蒸發(fā)的基本原理

1、蒸發(fā)的基本原理蒸發(fā)的基本原理前言前言使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱(chēng)為蒸發(fā)，所采用的設(shè)備稱(chēng)為蒸發(fā)器。蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、制藥、制糖、造紙、深冷、海水淡化及原子能等工業(yè)中。蒸發(fā)操作中的熱源廠(chǎng)采用新鮮的飽和水蒸汽，又稱(chēng)生蒸汽。從溶液中蒸出的蒸汽稱(chēng)為二次蒸汽，以區(qū)別于生蒸汽。在操作中一般用冷凝方法將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作稱(chēng)為單效蒸發(fā)。若將二次蒸汽引到下一效蒸發(fā)器作為

2、加熱蒸汽，以利用其冷凝熱，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱(chēng)為多效蒸發(fā)。蒸發(fā)操作可以在加壓、常壓或減壓下進(jìn)行，工業(yè)上的蒸發(fā)操作經(jīng)常在減壓下進(jìn)行，這種操作稱(chēng)為真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)的特點(diǎn)在于：1.減壓下溶液的沸點(diǎn)下降，有利于處理熱敏性物料，且可利用低壓強(qiáng)的蒸汽或廢蒸汽作為熱源。2.溶液的沸點(diǎn)隨所處的壓強(qiáng)減小而降低，故對(duì)相同壓強(qiáng)的加熱蒸汽而言，當(dāng)溶液處于減壓時(shí)可以提高傳熱總溫度差但與此同時(shí)，溶液的粘度加大，使總傳熱系數(shù)下降。3.真空蒸發(fā)系統(tǒng)要求有造成減壓的裝置

3、，使系統(tǒng)的投資費(fèi)用和操作費(fèi)用提高。一般情況下，經(jīng)濃縮后的液體為產(chǎn)品，二次蒸汽冷凝液則被排除；蒸發(fā)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是傳熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過(guò)程，溶劑的汽化速率由傳熱速率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過(guò)程，但又有別于一般傳熱過(guò)程，因?yàn)檎舭l(fā)過(guò)程具有以下特點(diǎn)：1）傳熱性質(zhì)傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè)為溶液進(jìn)行沸騰，故屬于避免兩側(cè)流體均有相變的恒溫傳熱過(guò)程。2）溶液性質(zhì)有些溶液在蒸發(fā)過(guò)程中有晶體析出、易結(jié)垢和生泡沫、高溫下

4、易分解和聚合；溶液的粘度在蒸發(fā)過(guò)程中逐漸增大，腐蝕性逐漸增強(qiáng)。3）溶液沸點(diǎn)的改變含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下溶劑（即純水）的為低，換言之，在相同壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，故當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差。溶液濃度越高這種現(xiàn)象越顯著。4）泡沫夾帶二次蒸汽中常夾帶大量液沫，冷凝前必須設(shè)法除去，否則不但蒸煮上述混合物產(chǎn)生一種叫“黑液”的稀溶液。這種黑液大部分由水組成（重量約占8085%），其余（

5、重量約1520%）是蒸煮用的無(wú)機(jī)化學(xué)藥品和有機(jī)木質(zhì)素的混合物。黑液里的這種非水部分稱(chēng)作黑液固形物。通過(guò)蒸發(fā)掉黑液中的水份，燃燒其中的有機(jī)物，并將剩余的無(wú)機(jī)化學(xué)藥品轉(zhuǎn)化為它們的原始形式，可以回收重新用來(lái)蒸煮的無(wú)機(jī)化學(xué)藥品。用蒸汽作為熱源，蒸發(fā)罐蒸發(fā)掉稀黑液中的水分。水分蒸發(fā)掉后，黑液固形物被濃縮為占剩余溶液的70%（重量）以上，成為重黑液。這樣過(guò)后，濃黑液能作為燃料在RB中燃燒，產(chǎn)生蒸汽還原黑液中蒸煮用的化學(xué)藥品。把黑液濃縮為濃度80%以

6、上的一個(gè)好處是減少排到大氣中的TRS等有害物質(zhì)。定義定義?蒸發(fā)罐首先需要復(fù)習(xí)的一個(gè)基本概念是蒸發(fā)，讓我們從水開(kāi)始談起。水分子有兩個(gè)氫原子（正電荷）和一個(gè)氧原子（負(fù)電荷）組成。如圖所示，每個(gè)分子正負(fù)電荷間有大量的空間，這些電荷間強(qiáng)大的引力使水聚在一起。當(dāng)液體表面附近的一個(gè)微粒獲得足夠的能量以克服液體表面微粒對(duì)它的吸引力而逃逸到氣體狀態(tài)，蒸發(fā)就產(chǎn)生了。換句話(huà)說(shuō)，任何蒸發(fā)罐的主要目的是將水份從黑液中蒸發(fā)掉。基本上蒸發(fā)罐是這樣工作的，把水分蒸發(fā)

7、掉。蒸發(fā)出來(lái)黑液作RB燃燒用的燃料。把黑液作為燃料在RB中燃燒使工廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生蒸汽和動(dòng)力，同時(shí)燃燒使工廠(chǎng)從黑液中回收有用的化學(xué)藥品。而HPD蒸發(fā)罐是蒸發(fā)和回收過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵元素。?沸點(diǎn)為使水沸騰，加熱是必需的。海拔為零的水在100C沸騰。在這個(gè)溫度，水從液態(tài)轉(zhuǎn)化到氣態(tài)。然而，當(dāng)氣壓上升到13.8bar(g)時(shí)，溫度要上升到150C水才沸騰。相應(yīng)的，房子里的一壺水如果表壓667.7mmHg柱（即絕壓92.30mmHg）則在50C時(shí)就沸騰

8、。從所提供的表格中很容易找到溫度氣壓之間的關(guān)系。即降低壓力就降低沸點(diǎn)。?能量，熱量熱量是一種能量，其度量單位是卡。1卡是把1kg水加熱上升1C所需的熱量。這個(gè)熱量度量單位是個(gè)很重要的概念，它幫我們描述熱量傳遞和要達(dá)到一個(gè)具體溫度所需要的能量，比如說(shuō)這個(gè)能量是用來(lái)蒸發(fā)水還是為你的房子取暖。為更好的描述一定量的蒸發(fā)所需要的熱量數(shù)量，我們還應(yīng)該理解飽和，過(guò)熱及過(guò)冷等概念。?飽和假定在一間房子里有一個(gè)容器裝有1kg15C的水，這時(shí)，水的蒸發(fā)基本