在蒸发操作中,降低单位蒸气消耗量的主要方法有:________,____________,____________。
在蒸发操作中,降低单位蒸气消耗量的主要方法有:________,____________,____________。
题目解答
答案
采用多效蒸发 真空蒸发 加强设备保温
解析
本题考查蒸发操作中降低单位蒸气消耗量的方法相关知识点。解题思路是从蒸发操作的原理和影响因素出发,分析能够减少蒸气消耗的有效途径。
采用多效蒸发
在多效蒸发中,将前一效蒸发器蒸出的二次蒸气作为后一效蒸发器的加热蒸气。设单效蒸发时,加热蒸气的消耗量为 $D_1$,蒸发的水量为 $W$,加热蒸气的汽化潜热为 $r$,溶液的沸点升高为 $\Delta$,则单效蒸发的单位蒸气消耗量 $e_1=\frac{D_1}{W}=\frac{1}{r - \Delta}$。
对于双效蒸发,若两效的加热蒸气和二次蒸气的汽化潜热都近似为 $r$,则双效蒸发的单位蒸气消耗量 $e_2=\frac{D_2}{W}\approx\frac{1}{2(r - \Delta)}$ 。以此类推,$n$ 效蒸发的单位蒸气消耗量 $e_n=\frac{D_n}{W}\approx\frac{1}{n(r - \Delta)}$ 。可以看出,随着效数 $n$ 的增加,单位蒸气消耗量显著降低,所以采用多效蒸发可以降低单位蒸气消耗量。
真空蒸发
真空蒸发是在减压条件下进行的蒸发操作。根据克劳修斯 - 克拉佩龙方程 $\frac{d\ln p}{dT}=\frac{\Delta H_{vap}}{RT^{2}}$(其中 $p$ 是蒸气压,$T$ 是温度,$\Delta H_{vap}$ 是汽化热,$R$ 是气体常数),在减压时,溶液的沸点降低。这样,加热蒸气与溶液之间的温差增大,在相同的传热速率下,所需的加热蒸气量减少,从而降低了单位蒸气消耗量。
加强设备保温
在蒸发操作中,热量损失是不可避免的。如果设备的保温性能不好,会有大量的热量散失到周围环境中。根据热量衡算,加热蒸气提供的热量 $Q = D\times r$($D$ 为加热蒸气消耗量,$r$ 为加热蒸气汽化潜热),而用于蒸发溶液的有效热量 $Q_{eff}=W\times r_{w}$($W$ 为蒸发的水量,$r_{w}$ 为溶液的汽化潜热)。热量损失 $Q_{loss}=Q - Q_{eff}$。
加强设备保温可以减少热量损失 $Q_{loss}$,使得更多的加热蒸气热量用于蒸发溶液,在蒸发相同水量的情况下,所需的加热蒸气量减少,进而降低单位蒸气消耗量。