考研 化工原理 必备课件第九章 蒸发

（1）循环型蒸发器
① 垂直短管式（图9-2）
（1）循环型蒸发器
② 热式加热室与蒸发室分开（图9-3）
（1）循环型蒸发器
③ 循环蒸发器（图9-4）
（2）单程型蒸发器 ）
① 升膜式蒸发器（图9-5） 适用于：蒸发量大（较稀的溶液），热敏 性及易起泡的溶液。 不适用于：高粘度，易结晶、结垢的溶液。
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第九章 蒸发
9.1 概述 9.2 蒸发设备 9.3 单效蒸发 9.4节能 节能 9.5多效蒸发 多效蒸发
9.1 概述
（1）蒸发操作在工业中的应用 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品 或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态， 随后加以冷却，析出固体产物，即采 用蒸发，结晶的联合操作以获得固体 溶质。 ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。
对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通 常需要计算以下的这些内容： ① 分的蒸发量； ② 热蒸汽消耗量； ③ 发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量衡算方程和 传热速率方程来解决。
9.3.1 单效蒸发的计算
（1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位 时间进入和离开蒸发器的量相等，即
（1）并流流程 优点： ① 由于前效的压强较后效高， ，料液可借此压 强差自动地流向后一效而无须泵送； ② ，溶液由前一效流入后一效处于过热状态会 放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生更多的二次蒸汽， 因此第三效的蒸发量最大。 缺点：溶液浓度， ， ↑， ↑，便使得 溶液温度， ， ↑， ↓，便使得
（3）错流流程 溶液流向： 3→1→2或2→3→1 蒸汽流向： 1→2→3 优点：兼有逆流与并流的优点。 缺点：操作较复杂。 （4）平流流程图9-16 各效分别进料并分别出料，二 次蒸汽多次利用，对易结晶的物料 较合适（因为结晶体不便在效与效 之间输送）。
9.5.2 多效蒸发的生产能力、蒸发强度和效数的限制 多效蒸发的生产能力、
9.5.1 多效蒸发流程
（2）逆流流程图9-15 蒸汽流动方向： 3→2→1 溶液流动方向： 1→2→3
w1 μ 优点： > w2 > w3 w ↑， ↑，1 > μ 2 > μ 3 ， μ t1 > t 2 > t 3
μ t μ ， ↑， ↓， 1 < μ 2 < μ 3
（3） （4）
式中
D ——加热蒸汽消耗量，kg/s；
t 0 ，t ——加料液与完成液的温度，℃； i0 ，i ，s ——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg； i I I ， s ——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。 式中热损失 Q损 可视具体条件来取加热蒸汽放热量（ Dr0 ）的
9.1 概述
（2）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质 的溶液。由拉乌尔定律可知：在相同温 度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此， 在相同的压力下，溶液的沸点高于纯溶 剂的沸点。故当加热蒸汽温一定时，蒸 发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时 来得小，而溶液的浓度越大，这种影响 就越显著。 ② 节约能源 ③ 物料的工艺特性
9.2.2 蒸发器的传热系数
（1）蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻可由下式计算
1 1 δ 1 = + + Ri + K α1 a α2
① 管外蒸汽冷凝热阻 一般很小，但须注意及时排除加热室中不 α1 凝性气体，否则不凝性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显 增加； δ ② 管壁热阻 一般可以忽略；
μ 对
w
t 、
的影响大致抵消，各效的 基本不变。 K ，料液从后效往前
p1 缺点：① 由于前效压强较后效高，> p 2 > p3
一 效要用泵输送。 ② 各效进料（末效除外）都较沸点低，自蒸发不会发生， 所 需要热量大。
9.5.1 多效蒸发流程
蒸发器的生产能力和蒸发强度 蒸发器的生产能力可用单位时间内水分总蒸发量W来表示，而 W 生产强度为单位传热面积的蒸发量（ u = ），在三效蒸发器中， A 蒸发器的生产强度为
Q1 Q2 Q3 + + W总 W1 + W2 + W3 r1 r2 r3 = = u总 = A总 A1 + A2 + A3 A1 + A2 + A3
（2）单程型蒸发器 ）
② 降膜式蒸发器（图9-6） 适用于：粘度大的物料； 不适用于：易结晶的物料，固形成 均匀的液膜较难，不高。
（2）单程型蒸发器 ）
③ 刮片式蒸发器（图9-8） 特点：借外力强制料液呈膜状流动，可 适应高粘度，易结晶、结垢的浓 溶液蒸发 缺点：结构复杂，制造要求高，加热面 不大，且需要消耗一定的动力
p ——液面上方二次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器
压强代替），Pa； L ——蒸发器内的液面高度，m。
9.4 节能
一、蒸发器的生产能力 二、蒸发器的生产强度 三、提高蒸发强度的途径 1、提高传热温度差 2、提高总传热系数
9.5多效蒸发 多效蒸发
9.5.1 多效蒸发流程
9.5.3 多效蒸发过程的节能措施 多效蒸发过程的节能措施
1、二次蒸汽的利用： 二次蒸汽的利用： 2、冷凝水的利用： 冷凝水的利用： 3、热泵蒸发： 热泵蒸发：
1
α2
（2）管内汽液两相流动形式 （3）管内沸腾给热
9.2.3辅助设备 辅助设备
蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵 等。具体的结构与设计可自己看书或是查阅相关资料， 在课程设计中还会详细用到。
9.3 单效蒸发
9.3.1 单效蒸发的计算
某一百分数。
9.3.2 蒸发设备中的温度差损失
（1）溶液的沸点升高和杜林规则 在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸 点成线性关系：
0 tA ? t A =K 0 tw ? tw
0 0 t A = t A + K (t w ? t w )
0 式中 t A 和 t A 代表某中种液体（或者溶液）在两种不同压力下
0 的沸点， t w 和 t w 代表溶剂在相应压力下的沸点。
9.3.2 蒸发设备中的温度差损失
（2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 按液面下处L/5溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的 饱和压力： 1 p m = p + L ρg 5 式中
9.1 概述
（3）分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为： 常压，加压，或者减压（真空）蒸发。 ② 按二次蒸汽的利用情况可以 分为单效蒸发和多效蒸发。
9.2 蒸发设备
9.2.1蒸发器 蒸发器
蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多样的形式，以 适应各种生产工艺的不同要求。按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸 发器分为循环型和单程型（不循环）两类。 （1）循环型蒸发器 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。由于 引起循环运动的原因不同。有分为自然循环型和强制循环 型两类。 自然循环：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环：用泵迫使溶液沿一定方向流动。
a
1
9.2.2 蒸发器的传热系数
R ③ 管内壁液一侧的垢层热阻 i 取决于溶液的性质及管内液体的运动 状况。降低垢层热阻的方法是定期清理加热管，加快流体的循环速度， 或加入微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析出的物料时可加入 少量晶种，使结晶尽可能地在溶液的主体中，而不是在加热面上析出； ④ 管内沸腾给热阻 1 主要决定于沸腾液体的流动情况。
Fw0 = ( F ? W ) w
水分蒸发量： 完成液的浓度：
W
9.3.1 单效蒸发的计算
（2）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，
DI s + Fi0 = ( F ? W )i + WI + Di s + Q损 D ( I s ? i s ) = F (i ? i0 ) + W ( I ? i ) + Q损