第八章 蒸发
第八章渗透蒸发
(3)、渗透蒸发膜及膜材料 、
渗透蒸发过程用膜与气体分离膜类似,主要使用非对称膜和 复合膜。在筛选渗透蒸发膜材料时,应考虑以下问题： ①、优先透过组分的性质 在渗透蒸发中应以含量少的组分为优先透过组分,根据透过 组分的性质选用膜材料。一般可分三种情况：I、有机溶液中少 量水的脱除,可用亲水性聚合物;II、水溶液中少量有机质的脱除, 可用弹性体聚合物;III、有机液体混合物的分离,这种体系又可分 三类:极性/非极性、极性/极性和非极性/ 非极性混合物。对极性/ 非极性体系的分离材料的选择比较容易,透过组分为极性可选用 有极性基团的聚合物,透过组分为非极性应选用非极性聚合 物。 而极性/极性和非极性/非极性混合物的分离就比较困难,特别当组 分的分子大小、形状相似时更难分离。
③ 液体中易渗透组分的浓度 在液体混合物中易渗透组分浓度增大,渗透通量增加。 因为随着易渗透组分浓度的增大,组分在膜中的溶解度和 扩散系数均增大。 ④ 原料液流率 与多数膜分离过程类似,渗透蒸发过程存在浓差极化 问题,有时还相当 严重。 随着料液流率的增加,料液的湍动程度加剧,减小了上 游侧边界层的厚度,减少了传质阻力,因此使得组分的渗透 通量得到提高。在某些条件下,料液边界层的传质阻力甚 至起支配作用。
(1)、基本原理 、
渗透蒸发分离的原理如图所 示。即在膜的上游连续输入经过加 热的液体,而在膜的下游以真空泵 抽吸造成负压,从而使特定的液体 组分不断变作蒸气透过分离膜,然 后,再将此蒸气冷凝成液体而得以 从原液体中分离出去。总括起来, 其分离机制可分为3步：①被分离 的物质在膜表面上有选择地被吸附 并被溶解;②通过扩散在膜内渗透; ③在膜的另一侧变成气相脱附而与 膜分离。
膜分离性能的强化可通过两个途径,膜结构的改进和 膜材料的改性。 ① 膜结构改进 进行材料筛选时大多将聚合物制成致密均质膜,这种 膜通量很小。实际应用的渗透蒸发膜多为复合膜,它的通 量比致密均质膜大得多。 ② 膜材料改性 A、交联 交联可以三种方法进行。第一种是通过化 、 学反应在两聚合物链间联接上一化合物,这类交联绝大多 数是以过氧化物为引发剂的自由基反应;第二种为光照射 交联;第三种为物理交联。
8第八章 地下水的补给与排泄
第八章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge8．1概述补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。
地下水通过补给与排泄，获得与消耗并重新分布可溶气体及盐量，更新溶滤能力。
地下水通过补给和排泄，保持不断流动循环支撑有关水文系统和生态环境系统正常运行。
8．2 地下水的补给补给––––饱水带获得水量的过程。
1．大气降水（precipitation）以松散沉积物为例，讨论降水入渗补给地下水的过程。
包气带截留的水量，用于补足降水间歇期由于蒸散造成的水分亏缺。
一次降水过程，除去植被截留以及包气带截留外，大气降水量最终转化为3部分：地表径流量、蒸散量及地下水补给量(图8.1)。
一次降水过程中，包气带水分变化及其对地下水补给的影响(图8.2)。
入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P48,公式6.11；P72，图8.3），累积入渗量。
2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration ），或优势流（preferential flow ）。
降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。
降水转化为3种类型的水：① 地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；② 土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③ 地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。
因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。
