化工原理蒸发
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生蒸汽温度一定时，传热温差小于加热纯溶剂时的传热温差。 （3）溶剂汽化时消耗大量能量
为减小能耗必须提高加热蒸汽利用率。 （4）根据物料本身特性(如粘度、结晶性、热敏性等)
合理选择设备和操作流程。
2020/6/13
5.2 单效蒸发 5.2.1 物料衡算
目的：计算蒸发水量和完成液浓度 对溶质：
qm,0w0 (qm,0 qm,w )w
二次蒸汽 qmwT’,H’
H 二次蒸汽的质量焓. h0, h 完成液、料液的质量焓 .
2020/6/13
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
Φ qm,v (H hw ) qm,0 (h h0 ) qm,w (H h) ΦL
5.1.2 分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
5.1.3 蒸发操作的特点
（1）蒸发器实质是一种两侧流体发生相变的换热器； （2）溶液的沸点升高
2020/6/13
加热 蒸汽
冷凝水
完成液
单效蒸发流程：
不凝性气体
蒸发流程
冷却水
二次蒸汽
料液 加热蒸汽
1
5 4 3 2
冷凝水
1-加热管； 2-加热室；
3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器； 6-冷凝器
完成液
水
硝酸铵水溶液蒸发流程
(3) 几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
rA
Ktm
/
r
其中，tm T t
5.2.4 溶液的沸点升高和传热温差损失
(1) 溶液的沸点和温度差损失 溶液沸点 > 二次蒸汽饱和温度
沸点升高： tt t T
① 引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
溶液沸点 ＞ 相同压力下水沸点 t 。
b）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升；
蒸发水量：
qm,w
qm,0 (1
w0 ) w
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
二次蒸汽 qmwT’,H’
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
完成液浓度：
w qm,0w0 qm,0 qm,w
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
单效蒸发的物料衡算，热量衡算示意图
2020/6/13
若沸点进料，忽略热损失时， t0 t
ΦL 0
qm,v
qm,w r r0
qm,w r0 1 qm,v r
生蒸汽的经济性（经济程度）qmw/qmv * 蒸发操作重要经济指标之一，反映蒸发操作能耗的大小;
* 实际由于沸点升高和热损失，单效蒸发 qmw/qmv ≈0.9 。
2020/6/13
(3) 焓浓图 溶解热、稀释热不能忽略时,用平均比热计算误差很大，此
第5章
5.1 概述 5.1.1 蒸发及应用
蒸发
(1) 蒸发：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，其中的部分溶剂被气化 除去，而溶液得到浓缩 。
设备：蒸发器，冷凝器 。
（2）应用：
二次蒸汽
① 将溶液浓缩后，冷却结晶，获得固体产品；料液
② 浓缩溶液，获得纯净的溶剂产品； ③ 获得浓缩的溶液产品。
Pe qdb
r v a Ga gdb3l2
2
— 贝克来数 — 伽利略数
Kp pdb
反映压力影响的数群
强制循环蒸发器：
Nu 0.0Leabharlann Baidu3Re0.8 Pr 0.4
升膜式蒸发器：
强制对流传热区：
Nu
（1.3
S
di）Rel0.23Prl0.9 Rev0.34
l v
0.25
v l
核状沸腾区：
Nu
0.225cs Rev0.69 Prl
(2) 传热系数
tm T t t
1 K
1 K0
1 hi
d0 di
Rdi
d0 di
b
d0 dm
Rd0
1 h0
蒸发器的传热系数K，目前主要还是根据现场实测数据来选定。
常见蒸发器管内表面传热系数hi的经验关联： 普通自然循环蒸发器：
Nu 3.25104 Pe0.6Ga0.125Kp 0.7
qm,vr0 qm,0c p,0 (t t0 ) qm,wr L
2020/6r/103 生蒸汽冷凝热J/kg
r 二次蒸汽冷凝热 J/kg
Φ qm,vr0 qm,0c p,0 (t t0 ) qm,wr L
加热蒸汽消耗量：
qm,v
qm,0c p,0 (t
t0 ) qm,wr ΦL r0
时，生蒸汽消耗量可用焓浓图计算。
qm,v (H hw ) qm,0 (h h0 ) qm,w (H h) ΦL
2020/6/13
5.2.3 传热计算
由蒸发器的传热方程得：
(1) 传热度温差
A Φ Ktm
在蒸发器中，管外为蒸气冷凝，温度恒定为T，管内为溶液 沸腾，温度也多为定值，可视为恒温差传热，故
Kp 0.31
l v
1 0.33
（3 ）蒸发器的生产能力和生产强度 生产能力——为单位时间蒸发水分的质量，由于它主要取决于 过程的热流量，所以常又以热流量来衡量蒸发器 的生产能力 。 生产强度——为单位传热面积的生产能力，以U表示，单位为 kg/(㎡h)
生产能力： Φ KAtm
生产强度：
U
qm,w A
5.3.2 热量衡算
目的：计算生蒸汽消耗量 (1) 热量衡算式
qm,v H qm,0h0 qm,vhw (qm,0 qm,w )h qm,w H ΦL
或：Φ qm,v (H hw ) qm,0 (h h0 ) qm,w (H h) ΦL
H hw r0(加热蒸汽的冷凝热 ),
(2) 热量衡算式的简化
忽略溶解热、稀释热时，溶液的热焓和比热容取质量平均，
以0C为热焓基准，则有：
h cpt
h0 c p,0 t0
c p c p,w (1 w) c p,bw c p,w (c p,w c p,b )w
c p,0 c p,w (1 w0 ) c p,bw0 c p,w (c p,w c p,b )w0 代入热流量公式得：
为减小能耗必须提高加热蒸汽利用率。 （4）根据物料本身特性(如粘度、结晶性、热敏性等)
合理选择设备和操作流程。
2020/6/13
5.2 单效蒸发 5.2.1 物料衡算
目的：计算蒸发水量和完成液浓度 对溶质：
qm,0w0 (qm,0 qm,w )w
二次蒸汽 qmwT’,H’
H 二次蒸汽的质量焓. h0, h 完成液、料液的质量焓 .
