < p 二次蒸汽饱和温度↓
温度差损失十分明显,注意选择加热蒸汽压强!
1′′′∆′′′′′′
∴∆∆∆∆ ℃
=++
三、溶液的浓缩热及焓浓图
NaCl、CaCl2稀释时放热,浓缩时需加热,浓度变大时影响越大。
溶液的焓值由焓浓图查出。
实例:不考虑浓缩热,相同传热面积S下,处理量F与实际的高6%。
第十一章第十章溶液浓缩浓缩:是从溶液中除去部分溶剂的单元操作,是溶质和溶是溶质和溶剂部分分离的过程。
蒸发:利用溶质和溶剂的挥发度差异,用加入热能的方法溶剂汽化,而溶质则为非挥发性的。
汽液平使部分“—衡”。
冷冻浓缩:利用稀溶液与固态溶剂在凝固点下的平衡关系,使溶剂从溶液中结晶析出。
“固—液平衡”。
结晶:利用溶质之间溶解度的差异,使溶液达到过饱和状态,使溶质结晶析出。
而采用的方法是加入热能使溶剂部分汽化,从而使溶液达到过饱和。
结晶和蒸发有其相似性。
“固—液平衡”第节蒸发第一节一、蒸发操作与特点•使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽的单元操作称为蒸发,所采用的设备称为蒸发器。
单元操作称为蒸发所采用的设备称为蒸发器•分离的基础:溶质与溶剂的挥发性不同。
•蒸发操作有两个目的:1)浓缩溶液(即脱除溶剂,制取浓缩液)2)净化溶剂(即脱除溶质,制取纯净的溶剂)•多效蒸发:将前一效的二次蒸汽引入下一效(蒸发器)作为加热热源的串联蒸发操作。
额外蒸汽多效蒸发中将某效的二次•额外蒸汽:多效蒸发中,将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加热目的的蒸汽(这部分蒸汽不再引入下一效)。
•蒸发可以在不同的压强下进行,如果在减蒸发可以在不同的压强下进行如果在减压下进行,则称为真空蒸发。
真空蒸发多用于热敏性物料的浓缩。
用于热敏性物料的浓缩•蒸发操作是一个传热过程,其传热特点是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的恒温差传热过程。
二单效蒸发二、单效蒸发1、溶液的沸点和温度差损失溶液的沸点和度差损失定压强下,溶液的沸点较纯•沸点升高:一定压强下,溶液的沸点较纯水的高,两者沸点之差,称为溶液的沸点升高。
升高•溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定。
一般的稀溶液或有机胶体溶液的沸点升高较小,而无机盐溶液沸点升高较大。
•温度差损失设加热蒸汽的温度为T,二次蒸汽温度为T′,溶液的沸点为t,则总温差为:则总温差为Δt=T‐T′实际传热温差(有效温差)为:Δt=T‐t两者之差称为蒸发器的温度差损失:Δ=Δt0‐Δt=t‐T′或t=Δ+T′(3) 由于管路流动阻力而引起的温度差损失'''∆多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热蒸汽因管道流动阻力使二次效作为加热蒸汽,因管道流动阻力使二次蒸汽的压强稍有降低,温度也相应下降,该温度降即为因管路流动阻力而引起的温度差损失,此项影响很小,通常取1 ℃左右'''∆右。
《传热技术》复习题(一)参考答案一、填空题1、写出三种间壁式换热器的名称:套管式换热器、管壳式换热器和板式换热器。
2、换热器在使用一段时间后,传热速率会下降很多,这往往是由于传热管表面有污垢积存的缘故。
3、用套管换热器加热内管的空气,蒸气在管间冷凝。
现欲通过实验方法测定蒸气和空气的给热系数,需要的主要仪器有温度计、流量计。
4、用饱和水蒸汽加热空气,总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数,而壁温接近于饱和蒸汽侧流体的温度值。
5、蒸气冷凝分滴状冷凝和膜状冷凝。
6、冷、热气体在间壁换热器中换热,热气体进口温度T1=400℃,出口温度T2为200℃,冷气体进口温度t=50℃,两股气体的质量流量相同,物性数据可视1为相同,若不计热损失时,冷气体出口温度为250 ℃;若热损失为5%时,冷气体出口温度为240 ℃7、应用准数关联式求取对流传热系数时,应注意:(1)应用范围;(2)特征尺寸;(3)定性温度。
