化工原理蒸发优秀课件
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《化工原理》课件—05蒸发
也可以用同压强 下水蒸汽的温度 直接查图求得不 同浓度下溶液得 沸点。
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，
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，
化工原理第五章讲稿
冷凝液在蒸汽饱和温度下排出时：
c
pw
D Wr ' r
上面公式可以简化为：
hwcpw(Tw0)
2019/9/14
③ 沸点进料，t0 = t1，并忽略热损失和溶液浓度较低时， c p1= cp0 ，则
UWS Kr'tm
或
Q SO KOtm
式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济 程度（或生蒸汽的利用率）。
有
Hhw r
D (H cpTw )W '(F H W )cp1t1Fp0t0 cQ l
h0cp0(t00)cp0t0
代入前面的两式得：
c
pw
式中 cp0 、cp1——料液和完成液的比热，kJ/kg·K。
2019/9/14
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可近似认为溶液 的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环 型两类。
自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产 生密度差引起。
强制循环(forced circulation) ：用泵迫使溶液沿一定方向 流动。
2019/9/14
① 中央循环管式蒸发器
优点：结构紧凑、制 造方便、传热较好、 操作可靠； 缺点：循环速度在 0.4~0.5m/s以下、清洗 和维修不方便。
2019/9/14
• 5.2.2 单效蒸发的计算
• 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 水分的蒸发量；
•
② 加热蒸汽消耗量；
•
③ 蒸发器的传热面积。
•
要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、
c
pw
D Wr ' r
上面公式可以简化为：
hwcpw(Tw0)
2019/9/14
③ 沸点进料，t0 = t1，并忽略热损失和溶液浓度较低时， c p1= cp0 ，则
UWS Kr'tm
或
Q SO KOtm
式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济 程度（或生蒸汽的利用率）。
有
Hhw r
D (H cpTw )W '(F H W )cp1t1Fp0t0 cQ l
h0cp0(t00)cp0t0
代入前面的两式得：
c
pw
式中 cp0 、cp1——料液和完成液的比热，kJ/kg·K。
2019/9/14
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可近似认为溶液 的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环 型两类。
自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产 生密度差引起。
强制循环(forced circulation) ：用泵迫使溶液沿一定方向 流动。
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① 中央循环管式蒸发器
优点：结构紧凑、制 造方便、传热较好、 操作可靠； 缺点：循环速度在 0.4~0.5m/s以下、清洗 和维修不方便。
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• 5.2.2 单效蒸发的计算
• 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 水分的蒸发量；
•
② 加热蒸汽消耗量；
•
③ 蒸发器的传热面积。
•
要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、
大学化学《化工原理 蒸发》课件
pm p p p gL / 2
p：液面上的压强； L：加热管底部以上液层高； ρ：液体的平均密度。
§7.2 单效蒸发
14
＝t( pp) t( p)
3. 管道流体阻力产生压降的影响
p < p′ 二次蒸汽饱和温度↓
⊿'''＝1℃ （三） 蒸发器的生产能力和生产强度
生产能力: 单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率 Q
（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；
（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。
（3）设备的清洗和维修也不够方便。 应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。
§7.4 蒸发设备
2. 悬筐式蒸发器（自然循环型）
优点：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。
适用于易结晶或结垢溶液的蒸发
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二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，
操作费比单效蒸发小； 注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，
效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，
设备费比单效蒸发大。
效数越多，设备费增大的幅度越大。
§7.3 多效蒸发
§7.4 蒸发设备
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缺点：
❖液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求 加热蒸汽有较高的压力。
❖设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
4. 强制循环蒸发器
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。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 能耗大。
§7.4 蒸发设备
35
（二）单程型蒸发器
化工原理蒸发 ppt课件
W/D增加加热蒸汽的利用率增大。 作为工程技术人员，必须设法尽量节省加热蒸汽的
消耗量，以提高加热蒸汽的消耗量，以提高加热蒸汽的
利用率，那么采用什么措施才能过到此目的呢？
(1)利用二次蒸汽的潜热(最普通的方法是多效蒸发) (2)利用冷凝水的显热(如预热原料液) 1、多效蒸发
特点：二次蒸发的温位<加热蒸汽的温位，操作压强
浓度增加粘度大大增大，要求特殊结构。
③需大量汽化热（如何节能？应考虑的重要问题。） ④对于水溶液的蒸发，加热蒸汽温位>二次蒸汽的温位
T t0 t
ppt课件
5
4.1 概述
传热温差t
主要原因
在指定p下，溶质的存在造成溶液沸点高
经济性及节能措施
①经济性
每1kg加热蒸汽所能蒸发的水量，W/D。
发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）
的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。
ppt课件
7
4.1 概述
②按操作室压力分：常压、加压、减压（真空） 蒸发 常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设 备，二次蒸汽可直接排放在大气中，但会造成大 气污染，适用于临时性或小批量的生产。 加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次 蒸汽的利用，但要求加热蒸汽的压力较高。
16
4.2.2 单效蒸发设计计算
3、传热面积的计算
A Q Kt m
其中 Q DH hc
（1）传热平均温度差
tm T t1
ppt课件
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4.2.2 单效蒸发设计计算
当加热蒸汽压强一定时，T=const，而t1=?
