多效蒸发

多效蒸发

多效蒸发：将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用其凝结放出的热加热蒸发器中的水，两个或多于两个串联以充分利用热能的蒸发系统。

特点是几个蒸发器连接起来操作，前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽。

常用的有双效蒸发、三效蒸发、四效蒸发等。

蒸发过程进行的必要条件是不断地向溶液供给热能和不断地去除所产生的溶剂蒸气。

第一个蒸发器(称为第一效)以生蒸汽作为加热蒸汽，其余两个(称为第二效、第三效)均以其前一效的二次蒸汽作为加热蒸汽，从而可大幅度减少生蒸汽的用量。每一效的二次蒸汽温度总是低于其加热蒸汽，故多效蒸发时各效的操作压力及溶液沸腾温度沿蒸汽流动方向依次降低？。

通常第一效在一定的表压下进行操作，第二效的压强较低，从而造成适宜的温度差，使第二效蒸发器中的液体得以蒸发。同理，多个蒸发器中的温度经过一定时间后，压力差及温度差自行调整而达到稳定，使蒸气能连续进行。

依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为：①并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。由于前效压力高于

后效，料液可借压差流动。但末效溶液浓度高而温度低,溶液粘度大,因此传热系数低。②逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。需用泵将溶液送至压力较高的前一效，各效溶液的浓度和温度对粘度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。③平流法系指原料液平行加入各效，完成液亦分别自各效排出。蒸汽的流向仍由第一效流向末效。④工业生产中有时还有一些其它的流程。例如，在一个多效蒸发流程中，加料的方式可既有并流又有逆流，称为错流法。

①并流法的优点是：溶液从压力和温度较高的蒸发器流向压力和温度较低的蒸发器，故溶液在效间的输送可以利用效间的压差，而不需要泵送。同时，当前一效溶液流入温度和压力较低的后一效时，会产生自蒸发（闪蒸），因而可以多产生一部分二次蒸汽。此外，此法的操作简便，工艺条件稳定。

并流法的缺点是：随着溶液从前一效逐效流向后面各效，其浓度增高，而温度反而降低，致使溶液的粘度增加，蒸发器的传热系数下降。因此，对于随浓度的增加其粘度变化很大的料液不宜采用并流。

②逆流法的优点是：随溶液的浓度沿着流动方向的增高，其温度也随之升高。因此因浓度增高使粘度增大的影响大致与因温度升高使粘度降低的影响相抵，故各效溶液的粘度较为接近，各效的传热系数也大致相同。

逆流法的缺点是：溶液在效间的流动是由低压流向高压，由低温流向高温，必须用泵输送，故能量消耗大。此外，各效（末效除外）均在低于沸点下进料，没有自蒸发，与并流法相比，所产生的二次蒸汽量较少。

总结：

一、多效蒸发与单效蒸发的比较①加热蒸汽的经济性

为

表1不同效数蒸发的单位蒸汽消耗量

效数 1 2 3 4 5

eT ，kg蒸汽/kg水 1 0.5 0.33 0.25 0.2

ep ，kg蒸汽/kg水1.1 0.57 0.4 0.3 0.27

表中eT～理论值；ep～实际值

由表1可知，效数越多，单位蒸汽的消耗量越小，相应的操作费用越低。

②溶液的温度差损失

设多效蒸发与单效蒸发的操作条件相同，即二者加热蒸汽压力相同、冷凝器操作压力相同以及料液与完成液浓度相同，则多效蒸发的温度差损失较单效蒸发时为大。

如图片(5-19)为单效、二效和三效蒸发装臵中温度差损失示意，图中三种情况有着相同的操作条件。其中图形总高度代表加

热蒸汽温度和冷凝器中蒸汽温度间的总温度差（即

℃），阴影部分代表由于各种原因引起的温度差损失，空白部分代表有效温度差，即传热的推动力？。由图可见，多效蒸发较单效蒸发的温度差损失大。显然，效数越多，温度差损失越大。

③蒸发强度

同样，设单效蒸发与多效蒸发的操作条件相同，即加热蒸汽压力相同、冷凝器操作压力相同以及原料与完成液浓度均相同，则多效蒸发的蒸发强度较单效蒸发时为小。

为简化起见，设各效蒸发器的传热面积相等、各效传热系数亦相等，则多效蒸发的总传热速率为

（5-

35）在假定条件下，多效蒸发的生产强度为

（5-36）

前已述及，多效蒸发的温度差损失大于单效蒸发。由上式可见，随着效数的增加，其生产强度明显减小。效数越多，蒸发强度越小。也就是说，蒸发每kg水需要的设备投资增大。？二、多效蒸发中的效数限制及最佳效数

由上述讨论可知，随着多效蒸发效数的增加，温度差损失加大。某些溶液的蒸发还可能出现总温度差损失大于或等于总温度差的极端情况，此时蒸发操作则无法进行。因此多效蒸发的效数是有一定限制的。

一方面，随着效数的增加，单位蒸汽的耗量减小，操作费用降低；而另一方面，效数越多，设备投资费也越大。而且由表1可以看出，尽管

随效数的增加而降低，但降低的幅度越来越小。例如，由单效改为2效，可节省的生蒸汽约为50%，而由4效改为5效，可节省的生蒸汽量仅约为10%。因此，蒸发的适宜效数应根据设备费与操作费之和为最小的原则权衡确定。

通常，工业多效蒸发操作的效数取决于被蒸发溶液的性质和温度差损失的大小等各种因素。每效蒸发器的有效温度差最小为5～7℃。溶液的沸点升高大，采用的效数少，例如NaOH溶液，一般用2～3效；？溶液的沸点升高小，采用的效数多，如糖水溶液的蒸发用4～6效。而海水淡化的蒸发装臵可达20～30效。

三、提高加热蒸汽经济性的其它措施

为了提高加热蒸汽的经济性，除了采用前述的多效蒸发操作之外，工业上还常常采用其它措施，现扼要介绍如下。

①抽出额外蒸汽

所谓额外蒸汽是指将蒸发器蒸出的二次蒸汽用于其它加热设备的热源。由于用饱和水蒸汽作为加热介质时，主要是利用蒸汽的冷凝潜热，因此就整个工厂而言，将二次蒸汽引出作为它用，蒸发器只是将高品位(高温)加热蒸汽转化为较低品位(低温)的二次蒸汽，其冷凝潜热仍可完全利用。这样不仅大大降低了能耗，而且使进入冷凝器的二次蒸汽量降低，从而减少了冷凝器的负荷。

②冷凝水显热的利用