入渗补给地下水的水量：q x =p -D -∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；p ––––年降水总量；D ––––地表径流量；∆S –––包气带水分滞留量。
单位：mm 水柱。
大气降水补给地下水的影响因素：降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。
第八章渗透汽化膜技术
透过组分的性质选用膜材料。
一般可分三种情况： I、有机溶液中少量水的脱除,可用亲水性聚合物; II、水溶液中少量有机质的脱除,可用弹性体聚合物;
再生。常用的荷电基团有-COO-、-SO3-、-NH+、-NR3+。
D、共混 将具有不同性质的聚合物共混,以使膜具有需要 的特性。但共混的聚合物在同一溶剂中必须相容 , 即在配成制
膜液时必须为均相。
(4) 影响渗透蒸发过程的因素
① 温度 组分在膜中的扩散系数、溶解度及渗透率随温度的升 高而增加。温度对分离系数 (选择性) 的影响不大 ,一般温度 升高 , 选择性有所下降 , 但也有温度升高 ,选择性升高的情况。 ② 压力 液相侧的压力对液体在高分子膜中的溶解度影响不大 , 故对渗透汽化过程的影响不大,所以通常液相侧均为常压。
膜下游侧压力 ( 真空度 ) 是一个重要的操作参数。当膜 下游真空侧压力升高时,过程的传质推动力(组分的蒸气压差) 变小,从而使得组分的渗透通量降低。
③ 液体中易渗透组分的浓度 在液体混合物中易渗透组分浓度增大 , 渗透通量增加。
因为随着易渗透组分浓度的增大,组分在膜中的溶解度和 扩散系数均增大。
III、有机液体混合物的分离
这种体系又可分三类:极性/非极性、极性/极 性和非极性/ 非极性混合物。 对极性/非极性体系的分离材料的选择比较 容易,透过组分为极性可选用有极性基团的
聚合物,透过组分为非极性应选用非极性聚
合 物。
而极性/极性和非极性/非极性混合物的分
离就比较困难,特别当组分的分子大小、形 状相似时更难分离。
氧化铝生产工艺分解母液蒸发
次蒸汽温度之差。 有效温差：加热蒸气温度与溶液的沸点温度之差。
第八章 分解母液的蒸发
第二节 蒸发生产作业流程及设备
一、单效蒸发
溶液在蒸发时，所产生的二次蒸汽不再利用于本系 统的作业叫做单效蒸发。
二、多效蒸发
单效蒸发的热利用率很低，所以生产中多采用多效 蒸发。一般来说，有几级蒸发器，我们就称为几效 蒸发。蒸发器的效数不能无限增加，在多效蒸发中， 前一效的二次蒸汽被利用来作次一效的热源，所以 次一效的溶液沸点必须低于前一效的沸点。否则蒸 发无法进行。
2 ---- 垢层的热阻
2
第八章 分解母液的蒸发
二、有效温差的影响
有效温差越大，热传递越好，蒸发器的产能越高。 提高有效温差的方法如下： （1）提高加热蒸气的使用压力。 （2）提高蒸发器组系统的真空度。 （3）减少温度损失。 减少温度损失可采用：
（1）减少蒸汽管路的温度损失。 （2）减少由液柱静压导致的温度损失。
（4）由于一效出料温度较高，虽然热损失较大，但 出料顺畅。
第八章 分解母液的蒸发
3、错流 既有顺流又有逆流的作业称为错流。其特点介于
顺流和错流之间。其目的在于清洗蒸法器管内的结 疤，提高蒸发效率。
第八章 分解母液的蒸发
第三节 影响蒸发产能的因素和措施
蒸发过程实质上是一种热能传递过程，可以用传热方 程式来表示。
1
a1 a2 1 K2 = ------------------
a1
1 + 1 + 1+ 2
a1 a2 1 2
式中：a1 ---加热蒸气向加热管壁的给热系数 KJ/ m2 *h*℃
华东理工大学化工原理考研资料课后习题第08章蒸发
第八章习题气液相平衡1．在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO2气，经长期接触后测得水中CO2的平衡溶解度为2.857×10-2mol/L溶液。
鼓泡器中的总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρm=996kg/m3。
求亨利系数，并将此实验值与文献值E=188.5MPa 作比较。
2．惰性气与CO2的混合气中含CO230% (体积百分数)，在1MPa(表压)下用水吸收。
设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至20kPa(表压），放出大部分CO2，然后再在解吸塔中吹气解吸。