8、列管换热器中,用饱和水蒸汽加热空气。
空气走管内,蒸汽走管间,则管壁温度接近水蒸汽的温度,总传热系数接近空气的对流传热系数。
9、列管换热器,在壳程设置折流挡板的目的是强化传热和支撑管束。
10、如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A的稳态传热过程的温度分布曲线,该传热过程是由对流传热、热传导和对流传热三个串联的热传递环节组成,由图分析可知:α1< α2,因此若强化该传热过程,应从A 侧着手。
11、强化传热的方法之一是提高K值. 而要提高K值,则应提高对流传热系数较小一侧的对流传热系数。
12、有两种不同的固体材料,它们的导热系数第一种为λ>第二种为λ,若作为换热器材料,应选用第一种;当作为保温材料时,应选用第二种。
13、某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃,而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w,采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35W/m2.K,则其厚度不低于91mm 。
层次:A[3] j06a10011某溶液在单效蒸发器中进行蒸浓, 用流量为 2100kg/h 、温度为120℃、汽化潜热为2205kJ/kg的饱和蒸汽加热。
已知蒸发器内二次蒸汽温度为81℃,各项温差损失共为 9℃。
取饱和蒸汽冷凝的给热系数α1为8000W/m2k,沸腾溶液的给热系数α2为3500W/m2k。
求该蒸发器的传热面积。
假定该蒸发器是新造的, 且管壁较薄, 因此垢层热阻和管壁热阻均可忽略不考虑,且热损失可以忽略不计。
[4] j06a10012某单效蒸发器每小时将1000kg的 15%(质量百分数,下同)的NaOH溶液浓缩到 50%。
已知:加热蒸汽温度为 120℃,进入冷凝器的二次蒸汽温度为60℃,总温度差损失为45℃,蒸发器的总传热系数为1000W/m2℃,溶液预热至沸点进入蒸发器,蒸发器的热损失和稀释热可忽略,加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热可取相等,为2200kJ/kg。
试求:蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。
[5] j06a10014在真空度为91.3kPa下,将12000kg的饱和水急速送至真空度为93.3kPa的蒸发罐内。
忽略热损失。
试定量说明将发生什么变化,并算出发生的水汽的质量及体积。
水的平均比热为 4.18kJ/(kg℃)。
当地大气压为101.3kPa。
饱和水的性质为[6] j06a10015利用三效并流蒸发器浓缩某浓度的水溶液,用300 kPa (绝) 的饱和水蒸汽加热。
已知各效因溶液蒸汽压下降和液柱静压强所致的温度差损失分别为8、14及22℃。
忽略因管道流体阻力所致的温度差损失。
求冷凝器内真空度的极限值。
饱和蒸汽的性质为:(提示:本题求各效的有效传热温差△t i皆为零时冷凝器内真空度之值)[7] j06a10016在一单效蒸发装置中将某原料液进行浓缩,完成液的浓度为28%(质量%),操作条件下沸点为98℃。
为了减少生蒸汽的消耗量,用二次蒸汽四分之一的冷凝潜热把原料液从20℃预热至 70℃。
将溶液加热,使其中部分溶剂气化并不断去除,以提高溶液中的溶质浓度的过程即蒸发。
一、蒸发原理与目的蒸发原理:蒸发是溶液浓缩的单元操作。
它采用加热的方法,使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾,其中的部分溶剂被气化除去,而溶液得到浓缩。
蒸发目的:1. 制取浓缩产品--如浓缩果汁、蔬菜汁。
2. 获得饱和溶液,冷却后使溶质结晶--味精、白糖、精制盐。
3. 制取纯溶剂--蒸馏水、海水淡化等。
