化工单元操作 蒸发
《化工原理》课件—05蒸发
图【5-8】
2-2 液柱静压头引起的沸点变化
以前在计算沸点时均不考虑液柱深度的 影响。但在长管蒸发器中，液柱很高。 液体内部所受的压力大于液面所受的压 力，因此在计算沸点时应考虑这种影响 因素。
随着液柱高度的变化，液体内部的压强 在改变。通常取液柱中点的压强计算溶 液的沸点。
W F (1 xo ) 10000(1 68) 2440kg / h
x1
90
6atm的加热蒸汽的温度和潜热分别为
T=159°C, r=2091kJ/kg
0.2atm的二次蒸汽的潜热为
r´=2355kJ/kg
对于沸点进料，由式【5-9】得
D Wr 2440 2355 2748kg / h
2-1 溶质引起的沸点改变
一、经验公式计算 溶质引起的沸点改变值Δ΄主要与溶液的种类、溶 液中溶质的浓度和蒸发压力有关。
设操作压下溶液的沸点为tA和二次蒸汽温度为 T´，则
Δ΄ =tA- T´ =f Δ΄a 【5-1】
式中： f 为校正系数，无因次 Δ΄a可从手册中查取
Δ΄a是常压下溶液的沸点与纯水的沸点 的差值。
3-1 物料衡算
W,T´,I´
由于蒸发过程中，只有溶剂 蒸发而溶质不挥发。所以对 于稳态过程，对溶质作物料 衡算。图【5-9】
Fxo (F W )x1
【5-5】
因此，可求得蒸发水量W
W F (1 xo ) x1
【5-6】
F,xo,io 蒸发室
D,T,I 加热器
F-W,x1,i1
D,T,i
图【5-9】
1-3-2 降膜蒸发器
若蒸发浓度或粘度较 大的溶液，可用降膜 式蒸发器。原料液由 加热室的顶部进入， 通过分布器均匀地流 入加热管并在重力的 作用下形成下降的膜，
化工原理 蒸发ppt课件
自然循环型：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 。
.
6
１.中央循环管式(标准式)蒸发器
加热蒸汽：加热室管束环隙内 溶液：加热室管束及中央循环管内， 受热时，由于中央循环管单位体积 溶液受热面小，使得溶液形成由中 央循环管下降，而由其余加热管上 升的循环流动。
适于处理浓缩过程中粘度变化大 的溶液、厂房有限制的场合
升膜加 热室
预热室
降膜加 热室
.
16
4. 刮板薄膜式蒸发器
它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板 ， 刮 板 端 部 与 加 热 管 内 壁 间 隙 固 定 在 0.75 ～ 1.5mm之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分 布在加热管内壁面上。
适于处理有晶体析出或易结垢的溶液
.
10
5. 强制循环型蒸发器
在加热室设置循环泵，使溶液沿加热室方 向以较高的速度循环流动。 优点：
✓循环速度高 ✓晶体不易粘结在加热管壁 ✓对流传热系数高
缺点：
动力消耗大 对泵的密封要求高 加热面积小
适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的 溶液。
.
11
（二）单程型(膜式)蒸发器
.
2
二、蒸发流程
稀溶液（料液）经过预热加 入蒸发器。蒸发器的下部是由许 多加热管组成的加热室，在管外 用加热蒸汽加热管内的溶液，并 使之沸腾汽化，经溶缩后的完成 液从蒸发器底部排出。蒸发器的 上部为蒸发室，汽化所产生的蒸 汽在蒸发室及其顶部的除沫器中 将其中夹带的液沫易于分离，然 后送往冷凝器被冷凝而除去。
.