设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。
求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少kgCO2气。
习题1 附图习题2附图3．20℃的水与N2气逆流接触以脱除水中溶解的O2气。
塔底入口的N2气中含氧0.1% (体积)，设气液两相在塔底达到平衡，平衡关系服从亨利定律。
求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧量。
以mg/m3水表示。
（1）操作压强为101.3kPa（绝对）。
（2）操作压强为40kPa（绝对）。
4．气液逆流接触的吸收塔，在总压为101.3kPa下用水吸收Cl2气，进入塔底的气体混合物中含氯1%（体积），塔底出口的水中含氯浓度为x=0.8×10-5（摩尔分率）。
试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(x e-x)及(y-y e)表示。
（1）塔底温度为20℃。
（2）塔底温度为40℃。
5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10-4（摩尔分率）, 进口气体中含溶质2.5%（体积），操作压强为101kPa。
气液平衡关系为y=50x。
现将操作压强由101kPa增至202kPa，问塔底推动力(y-y e)及(x e-x)各增加至原有的多少倍。
扩散与相际传质速率6．柏油马路上积水2mm，水温20℃。
水面上方有一层0.2mm厚的静止空气层，水通过此气层扩散进入大气。
大气中的水汽分压为1.33kPa。
第八章 蒸发浓缩设备
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混合室：冷凝水和不凝性 气体随冷水排出；
扩散室：热交换冷凝水； 附件：挡板、排水管、冷 却水出口、冷水进口等
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B、工作原理
工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴， 由于喷嘴处的截面积突然变小，水流以高速（达 15-30m/s）射入混合室和扩散室，这样在喷嘴 出口处便形成负压，二次蒸汽不断被吸入，并与 冷水进行热交换，二次蒸汽凝结为冷凝水，同时 夹带不凝性气体，随冷水一起排出，这样既达到 冷凝，又起到抽真空的作用。
9
结晶性 后果：浓度增加时 晶粒析出 传热 措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环
粘滞性：
后果：浓度增大 腐蚀性 措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器
10
粘度增大
流速
传热
措施：选用强制循环，刮板式或降膜式
2、满足工艺要求：如浓缩比，浓缩比的收缩率，能 否保持溶液特性；
3、传热效果好，传热系数高，热利用率高；
6、说明汽液分离器的作用、类型和相关特点； 7、论述升膜式和板式蒸发器的结构、特点及工作 过程。
62
1）大气式冷凝器（又 称干式高位逆流冷凝器） 二次蒸汽由冷凝器的 下侧进入，向上通过隔 板间隙，与从冷凝器上 部进入的冷水逆流接触 冷凝，
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不凝气体由上端排除， 进入汽液分离器，将液 滴分离后，再被抽真空 装置吸取排入大气中， 应用广泛。
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2）表面式冷凝器
通过管壁间接加热， 加之壁垢的存在，两边 的温差大，其冷却水利 用浪费大，应用较少。
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板式蒸发器的传热组合
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加热板间蒸汽与物料之流程