t1 Tc 温差
损失
溶液浓度和沸点随时间改变，为不稳 定操作，适于小规模，多品种的场合。 连续蒸发:稳定操作，适于大规模的生产过程。
化工原理课件7 蒸发 (Evaporation)
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失 —（1）溶液的沸点升高和杜林规则
由该图可以看出： ① 浓度不太高的范围 内，由于沸点线近似为一 组平行直线，因此可以合 理的认为沸点的升高与压 强无关，而可取大气压下 的数值； ② 在高浓度范围内只 要已知两个不同压强下溶 液的沸点，则其他压强下 的溶液沸点可按杜林规则 进行计算。
7.3 蒸发操作的经济性和操作方式
7.3.1
加热蒸汽的经济性
7.3.2 多效蒸发流程
7.3.3 7.3.4 7.3.5 蒸发设备的生产能力和效数的限制 提高加热蒸汽经济程度的其他措施 蒸发操作的最优化
7.3.1加热蒸汽的经济性
蒸汽的经济性：每1kg加热蒸汽所 能蒸发的水量（W/D） （或用溶液中 蒸发出1kg 水所需消耗的生蒸汽的量 D/W表示蒸汽的利用率）。若物料的 水溶液先预热至沸点后加入蒸发器， 忽略生蒸汽与产生的二次蒸汽的汽化 潜热的差异，不计热损失，则每1kg加 热蒸汽可汽化1kg水，即W/D =1。实 际上，由于有热损失等原因，W/D <1。 怎样才能节省加热蒸汽的消耗量， 提高生蒸汽的利用率呢？ ① 利用二次蒸汽的潜热； ② 利用冷凝水的显热。
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 ： ① 溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂 （水）在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯 溶剂（水）高； ② 蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管时产生 的摩擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。
7.2.2 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：
化工原理-蒸发
30
循环型蒸发器
列文式蒸发器
加热室上增设沸腾室， 溶液的沸腾传热有加热 室转移到沸腾室.
过 程 原
优点：避免加热管表面 结晶和结垢，适于粘度
理 大的溶液，传热系数大
与 装
缺点：液柱静压头引起
备 的温差损失大。
31
单程型蒸发器
升
膜
式
蒸
过 程 原
发 器
理
与
装
备
降 膜 式 蒸 发 器
33
单程型蒸发器
E1 E2
W1
W2
则 W1=D W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
过 程
W3=W2-E2=D-E1-E2
原 水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
理 与
D W 2 E1 1 E2
装
33 3
备 推广至n效： D W n 1 E1 n 2 E2 1 En 1
5
单效蒸发 物料衡算
水分蒸发量W
总物料衡算： F = L ＋W
过 溶质不变： F x0 Lx F W x
程
原 理
水分蒸发量：
W
F
1
x0 x
与
装 备
完成液浓度：
x F x0 F W
F x0 t0 h0 c0
D, Ts , Hs
W, T, H
蒸发室
加 热 L , x, 室 t , c, h
D, Ts, hs
装
备
35
单程型蒸发器 刮板式冷凝器
过 程 原 理 与 装 备
36
浸没燃烧式蒸发器
过 程 原 理 与 装 备
37
除沫器、冷凝器和真空装置 除沫器
循环型蒸发器
列文式蒸发器
加热室上增设沸腾室， 溶液的沸腾传热有加热 室转移到沸腾室.
