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多效蒸发器原理深度解析

时间 2020-08-30

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1、多效蒸发器原理

多效蒸发器由多个单级蒸发器串联,每级称为效,最后一效蒸发器配冷凝器和真空泵。多效蒸发器的后效操作压力和溶液沸点比前效低,可以利用前效蒸发出的二次蒸汽作为热源,而后一效的加热器也就同时成为了前效的冷凝器。因蒸发出的二次蒸汽得到了多次重复利用,多效蒸发器的总蒸发量可达数倍于新蒸汽消耗量。

2、多效蒸发器理解难点

很多人熟悉多效蒸发器的组成以及各效之间的前后关系,但是却难以理解多效蒸发器各级(效)间为什么能形成这样的逻辑关系,尤其不能理解前几效实现真空的原理。为了能够真正理解多效蒸发器,我们必须首先理解多效蒸发器的真空和形成原理。

3、多效蒸发器真空的形成

多效蒸发器的最后一效蒸发出的蒸汽被冷凝器冷凝,冷凝器后接真空泵维持负压。真空的形成不仅仅是真空泵一己之力作用的结果,而是冷凝器、冷却水(冷源)、真空泵共同作用的结果,具体过程如下:

(1)蒸汽进入冷凝器与冷侧换热后冷凝为水

(2)蒸汽冷凝后体积变小,形成真空

(3)真空泵阻止了外界空气的进入

(4)真空泵持续将冷凝器内不凝性气体抽出防止积累

所以真空形成的原因可以简单归结为蒸汽的冷凝以及不凝气的持续排出。而真空度的大小由被冷凝蒸汽量、冷源温度及冷源流量、换热面积决定,当然还需要真空泵能够将系统的不凝气持续排出。

4、各效蒸发器之间的压力温度关系

以三效蒸发器为例说明一二三效各效间的压力温度关系。

(1)末效蒸发出的水蒸汽直接进入冷凝器,以循环水为冷源,故末效具有最低的压力和沸点。

(2)二效蒸发器蒸发出的蒸汽进入了三效加热器,作为热源供给三效,而三效的物料就充当了冷源的角色。所以二效蒸发出的蒸汽被三效物料冷凝,二效蒸发出的水蒸气温度大于三效物料温度。

(3)同理,一效蒸发器蒸发出的蒸汽被二效物料冷凝,一效蒸发出的水蒸汽温度大于二效物料温度。

(4)同理,供入一效的生蒸汽被一效物料冷凝,生蒸汽的温度高于一效物料温度。

(5)因物料温度和其蒸发压力是相对应的,所以三二一效蒸发压力也就依次升高。

结合本篇条目3真空形成原理说明,一二三效加热器都具备了蒸汽、换热面、冷源这几要素,还缺少不凝气的排出环节没有说明。其实一二三效的加热器都设置有不凝气排出管口。一效加热器不凝气可以直接排空(一般三效蒸发器的首效加热器热侧压力大于大气压),二效加热器不凝气可排入后效或直接排入末效冷凝器,三效加热器不凝气则排入末效冷凝器。也就是说每效不凝气都排向了比自身压力更低的方向。

5、前两效为什么能形成真空

以氯化钠三效蒸发器为例,一般情况下末效真空度可达到-0.08MPa,饱和氯化钠沸点68℃。二效蒸发室蒸发出的蒸汽送入三效加热器,三效物料作为冷源,意即二效蒸发出的蒸汽去冷凝的冷源温度为68℃。所以换热面积越大,二者换热温差就越小,换热面积足够大的情况下,二效蒸发出的蒸汽温度可以无限接近68℃,蒸发压力也就无限接近三效的压力。

由此可见,在末效真空度一定并且系统蒸发量一定的情况下,三效加热器的换热面积决定了二效的蒸发压力和温度,同理二效换热面积决定了一效的蒸发压力和温度,一效换热面积决定了所需新蒸汽的压力和温度。这就是一二效在适当的工况下也能形成真空的原理所在。

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