13
2 . 降膜蒸发器
华东理工大学化工原理第七章 蒸发
T-t = (T-t0)-
=+
（2）操作型计算 特点：设备一定（设备结构、传热面积已知），
校核工艺条件，需试差求解。
类型1 已知： K，A， w0，t0，
w，T，t0 求：F，D，W，t
类型2 已知： A， F，w0，t0，
w，T，t0 求：K，D，t，W
例：w0=20%(wt%,下同)，F=3600kg/h，NaOH水溶 液浓缩w=50%，t0=20C，i0=60kJ/kg，p生 =400kPa(绝)，饱和温度T=143.4C ，汽化潜热 r=2140kJ/kg。p冷=50kPa(绝)，t0=81.2C ，K= 1100W/m2K，L=2.5m，=1500kg/m3，Q损0。 求：A=?D=? 解：
pm
p
1 5
Lg
P：液面上方的压强，通常以冷凝器压强代替 L：蒸发器内的液面高度
=ts (pm)- ts(p)
温差损失 =+ ，以 为主 蒸发器中沸腾液体的平均温度：
t t 0 t 0
冷凝温度(即二次蒸气温度)： t0= （p）
传热温差 t = T-t = (T-t0) - T t t 0
相同的生产任务下，蒸发器的传热面积较小， 减小了加热面上的结垢现象。 缺点：动力消耗大。
讨论：提高循环速度的 目的是什么？
A. 增加给热系数 B. 降低单程汽化率，
延缓结垢时间。
2.单程型蒸发器 物料一次通过加热面即可完
成浓缩要求，受热时间大 为缩短，适合热敏物料。 ①升膜式蒸发器 加热管束长达3～10m，二次 蒸发具有较高速度，常压 下为20～50m/s，传热温差 和传热系数大，不适宜用 于处理粘度大，易结晶， 易结垢的溶液。
化工原理 蒸发解析
应用广泛，适用于
（1）中央循环管式蒸发器（自然循环型） 处理量大、结垢不
严重的物系。
料液 生蒸汽
优点：结构紧凑、制造方便、传热
其截面积一般为 较好及操作可靠等，应用十分广泛。
其它加热管总截 缺点：
面积的40～ 100%
（1）循环速度较低，管内流速 <0.5m/s；
（2）溶液在加热室中不断循环， 使其浓度始终接近完成液的浓度， 因而溶液粘度大、沸点高，有效温 度差小。
缺点：结构复杂，单位传热面积的 金属消耗较多。
加热室
（3）外热式蒸发器
加热室单独放置，好处之一 是可以降低整个蒸发器的高度， 便于清洗和更换；好处之二是可 将加热管做得长些，循环管不受 热，从而加速液体循环。循环速 度可达1.5m/s。
蒸发室
加热 室
循环管
循环型（强制循环型）
对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采用强 制循环，循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制，一般 在2.5m/s以上。
（3）设备的清洗和维修也不够方 便。
（2）悬框式蒸发器（自然循环型）
溶液沿加热管中央上升，而后
循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内
其截面积一 般为其它加
壁间的环隙向下流动而构成循环。 热管总截面
溶液循环速度比标准式蒸发器大， 积的100～
可达1.5m/s。
150%
优点：这种蒸发器的加热室可由顶 部取出进行清洗、检修或更换，而 且热损失也较小。
一、 溶液的沸点及温度差损失
1、溶液沸点 t ( tb ) 溶液沸点 t > 二次蒸汽饱和温度 T
沸点升高（温度差损失）： t T
引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
化工原理-蒸发
蒸发蒸发操作的特点：蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩得到浓溶液的过程。
1.1 蒸发的基本流程：蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不断除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
蒸发器实质上是一个换热器，由加热室和分离室两部分组成，加热室通常用饱和水蒸气加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离室分离后从蒸发器引出，为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器顶部设有气液分离用的除沫装置从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，在多效蒸发中，二次蒸汽用于下一效的物料加热。
冷却水从冷凝器顶加入，与上升的蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，不凝气体从顶部排出。
