多效蒸發

多效蒸發是將前效的二次蒸汽作為下一效加熱蒸汽的串聯蒸發裝置稱。在多效蒸發中，各效的操作壓力、相應的加熱蒸汽溫度與溶液沸點依次降低。

基本介紹

• 中文名：多效蒸發
• 外文名：multiple-effect evaporation
• 釋義：蒸發操作的一種
• 特點：節約加熱蒸汽
• 計算內容：各效蒸發水量、加熱蒸汽消耗量等
• 流程：並流、逆流、平流流程
• 缺點：裝置易結垢、腐蝕等問題

原理

在蒸發生產中，二次蒸氣的產量較大，且含大量的潛熱，故應將其回收加以利用，若將二次蒸氣通入另一蒸發器的加熱室，只要後者的操作壓強和溶液沸點低於原蒸發器中的操作壓強和沸點，則通入的二次蒸氣仍能起到加熱作用，這種操作方式即為多效蒸發。

多效蒸發中的每一個蒸發器稱為一效。凡通入加熱蒸汽的蒸發器稱為第一效，用第一效的二次蒸氣作為加熱劑的蒸發器稱為第二效，依此類推。採用多效蒸發器的目的是為了節省加熱蒸氣的消耗量。理論上，1kg加熱蒸氣大約可蒸發1kg水。

但由於有熱損失，而且分離室中水的汽化潛熱要比加熱室中的冷凝潛熱大，因此，實際上蒸發1kg水所需要的加熱蒸氣超過1kg。根據經驗，蒸氣的經濟性(U=W/D)，單效為0.91；雙效為1.76；三效為2.5：四效為3.33；五效為3.71等。可見隨著效數的增加，W/D的增長率逐漸下降。例如，由單效改為雙效時，加熱蒸汽大約可節省50%；而四效改為五效時，加熱蒸汽只節省10%。但是，隨著效數的增加，傳熱的溫度差損失增大，使得蒸發器的生產強度大大下降，設備費用成倍增加。當效數增加到一定程度後，由於增加效數而節省的蒸氣費用與所增添的設備費相比較，可能會得不償失。

工業上必須對操作費和設備費作出權衡，以決定最合理的效數。最常用的為2～3效，最多為6效。

流程

多效蒸發中第一效加入加熱蒸汽，從第一效產生的二次蒸汽作為第二效的加熱蒸汽，而第二效的加熱室卻相當於第一效的冷凝器，從第二效產生的二次蒸汽又作為第三效的加熱蒸汽，如此串聯多個蒸發器，就組成了多效蒸發。由於多效操作中蒸發室的操作壓力是逐效降低的，故在生產中的多效蒸發器的末效帶與真空裝置連線。各效的加熱蒸汽溫度和溶液的沸點也是依次降低的，而完成液的濃度是逐效增加的。最後一效的二次蒸汽進入冷凝器，用水冷卻冷凝成水而移除。

為了合理利用有效溫差，行根據處理物料的性質，通常多效蒸發有下列三種操作流程。

並流流程

右圖為為並流加料三效蒸發的流程。溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。

並流加料三效蒸發流程

這種流程的優點為：料液可藉相鄰二效的壓力差自動流入後一效，而不需用泵輸送，同時，由於前一效的沸點比後一效的高，因此當物料進入後一效時，會產生自蒸發，這可多蒸出一部分水汽。這種流程的操作也較簡便，易於穩定。但其主要缺點是傳熱係數會下降，這是因為後序各效的濃度會逐漸增高，但沸點反而逐漸降低，導致溶液黏度逐漸增大。

逆流流程

右圖為逆流加料三效蒸發流程。溶液與二次蒸汽流動方向相反，需用泵將溶液送至壓力較高的前一效。

逆流加料三效蒸發流程

其優點是，各效濃度和溫度對溶液的黏度的影響大致相抵消，各效的傳熱條件大致相同，即傳熱係數大致相I司。

缺點是：料液輸送必須用泵，另外，進料也沒有自蒸發。一般這種流群只有在溶液黏度隨溫度變化較大的場合才‘被採用，

平流流程

圖中為平流加料三效蒸發流程，蒸汽的走向與並流相同，但原料液和完成液則分別從各效加入和排出。這種流程適用於處理易結晶物料，例如食鹽水溶液等的蒸發。

計算

多效蒸發需要計算的內容有：各效蒸發水量、加熱蒸汽消耗量及傳熱面積。由於多效蒸發的效數多，計算中未知數量也多，所以計算遠較單效蒸發複雜。因此目前已採用電子計算機進行計算。但基本依據和原理仍然是物料衡算、熱量衡算及傳熱速率方程。由於計算中出現未知參數，因此計算時常採用試差法，其步驟如下。

(1)根據物料衡算求出總蒸發量。

(2)根據經驗設定各效蒸發量，再估算各效溶液濃度，通常各效蒸發量可按各效蒸發量相等的原則設定，即

並流加料的蒸發過程，由於有自蒸發現象，則可按如下比例設定

若為兩效 W1：W2 = 1：1.1

若為三效 W1：W2：W3 = 1：1.1：1.2

根據設定得到各效蒸發量後，即可通過物料衡算求出各完成液的濃度。

(3)設定各效操作壓力以求各效溶液的沸點。通常按各效等壓降原則設定，即相鄰兩效間的壓差為

式中，p1——加熱蒸汽的壓強，Pa；

pe——冷凝器中的壓強，Pa；

n——效數。

(4)套用熱量衡算求出各效的加熱蒸汽用量和蒸發水量。

(5)按照各效傳熱面積相等的原則分配各效的有效溫度差，並根據傳熱效率方程求出各效的傳熱面積。

(6)校驗各效傳熱而積是否相等，若不等，則還需重新分配各效的有效溫度差，重新計算，直到相等或相近時為止。