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进料管道：蒸汽进口、 料液进口；
附件：密封圈、调节板、 紧固件和支架等。
蒸发 化工原理
蒸发化工原理
蒸发是一种常见的物质从液态到气态的相变过程，广泛应用于化工工艺中。
蒸发是通过加热液体使其产生蒸汽，将液体中的溶质分离出来。
这一过程主要依靠液体分子之间的相互作用力的克服和蒸汽与环境之间的质量传递完成。
在化工原理中，蒸发的实现方式多种多样，如单效蒸发、多效蒸发、闪蒸、蒸发结晶等。
其中，单效蒸发是最简单的一种方式，通过加热液体，使其沸腾产生蒸汽，然后分离出液体中的溶质。
多效蒸发则是在单效蒸发的基础上，将蒸汽传导给下一个蒸发器加热新的液体，从而提高热能利用效率。
蒸发过程中，液体分子的动能逐渐增高，能量不断转化为蒸汽的动能，导致液体温度升高。
当液体温度超过其饱和蒸汽压时，液体开始沸腾，产生大量蒸汽。
蒸汽与液体之间的传质过程是通过蒸汽在气液界面上的传递完成。
蒸汽与液体之间的传质速率取决于温度差、接触面积、液体流动情况等因素。
蒸发的应用广泛，常见于海水淡化、废水处理、食盐生产、化工中间体的提纯等工艺中。
通过蒸发，可以实现对溶液中的溶质进行分离和浓缩，提高产品的纯度和品质。
蒸发工艺的设计和优化对于提高产品的产量和质量具有重要意义。
第八章 沉积矿床(2006)-2 蒸发盐
青海察尔汗盐湖钾盐矿床： 察尔汗盐湖面积5856km2，固体钾盐矿层占总储量的1/3, 晶间卤水矿床占2/3。正在沉积的光卤石层的沉积速度20－ 30cm/a
青海大柴旦盐湖硼矿床：是一个大型的内陆盐湖硼矿床。它 位干柴达木盆地北缘山间盆地内。盐湖面积约240km2，除其 北部及东部 40 km2仍为湖水覆盖外。其余均为干盐滩。
◎海相沉积盐类矿床
世界上绝大多数规模巨大的盐类矿床为海相成因。 （1）地质概况：矿床形成于海湾、泻湖、内陆海盆 地中。现在海水中平均含盐量为3.5％，红海含盐 量高达4.3％，现代干旱地区，如：波斯湾正在形 成盐类沉积； （2）盐层组合：盐层与石灰岩、白云岩、粘土岩等 共生。海相盐类矿物成分复杂，常由多种盐类矿 物共生产出。这类矿床产出钾盐的几率较陆相盐 类矿床为大。
a)干盐湖中产生新的局部拗陷，使残余富钾卤水或 固相晶间卤水流入新（拗陷）盆地中或称为钾盐盆 地中。在钾盐盆地中，如果卤水继续受到蒸发，便 可结晶形成浸染状钾盐矿层； b）钾盐盆地的形成，可以通过地壳运动使盐类堆集 的某些局部地区产生不均衡的拗陷；亦可由于在干 盐湖的边缘有新的淡水的补给，使已结晶的石盐层 被溶解，进入新的凹处，再经蒸发而钾盐矿层。 3）从钾盐层的分布与石盐层的关系来看，钾盐层位 于盆地的中部或位于盆地远离海水补给的一侧；
Байду номын сангаас
钾盐矿床的形成机制 从理论，应是在成盐盆地发展 到最后阶段，含钾盐层于石盐层之 上，尽管其面积可能要小得多。但 自然界中许多规模巨大的盐类矿床 中，并无钾盐层的分布。钾盐矿床 的形成比人们预料的要复杂得多。 钾盐矿床往往形成于: 1)有足够钾质来源 2）持续干旱的气候条件下，成盐 盆地逐渐缩小面积，使富钾的残余 卤水汇集于“成钾盆地”中，再经 强烈蒸发而沉淀。
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参考
资料
朱家骅主编，化工原理（上册），科学出版社，2005
陈敏恒主编，化工原理（上册），化学工业出版社，1999
柴诚敬主编，化工流体流动与传热，化学工业出版社，2000
第8-1页
四川大学教案
【化工原理（Ι）-1】
周次
第17周，第1次课2006年6月12日
备注
章节
名称
第8章蒸发
8.1基本概念
8.2常用蒸发设备
8.3单效蒸发
8.4多效蒸发
授课
方式
理论课（√）；实践课（ ）；实习（ ）
教学
时数
2
教学
目的
要求
了解蒸发过程的基本概念，常见蒸发器的结构及特点，掌握单效蒸发的物料衡算和热量衡算，理解溶液的沸点及温度差损失概念，了解多效蒸发流程。
教学内容提要
时间
分配
8.1基本概念
（1）蒸发流程简图
（2）名词解释
8.2常用蒸发设备
8.3单效和温度差损失
8.4多效蒸发的三种流程
20
10
50
10
教学
重点
难点
重点：单效蒸发的计算
难点：温度差损失
讨论
练习
作业
作业：p.331—8.1、8.2、8.3、8.5
教学