通常不凝气体来源有两个方面，料液中溶解的空气和系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。
料液在蒸发器中蒸浓达到要求后称为完成液，从蒸发器底部放出，是蒸发操作的产品。
1.1.2 蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。
常压蒸发和减压蒸发据操作压力不同，蒸发过程可以分为常压蒸发和减压蒸发，常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压力从冷凝器排出。
减压蒸发冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统中的不凝气需用真空泵抽出。
减压蒸发较常压蒸发具有如下优点：①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小；②可以蒸发不耐高温的溶液；③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂；④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。
但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置。
单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程分为单效蒸发和多效蒸发。
单效蒸发中加热蒸汽在冷凝器中用水冷却排出。
多效蒸发中，第一个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推，串联蒸发器的个数称为效数。
《化工单元操作蒸发》课件
蒸发过程中的安全问题
1 高温
严格控制操作温度，采取 防热措施，避免操作人员 受热伤害。
2 高压
加强设备密封性能，防止 发生泄漏和事故。
3 燃爆
使用防爆设备和合适的工 艺参数，预防燃爆事故的 发生。
蒸发技术的应用
生物质能源利用
通过蒸发技术，将生物质转化为能源，实现绿色能 源利用。
1 传热
确保蒸发设备能提供充足的热量，促进液体快速蒸发。
2 传质
维持蒸发器内的浓度差，使溶液在蒸发过程中能充分挥发。
3 操作参数的调节
控制温度、压力、流量等操作参数，以获得理想的蒸发效果。
蒸发过程中常见问题及解决方法
结垢
使用清洁剂和定期维护设备， 防止结垢对蒸发效果的影响。
泡沫
加入消泡剂，控制溶液表面 泡沫的产生，提高蒸发效率。
《化工单元操作蒸发》 PPT课件
本课件将介绍化工单元操作蒸发的概念、设备和关键因素，解决常见问题， 以及蒸发技术的应用和意义。
操作蒸发的概念
蒸发是指液体通过升温变成气体的过程。蒸发广泛应用于化工行业，具有高 效、节能等优势。
蒸发的分类
自然蒸发
自然条件下，液体表面经过 长时间蒸发产生气体。
强制蒸发
通过加热增加蒸发速率，提 高产量和效率。
真空蒸发
在低压下进行蒸发，使液体 在较低温度下蒸发。
蒸发设备及其操作
管式蒸发器
通过管道中的加热介质将液体加热蒸发，广泛用于 工业生产。
循环蒸发器
利用冷凝和蒸发过程中的再循环，提高蒸发效果。
多效蒸发器
通过多级蒸发，充分利用热量，提高能源利用效率。
蒸发操作中的关键因素
食品工业
化工单元操作：蒸发工艺计算
—原料液流量，kg/h；1 单效蒸发的物料衡算和热量衡算 1，仍取整个蒸发器为系统，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则热量衡算得式中：S—蒸发器加热室的传热面积，m2；Q—蒸发器加热室的传热速率，称为蒸发器的热负荷，W；K—蒸发器加热室的传热系数，W/(m2•℃)；Δt m—加热室两侧的平均温度差，℃。
（一）蒸发器的热负荷Q蒸发器的热负荷Q可以根据加热室的热量衡算求得。
如果忽略加热室的热损失，则Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量：Q=D（H-h C）=Dr (14)(二) 传热系数K传热系数原则上可按下式计算:(15)式中：αo—管间蒸汽冷凝时的对流传热系数，W/(m2•K)；αi—管内溶液沸腾时的对流传热系数，W/(m2•K)；R o—管外污垢热阻，(m2•K)/W；R w—管壁热阻，(m2•K)/W；R i—管内污垢热阻，(m2•K)/W。
实际应用过程中，由于管内沸腾传热的复杂性，现有的计算管内沸腾传热系数的关联式准确性较差，目前在蒸发器计算中，K值多数根据实验数据选定。
表2列出了一些常用蒸发器的K值的大致范围，可供估算使用。
蒸发器型式 传热系数K/[W/(m2•℃)] 蒸发器型式 传热系数K/[W/(m2•℃)]标准式（自然循环）悬筐式外热式（自然循环）600～3000600～30001200～6000外热式（强制循环）升膜式1200～70001200～6000（三）传热的平均温度差Δt m蒸发操作过程中的传热是间壁两侧流体皆有相变的传热过程，一侧为加热蒸汽冷凝，其温度为加热蒸汽的温度T，另一侧为溶液沸腾汽化，其温度为溶液的沸点t1。