2020/6/13
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
Φ qm,v (H hw ) qm,0 (h h0 ) qm,w (H h) ΦL
5.1.2 分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
5.1.3 蒸发操作的特点
（1）蒸发器实质是一种两侧流体发生相变的换热器； （2）溶液的沸点升高
2020/6/13
加热 蒸汽
冷凝水
完成液
单效蒸发流程：
不凝性气体
蒸发流程
冷却水
二次蒸汽
料液 加热蒸汽
1
5 4 3 2
冷凝水
1-加热管； 2-加热室；
3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器； 6-冷凝器
完成液
水
硝酸铵水溶液蒸发流程
(3) 几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
rA
Ktm
/
r
其中，tm T t
5.2.4 溶液的沸点升高和传热温差损失
(1) 溶液的沸点和温度差损失 溶液沸点 > 二次蒸汽饱和温度
沸点升高： tt t T
① 引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
溶液沸点 ＞ 相同压力下水沸点 t 。
b）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升；
蒸发水量：
qm,w
qm,0 (1
w0 ) w
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
二次蒸汽 qmwT’,H’
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
完成液浓度：
w qm,0w0 qm,0 qm,w
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
单效蒸发的物料衡算，热量衡算示意图
2020/6/13
若沸点进料，忽略热损失时， t0 t
ΦL 0
qm,v
qm,w r r0
qm,w r0 1 qm,v r
生蒸汽的经济性（经济程度）qmw/qmv * 蒸发操作重要经济指标之一，反映蒸发操作能耗的大小;
* 实际由于沸点升高和热损失，单效蒸发 qmw/qmv ≈0.9 。
2020/6/13
(3) 焓浓图 溶解热、稀释热不能忽略时,用平均比热计算误差很大，此
第5章
5.1 概述 5.1.1 蒸发及应用
蒸发
(1) 蒸发：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，其中的部分溶剂被气化 除去，而溶液得到浓缩 。
设备：蒸发器，冷凝器 。
（2）应用：
二次蒸汽
① 将溶液浓缩后，冷却结晶，获得固体产品；料液
② 浓缩溶液，获得纯净的溶剂产品； ③ 获得浓缩的溶液产品。
Pe qdb
r v a Ga gdb3l2
2
— 贝克来数 — 伽利略数
Kp pdb
反映压力影响的数群
强制循环蒸发器：
Nu 0.0Leabharlann Baidu3Re0.8 Pr 0.4
升膜式蒸发器：
强制对流传热区：
Nu
（1.3
S
di）Rel0.23Prl0.9 Rev0.34
l v
0.25
v l
核状沸腾区：
Nu
0.225cs Rev0.69 Prl
(2) 传热系数
tm T t t
1 K
1 K0
1 hi
d0 di
Rdi
d0 di
b
d0 dm
Rd0
1 h0
蒸发器的传热系数K，目前主要还是根据现场实测数据来选定。
常见蒸发器管内表面传热系数hi的经验关联： 普通自然循环蒸发器：
Nu 3.25104 Pe0.6Ga0.125Kp 0.7
qm,vr0 qm,0c p,0 (t t0 ) qm,wr L
2020/6r/103 生蒸汽冷凝热J/kg
r 二次蒸汽冷凝热 J/kg
Φ qm,vr0 qm,0c p,0 (t t0 ) qm,wr L
加热蒸汽消耗量：
qm,v
qm,0c p,0 (t
t0 ) qm,wr ΦL r0
时，生蒸汽消耗量可用焓浓图计算。
qm,v (H hw ) qm,0 (h h0 ) qm,w (H h) ΦL
2020/6/13
5.2.3 传热计算
由蒸发器的传热方程得：
(1) 传热度温差
A Φ Ktm
在蒸发器中，管外为蒸气冷凝，温度恒定为T，管内为溶液 沸腾，温度也多为定值，可视为恒温差传热，故
Kp 0.31
l v
1 0.33
（3 ）蒸发器的生产能力和生产强度 生产能力——为单位时间蒸发水分的质量，由于它主要取决于 过程的热流量，所以常又以热流量来衡量蒸发器 的生产能力 。 生产强度——为单位传热面积的生产能力，以U表示，单位为 kg/(㎡h)
生产能力： Φ KAtm
生产强度：
U
qm,w A
5.3.2 热量衡算
目的：计算生蒸汽消耗量 (1) 热量衡算式
qm,v H qm,0h0 qm,vhw (qm,0 qm,w )h qm,w H ΦL
或：Φ qm,v (H hw ) qm,0 (h h0 ) qm,w (H h) ΦL
H hw r0(加热蒸汽的冷凝热 ),
(2) 热量衡算式的简化
忽略溶解热、稀释热时，溶液的热焓和比热容取质量平均，
以0C为热焓基准，则有：
h cpt
h0 c p,0 t0
c p c p,w (1 w) c p,bw c p,w (c p,w c p,b )w
c p,0 c p,w (1 w0 ) c p,bw0 c p,w (c p,w c p,b )w0 代入热流量公式得：