从目的看:是使溶剂和溶质分离,属化工分离,传质过程。
从机理看:溶剂分离出来的速率直接取决于供热量或供热速率,属传热过程。
二、基本流程图热源:水蒸汽,一般称为加热蒸汽。
二次蒸汽:当蒸发的物料为水溶液时,蒸发产生的溶剂蒸汽,亦称为水蒸气。
注意:加热蒸汽温度高于二次蒸汽温度。
料液、加热蒸汽分别在管内、管外流动。
二次蒸汽是否利用可将操作分为单效或多效蒸发。
蒸发过程进行的必要条件:不断提供热源(加热蒸汽);不断排除二次蒸汽。
三、蒸发过程的特点与方法特点:(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,故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。
(2) 溶液特性有些物料浓缩时易于结晶,结垢;有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性;有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性等。
(3) 溶液沸点的改变由于不挥发溶质的存在,溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。
因此,在相同压力下,溶液的沸点高于纯溶剂的沸点,这种现象称为溶液的沸点升高。
溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。
(4) 泡沫夹带二次蒸汽常夹带大量液沫,须除去。
(5) 能源利用利用二次蒸汽产生的潜热是须考虑。
食品工业蒸发的特点1.热敏性要求低温短时,采用真空蒸发器及液膜式蒸发器2.腐蚀性设备防腐,不锈钢3.粘稠性采用外力强制循环或加搅拌4.发泡性食品沸腾时形成泡沫,加入表面活性剂或采用机械装置消泡5.挥发性∵芳香成分和风味成分易挥发6.结垢性食品中Ca、Mg离子浓缩后产生沉淀;蛋白质、糖、果胶等到受热过度后变性、结块、焦化等;均形成垢层蒸发的分类●自然蒸发--溶液中的溶剂在低于沸点下汽化,例如海盐的晒制。
化工原理习题(下)1.单位加热蒸汽消耗量是指(蒸发1Kg水分消耗的加热蒸量),单位为(Kg/Kg)2.按溶液在加热室中运动的情况,可将蒸发器分为(循环型)和(非循环型)两大类。
3. 生蒸汽是指(用来加热水溶液的新鲜蒸气又称为生蒸汽,以区别于二次蒸汽)4. 单效蒸发是指(将第二次蒸汽直接冷凝,而不利用其冷凝热的操作。
)5. 按操作压力来分,可分为(加压、常压及减压)蒸发。
工业上的蒸发操作经常在减压下进行,称为(真空蒸发)6.溶液因蒸汽压下降而引起的沸点升高与温度差损失的数值(相等)7.按加料方式不同,常见的多效蒸发操作流程有:(并流加料法)、(逆流加料法)和(平流加料法)三种。
8. 对于蒸发同样任务来说,单效蒸发的经济效益(不如)多效的,单效蒸发的生产能力和多效的(相同),而单效的生产强度为多效的(n倍)。
的主要因素是(溶液沸腾侧污垢热阻和沸腾传9. 控制蒸发操作的总传热系数Ko热系数)在蒸发器的设计和操作中,必须考虑蒸汽中(不凝气的及时排除),否则蒸气冷凝传热系数会(大幅度下降)。
10.多效蒸发系统的效数是有一定限制的,超过限制会出现(总温度差损失等于或大于蒸发器两端点温度差),用式子表达为∑△≥(T-Tk),此时蒸发操作(无法进行)。
》11. 在同条件下蒸发同样任务的溶液时,多效蒸发的总温度差损失(大于)单效的,且效数越多,温度差损失(也越大)。
12. 试题:在蒸发操作中,溶液的沸点升高△/,( D )(A)与溶液类别有关,与浓度无关;(B)与浓度有关,与溶液类别、压强无关;(C)与压强有关,与溶液类别、浓度无关;(D)与溶液类别、浓度及压强都有关。
13. 一般来说,减少蒸发器传热表面积的主要途径是( C )(A)增大传热速率;(B)减小有效温度差;(C)增大总传热系数;/(D)减小总传热系数。
14. 二次蒸汽又称为生蒸汽,以区别于新鲜的加热蒸汽。
(×)15. 蒸发器有用直接热源和间接热源加热的,而工业上经常采用的是间接蒸汽加热的蒸发器。