传热的平均温度差为Δt m=T-t1 (16)Δt m称为有效温度差。
在实际生产中，由于溶液的真实沸点不便于测量，常以二次蒸汽冷凝器进口附近处的压强所对应的饱和蒸汽温度T'来代替。
由于T'比溶液的实际沸点t1要低，两者之差称为温差损失，亦称为溶液的沸点升高，用Δ表示，即t1=T'+Δ (17)蒸发器内溶液的沸点升高（或温度差损失）主要有以下三方面的原因：由于溶液中含有不挥发物质所引起的沸点升高Δ′；由于蒸发器中溶液的液柱静压力而引起的沸点升高Δ″；由于管路流动阻力而引起的沸点升高Δ′′′。
《化工单元操作》教学课件—06蒸发 结晶
各种物质的溶解度数据可以由实验测定，或从有关手册中查得。
• 2．过饱和度和过饱和曲线 （1）过饱和度 同一温度下，过饱和溶液和饱和溶液间的浓度差称为过饱和度。 不饱和的溶液经过冷却降温达到饱和时的温度称为饱和温度。 过饱和度表示溶液呈过饱和的程度，也是结晶过程不可缺少的推动力。过饱和度的大
小直接影响着晶核的生成和晶体的生长，溶液的过饱和度越大，则一旦过饱和状态被破坏， 结晶析出的速率就越大，结晶的产量就越多。可见，创造溶液的过饱和状态是结晶操作的 必要条件，如何控制溶液的过饱和程度也是结晶操作最关键的问题之一。
''' 值的大小与二次蒸汽在管道中的流速、物性及管道尺寸等有关。根据经验，一般 取 ''' 为0.5～1.5℃
第三节 多效蒸发 一、多效蒸发的操作原理
。
利用减压的方法使后一效蒸发器的操作压力和溶液的沸点均较前一效蒸发器的低， 使前一效蒸发器引出的二次蒸汽作为后一效蒸发器的加热蒸汽，且后一效蒸发器的
故蒸发时产生的蒸汽也是水蒸汽。
热源蒸汽习惯上称为生蒸汽或一次蒸汽； 为了区别这两种蒸汽
从蒸发器汽化生成的水蒸气称为二次蒸汽。
•
蒸发分类
1.按加热方式：直接加热和间接加热；
2.按加热情况：自然蒸发和沸腾蒸发； 自然蒸发——加热温度低于溶液沸点，只在溶液表面发生汽化。
沸腾蒸发——加热温度等于溶液沸点，溶液内部和表面同时发生汽化。 3.按蒸发器的效数：单效蒸发和多效蒸发
• 二、单效蒸发的计算 单效蒸发计算的主要内容有：水分蒸发量；加热蒸气消耗量；蒸发器的传热面积。
计算的依据是：物料衡算、热量衡算和传热速率方程。
1．水分蒸发量 W 的计算
根据物料衡算衡算，蒸发前后溶质的量不变
华东理工大学化工原理第七章 蒸发
3
t0=90-=90-(6+1.5)=82.5C 查得相应饱和蒸汽压0.0525Mpa 真空度0.1013-0.0525=0.0488Mpa。
重 点 总 结
热量衡算：Dr0 FiO ( F W )i WI Q损
F i i0 W I i D r0
1 630 60 0.6 2644 630 0.831 2140
传热面积：
Q Dr0
Q KA(T t )
Dr0 0.831 2140 103 A 84.6m 2 K T t 1100 143.4 124内的平均给热系 数，应扩大环状流动区域。 四 传热系数的经验值 主要靠现场实际测定
3. 单效蒸发 3.1物料衡算 溶质不挥发 Fw 0 ( F W )w
w0 水分蒸发量 W F 1 w
问题：若将某溶液从0.01
％浓缩至0.1％与从1％浓 缩至10％相比，哪一个能 耗大？ 一样大，W并不与w0 成正 w0 比，而与 有关
w 热量衡算： Q Dr0 FCO (t t0 ) Wr Q损 传热速率式： Q KA(T t )
T-t = (T-t0)-
=+
（2）操作型计算 特点：设备一定（设备结构、传热面积已知）， 校核工艺条件，需试差求解。
类型1 已知： K，A， w0，t0， w，T，t0 求：F，D，W，t 类型2 已知： A， F，w0，t0， w，T，t0 求：K，D，t，W
生蒸汽与二次蒸汽的温差用于：
化工原理 蒸发
hs c Ts
*
h0 c0t0 0 c0t0
h ct 0 ct
代入前面的两式得 ：
D( H s hs ) F (ct c0t0 ) W ( H ct) Ql
式中 c0 、c——料液和完成液的比热，kJ/kg· K。
c
*
7.2.1 单效蒸发的计算—（2）热量衡算
• 由式（3）或式（4）可得加热蒸汽的消耗量为：
F (h h0 ) W ( H h) Ql D H s hs
① 忽略浓缩热 时 ② 忽略浓缩热且
F (ct c0t0 ) W ( H ct) Ql D H s hs
tw， t 0 —— 溶剂在相应压力下的沸点。
w
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失—
如图7-4为不同浓度 NaOH 水溶液的沸点与 对应压强下纯水的沸点 的关系，由图可以看出 ，当 NaOH 水溶液浓度 为零时，它的沸点线为 一条 45 对角线，即水 的沸点线，其它浓度下 溶液的沸点线大致为一 组平行直线。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
传热温差损失： t T t (T0 T ) (T0 t ) t T
溶液沸点：
t T
有效传热温差：t t T 温度差损失的原因 ： 蒸发操作时，温度差损失的原因可能有：因溶液沸点 升高引起的温度差损失 △’ ；因加热管内液柱静压力而引 起的温度差损失 △ ” ；由于管路流动阻力而引起的温度差 损失△’’’ 。总温度差损失为：
W, H, T
Fx 0 ( F W ) x
x0 W F ( 1 ) 水分蒸发量： x
化工原理第5章_蒸发
Q D( H hc ) Dr
但在确定Δtm和K时，却有别于一般换热器的计算方法。
四、传热平均温差Δtm的确定
１．蒸发装置的最大可能温度差Δtmax 如果不考虑由于溶质存在引起的溶液沸点升高，也不考虑 加热管中液柱高度对液体内部实际压强的影响，以及被蒸发出 的二次蒸汽从分离室流到冷凝器的管路阻力引起的压降的影响。 那么，蒸发器中溶液的沸腾温度可视为等于冷凝器的操作 压强下水的沸点。因此，在蒸发操作中，蒸发器加热室一侧是 蒸汽冷凝，另一侧为液体沸腾，在蒸发装置加热室两侧的最大 可能温度差为：
Fw0 ( F W )w
水分蒸发量：
w0 W F (1 ) w
Fw0 完成液的浓度： w F W
F－原料液的流量，[kg/h]； W－单位时间内蒸发的水分量，[kg/h]； w0－溶质在原料液中质量组成； w－溶质在完成液中的质量组成。
二、热量衡算 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
蒸发的流程
图为单效蒸发流程示意图。蒸发装置包括蒸发器和冷凝器 （如用真空蒸发，在冷凝器后应接真空泵）。以蒸发器内用加 热蒸气（一般为饱和水蒸气）将水溶液加热，使水沸腾汽化。 蒸发室下部为加热室，相当于一个间壁式换热器（通常为列管 式），应保证足够的传热面积和较高的传热系数。上部为蒸发 室，沸腾的汽液两相在蒸发室中分离，因此也称为分离室，应 有足够的分离空间和横截面积。在蒸发室顶部设有除沫装置以 除于二次蒸汽中夹带的液滴。二次蒸汽进入冷凝器用冷却水冷 凝，冷凝水由冷凝器顶部排出。不凝气体的来源有系统中原存 的空气、进料液中溶解的气体或在减压操作时漏入的空气。
W ( I ct) Wr D r0 r0
或
D I ct r 1 W r0 r0
蒸发技术—认识蒸发装置(化工单元操作课件)
01 任务一 认识蒸发装置
列文蒸发器中循环管的截面积比一般自然循环 蒸发器的截面积大，通常为加热管总截面积的2～ 3.5倍，这样，溶液循环时的阻力减小；加之加热管 和循环管都相当长，通常可达7～8m，循环管不受 热，因此，两个管段中溶液的温差较高，密度差较 大，从而造成了比一般自然循环蒸发器要大的循环 推动力，溶液的循环速度可以达到2～3m/s，整个 蒸发器的传热系数可以接近于强制循环蒸发器的数 值，而不必付出额外的动力。
模块四 蒸发技术
目录
CONTENTS
01 任务一 认识蒸发装置
工业中的应用
糖厂的甘蔗原料先被破碎成片 状或条状制成蔗料,然后送入压榨机 压榨。压榨出的蔗汁经过亚硫酸清 净、预灰和加热、硫熏中和、沉降 和过滤等工序后得到清汁,此时清汁 的浓度约为12%-14%,清汁必须经 过多效蒸发浓缩为60%的糖浆,并经 过硫熏、过滤制成清净糖浆,清净糖 浆经煮糖、结晶、离心、干燥制成 原糖。
工业中的应用
糖厂的甘蔗原料先被破碎成片 状或条状制成蔗料,然后送入压榨机 压榨。压榨出的蔗汁经过亚硫酸清 净、预灰和加热、硫熏中和、沉降 和过滤等工序后得到清汁,此时清汁 的浓度约为12%-14%,清汁必须经 过多效蒸发浓缩为60%的糖浆,并经 过硫熏、过滤制成清净糖浆,清净糖 浆经煮糖、结晶、离心、干燥制成 原糖。
蒸发单元过程的主要目的： （1）稀溶液的增浓，直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进一步处理 （如冷却结晶）制取固体产品，例如：在化工生产中，用电解法制得的烧碱 （NaOH溶液）的浓度一般只在10%左右，要得到42%左右的符合工艺要求的浓 碱液则需通过蒸发操作。由于稀碱液中的溶质NaOH不具有挥发性，而溶剂水具 有挥发性，因此生产上可将稀碱液加热至沸腾状态，使其中大量的水分发生汽化 并除去，这样原碱液中的溶质NaOH的浓度就得到了提高。 （2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海水蒸发脱盐制取淡水。 （3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药提取过程中，酒精浸出液的减压 蒸发、农药生产过程中甲苯溶剂的浓缩与回收等。
化工单元操作蒸发
化工单元操作蒸发
第一节 概述
一、蒸发过程及其特点 1、定义：将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸
腾使部分溶剂气化并使溶液得到浓缩的过程。 2、目的： （1）浓缩溶液； （2）制取或回收纯溶剂；
化工单元操作蒸发
3、特点
（1）蒸发是传热过程； （2）溶剂挥发而溶质不挥发； （3）溶剂的气化会消耗大量的热量； （4）蒸发的溶液种类不同时，所需设备和操作方
tma xtstc tmts tB
B、温差损失（沸点升高）
tB tc
' '' '''
※Δ’ 杜林规则:
tBKwtm
化工单元操作蒸发
t
' B
tB
K
t
' w
tw
※ Δ’’的计算 ※ Δ’’’
pm
p
gl
2
'' tpmtp
考虑1-1.5℃。
例题：P193。
化工单元操作蒸发
三、蒸发器的生产能力和生产强度
且忽略热损失的情况下， Ql 0
e D r' 1 Wr
注：由于溶液的热效应和热损失的存在，使得e大 于1.1。 例题：P190。
化工单元操作蒸发
(3)加热室传热面积的计算
A Q Ktm
Q Dr
K
1
1
0
R0
Ri
d0 di
1
i
d0 di
有效温度差
化工单元操作蒸发
（4）蒸发器的有效温度差
A、蒸发装置的最大可能温度差
QL
F-W w1,t1,h1
化工单元操作蒸发
注：溶液的焓由实验测定，值随浓度和温度而变化。
化工单元操作：蒸发简介
蒸发简介
蒸发分类
按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发、多效蒸发 1、单效蒸发：将蒸发中汽化出来的二次蒸汽直接冷凝排放，不再利用，这样的蒸发
操作称为单效蒸发。 2、多效蒸发：如果把汽化出来的二次蒸汽引到下一个蒸发器作为加热蒸汽使用，并
将多个这样的蒸发器串联起来，这种蒸发操作称为多效蒸发。 蒸发的效数由串联的蒸发器的个数划分，分为二效、三效、四效等。大规模
的、连续性的生产一般都采用多效蒸发。
2. 加压蒸发 ：加压蒸发的操作在高于大气压的情况下进行。
3. 减压蒸发：减压蒸发（或称真空蒸发）就是在低于大气压的条件下进行操作。化工 生产中的蒸发操作大都采用减减压蒸发具有以下优点： • 降低了溶液的沸点低，可以增大传热温度差； • 当热负荷一定时，蒸发器的传热面积可以相应减小； • 适用于不耐高温热敏性物料的蒸发； • 因为溶液的沸点降低了，就可以利用低压蒸汽或废汽作为加热剂； • 操作温度低，热损失相应地减小了。 减压蒸发也有一定的缺点: • 溶液的沸点降低，使得溶液粘度增大，导致总的传热系数下降； • 减压蒸发还要配置如真空泵、缓冲罐、汽液分离器等辅助设备，使设备投资和操作
蒸发简介
蒸发操作的特点 1．沸点升高：在相同压力下，含有不挥发物质的溶液沸点比纯
溶剂高； 2．二次蒸汽的综合利用：蒸发需要消耗大量加热蒸汽，同时生
成水蒸气（二次蒸汽），充分利用二次蒸汽可提高经济性； 3．物料物性的改变：浓度增大造成结晶，热敏性物质等。
蒸发简介
蒸发分类
按操作压强分：常压、加压、减压（真空）蒸发 1. 常压蒸发：操作压强等于外界大气压，采用敞口设备，二次蒸汽直排到大气中。
费用相应增加。
蒸发简介
蒸发分类
按操作过程是否连续分: 间歇蒸发、连续蒸发 1、间歇蒸发：溶液的浓度和沸点随时间而改变，传热的温度差和传热系
中职化工单元操作教案：蒸发器的生产能力与生产强度
3、提高蒸发强度的途径
1） 提高传热温度差
提高传热温度差可提高热源的温度或降低溶液的沸点等角度考虑，工程上通常采用下列措施来实现：
（1）真空蒸发
真空蒸发可以降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器的生产强度，同时由于沸点较低，可减少或防止热敏性物料的分解。另外，真空蒸发可降低对加热热源的要求，即可利用低温位的水蒸汽作热源。但是，应该指出，溶液沸点降低，其粘度会增高，并使总传热系数K下降。当然，真空蒸发要增加真空设备并增加动力消耗。图4-1即为典型的单效真空蒸发流程。其中真空泵主要是抽吸由于设备、管道等接口处泄漏的空气及物料中溶解的不凝性气体等。
四、学生练习
五、小结与作业
学生练习
板
书
设
计
教后札记
教
学
内
容
（2）高温热源
提高Δtm的另一个措施是提高加热蒸汽的压力，但这时要对蒸发器的设计和操作提出严格要求。一般加热蒸汽压力不超过0.6～0.8MPa。对于某些物料如果加压蒸汽仍不能满足要求时，则可选用高温导热油、熔盐或改用电加热，以增大传热推动力。
2、提高总传热系数
蒸发器的总传热系数主要取决于溶液的性质、沸腾状况、操作条件以及蒸发器的结构等。这些已在前面论述，因此，合理设计蒸发器以实现良好的溶液循环流动，及时排除加热室中不凝性气体，定期清洗蒸发器（加热室内管），均是提高和保持蒸发器在高强度下操作的重要措施。
教学
环节
教学活动内容及组织过程
个案补充
教
学
内
容
一、组织教学
二、复习巩固
1.
三、新课内容
1、蒸发器的生产能力
石油化工技术专业《蒸发操作技术》
蒸发操作技术任务一了解蒸发过程知识目标：●了解蒸发操作过程案例及其在化工生产工程中的应用；●了解蒸发过程的分类、多效蒸发流程；●熟悉蒸发操作的特点；能力目标：●能对蒸发过程分类；一、蒸发过程案例〔一〕蒸发过程在化工生产中的应用原理：蒸发是溶液浓缩的单元操作。
它采用加热的方法，使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的局部溶剂被气化除去，而溶液得到浓缩。
1、获得浓缩的溶液产品，如果汁、牛奶的浓缩等；2、将溶液蒸发增浓后，在进一步处理〔如冷却结晶〕，以获得固体产品，如烧碱、抗生素、糖等；3、获得纯洁的溶剂产品，如海水蒸发脱盐制取淡水等。
〔二〕蒸发操作特点1、蒸发目的是为了使溶剂汽化，因此被蒸发的溶液应具有挥发性的溶剂和不挥发性的溶质组成。
2、蒸发操作是一个传热壁面两侧流体均有相变的传热过程，又是一个溶剂从液态转变成气态的传质过程，但溶剂汽化速率主要取决于热量传递速率，因此蒸发表达的主要还是传热规律。
3、蒸发操作处理的是含有不挥发性溶质的溶液，在相同温度下，溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压，所有在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。
4、蒸发操作不同于一般传热过程，溶液性质往往对蒸发器的设计提出特殊要求。
5、蒸发操作中要将大量溶剂汽化，需要消耗大量的热能，因此，蒸发操作的节能问题将比一般传热过程更为突出。
〔三〕蒸发过程案例1、尿素的生产图7-1所示为水溶液全循环法生产尿素的流程示意图。
经过加压预热的原料液氨与经压缩后的原料CO2气及循环回收来的氨基甲酸铵液一并进入预反响器。
在预反响器1内氨与CO2反响生成氨基甲酸铵，再进入尿素合成塔2，在塔内氨基甲酸铵和氨进行别离。
氨基甲酸铵从预别离器底部出来进入中压循环加热器4，用蒸汽间接加热使氨基甲酸铵分解，然后进入中压循环别离器5，别离出的尿液再减压进入精馏塔6，进一步分解氨基甲酸铵。
精馏塔底出来的尿液进入低压循环加热器7，用蒸汽加热进一步提高温度，促使剩余氨基甲酸铵分解。
化工单元操作(高教版 朱建民主编)教案：模块四项目2 蒸发器操作
模块四溶液蒸发操作项目2 蒸发器操作【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。
【教学目标】1．通过本项目的学习，学会蒸发器的基本操作，掌握单效蒸发操作的特点。
2．学会判断蒸发器的故障，并能及时排除。
【教学重点、难点】重点：蒸发器的基本操作难点：判断蒸发器的故障【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。
根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。
【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。
然后，在学生预习的基础上学习溶液蒸发的相关知识。
【教学过程】一、导入工业上应用的蒸发过程有不同的形式，蒸发操作按效数可分为单效蒸发和多效蒸发，按操作方式又分为间歇蒸发和连续蒸发等。
每种操作方式均有其不同特点，视工业生产要求而选用。
二、教师讲授及演示实训步骤1．布置实训任务：练习蒸发器开车、进料、正常运行、停车操作2．演示蒸发器操作，强调操作要点。
图4-11 单效薄膜蒸发器三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。
检查准备——开车——操作运行——停车——卸料——洗效（刷罐）四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。
五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。
一、蒸发流程1．蒸发操作的分类分类操作特点应用场合按二次蒸气是单效蒸发二次蒸气直接冷凝排放不再利用。
主要在小批量、间歇生产的情况下使用否利用分类多效蒸发汽化出来的二次蒸气引到下一个蒸发器作为加热蒸气使用，多个蒸发器串联进行操作。
降低了加热蒸气消耗量大规模的、连续性的生产一般都采用多效蒸发按操作压力分类常压蒸发分离室与大气相通，或采用敞口设备，二次蒸气直接排放到大气中用于产量较小的简单工艺减压蒸发蒸发操作在低于大气压的条件下进行。
化工原理蒸发ppt课件
Fw0 F W
F, w0, t0, h0
精选PPT课件
D, T, hc
F-W, w1, t1, h1
25
水分蒸发量：W
F
1
w0 w1
完 成 液 量 ： G F W F w0 w1
完 成 液 组 成 ： w1
Fw0 F W
式中：F——溶液的进料量；kg h1
W ——水份蒸发量（二次蒸汽的量）；kg h 1
精选PPT课件
22
（二）冷凝器 冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有间壁式和直接接触式两
种，倘若二次蒸汽为需回收的有价值物料或会严重污染水源，则应采 用间壁式冷凝器，否则通常采用直接接触式冷凝器。后一种冷凝器一 般均在负压下操作，这时为将混合冷凝后的水排出，冷凝器必须设置 得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。
➢溶 液 循 环 速 度 高 ， 改 善 了 管 内 结 构情况 ➢传热速率较高
缺点：
➢设备费高 ➢占地面积大 ➢加热管内溶液滞留量大
适于处理易结垢，有晶体析出的溶液
精选PPT课件
8
3 .外热式蒸发器
这种蒸发器将加热室与分离室分 开，采用较长的加热管。
优点： ✓ 降低了整个蒸发器的高度，便于清
洗和更换； ✓ 循环速度较高，使得对流传热系数
精选PPT课件
3
蒸发流程的两个必要的组成部分：
➢加热溶液使溶剂汽化—蒸发器 ➢不断发时蒸汽
水蒸气
加热蒸汽 二次蒸汽
溶剂S
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。
精选PPT课件
4
蒸发设备
蒸发设备
蒸发器 辅助设备
加热室
分离室
第7章蒸发、第8章结晶课件(共41张PPT)《化工单元操作(第三版)》同步教学(化工版)
7.1 概述
7.1.1蒸发在工业生产中的应用
将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气化，溶 液浓缩得到浓溶液的过程称为蒸发。蒸发是化工、轻工、冶金、 医药和食品加工等工业生产中常用的一种单元操作。
主要用于： ⑴制取浓溶液 如上述的氢氧化钠浓溶液；氧化铝生产中，氢 氧化铝分解母液的蒸发；食品工业中利用蒸发操作将一些果汁 加热，使一部分水分气化并除去，以得到浓缩的果汁产品等。
⑵ 获得高纯度的纯净固体物料 由于晶体形成过程中的排它性，即使原 溶液中含有杂质，经过结晶所得的晶体产品也能达到相当高的纯净度，故结 晶是获得纯净固体物质的重要方法之一。比如柠檬酸钠的结晶纯化等。
结晶操作特点
• ⑴ 能从杂质含量较多的混合液中分离出高 纯度的晶体，其它单元操作却难以做到。
• ⑵ 能分离高熔点混合物、相对挥发度小的 物系、共沸物、热敏性物质等难分离物系。 比如，沸点相近的组分，其熔点可能有显 著差别。
蒸发器的蒸发面积
A Q K tm
图7-2 单效蒸发的物料 衡算和热量衡算
7.2.3多效蒸发
7.3.1多效蒸发对节能的意义
表8-3 单位蒸汽消耗量概况
效数
单效
双效
三效
四效
五效
（D/W）
1.1
0.57
0.4
0.3
0.27
7.2.3多效蒸发
7.3.2多效蒸发流程
图7-3 并流加料蒸发流程
7.2.3多效蒸发
图7-1 单效真空蒸发流程 1—加热室；2—分离室；3—二次分离器；4—混合冷凝器； 5—汽液分离器；6—缓冲罐；7—真空泵；8—冷凝水排除器
7.2.2单效蒸发计算
水份蒸发量
F xw1 (F W ) xw2