过 程 原
优点：避免加热管表面 结晶和结垢，适于粘度
理 大的溶液，传热系数大
与 装
缺点：液柱静压头引起
备 的温差损失大。
31
单程型蒸发器
升
膜
式
蒸
过 程 原
发 器
理
与
装
备
降 膜 式 蒸 发 器
33
单程型蒸发器
E1 E2
W1
W2
则 W1=D W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
过 程
W3=W2-E2=D-E1-E2
原 水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
理 与
D W 2 E1 1 E2
装
33 3
备 推广至n效： D W n 1 E1 n 2 E2 1 En 1
5
单效蒸发 物料衡算
水分蒸发量W
总物料衡算： F = L ＋W
过 溶质不变： F x0 Lx F W x
程
原 理
水分蒸发量：
W
F
1
x0 x
与
装 备
完成液浓度：
x F x0 F W
F x0 t0 h0 c0
D, Ts , Hs
W, T, H
蒸发室
加 热 L , x, 室 t , c, h
D, Ts, hs
装
备
35
单程型蒸发器 刮板式冷凝器
过 程 原 理 与 装 备
36
浸没燃烧式蒸发器
过 程 原 理 与 装 备
37
除沫器、冷凝器和真空装置 除沫器
《蒸发化工原理》PPT课件
11/28/2020
14
2 单程型(膜式)蒸发器 溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通
过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸 发器。
优点： •溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料 的蒸发； •整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度， 因而这种蒸发器的有效温差较大。
优点：结构简单，不需要固定的传热面， 热利用率高
适于处理易结垢、易结晶或有腐蚀性的 溶液。
不适于处理能被燃烧气污染及热敏性的 溶液。
11/28/2020
20
（2）螺旋管蒸发器
在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部 流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由 于加热管当然螺旋形状，在中等高度的设备中 可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中 产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为 此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施 加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并 强化高粘情况下的热传递。
适用于达到高浓度和高粘度。为获得高的蒸发 比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。
11/28/2020
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7.2.2 蒸发器的选型
选型时，一般考虑以下原则： 溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度变化的情况，是选型时很重 要的因素。 高粘度的溶液应选用对其适应性好的蒸发器，如强制循环型、降 膜式、刮板搅拌薄膜式等；
③溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸 点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等等。需 要根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备。
11/28/2020
4
7.1.4 蒸发操作的分类
1.按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发
化工原理课件(天大版)第五章 蒸发
液层静压引起的温度差损失为：
t m t o
（3）二次蒸汽的阻力损失引起的此项影响很小， 通常取 1 ℃左右。
二、单效蒸发器的计算
已知：F、x0、t0、x 计算内容： L、 W、加热蒸汽量D、加热面积
1、物料衡算
L F W Lx Fx 0
x0 W F1 x
2）降膜式蒸发器
料液是从蒸发器的顶部加入，在重力 作用下沿管壁成膜状下降，并在此过程中 蒸发增浓，在其底部 得到浓缩液。 降膜式蒸发器可以 蒸发浓度较高、粘度 较大（0.05～0.45 Pa· s） 、蒸发量较小、热敏 性的物料。但因液膜 在管内分布不易均匀， 传热系数比升膜式蒸 发器的较小，仍不适 用易结晶或易结垢的 物料。
加热管直径约 为25～50mm， 管长和管径之 比约为100～ 150
分离器
合物在分离器内分离。
优点： 溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短， 因而特别适用于热敏性物料的蒸发； 整个溶液的浓度，不象循环型那样总是 接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器 的有效温差较大。 由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系 数较大。 缺点： 对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时不易成膜， 此时，对流传热系数将明显下降。 适用场合： 适用于黏度较小的（小于0.05Pa· s）、蒸发量较大、易受热 分解的热敏性溶液者；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物 料的蒸发。
2、单程型蒸发器
间壁 循环式 式蒸 发器
升膜式蒸发器-----价廉 降膜式蒸发器-----价廉 单程式（膜式）： 刮板式蒸发器 升-降膜式蒸发器 溶液不循环带来好处有： （1）溶液在蒸发器中的停留 时间很短，因而特别适用于热 敏性物料的蒸发； （2）整个溶液的浓度，不象 循环型那样总是接近于完成液 的浓度，因而这种蒸发器的有 效温差较大。
第7章 化工原理蒸发
（1）制取增浓的液体产品 如电解烧碱液的浓 缩，牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩、蔗糖水溶 液及各种果汁的浓缩等。
（2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂 如中药生产 中酒精浸出液的蒸发。
二．蒸发的概念
图7-1 液体蒸发的简化流程
三．蒸发过程分类
操作压力
加压蒸发 常压蒸发 真空（减压）蒸发
D r o F c 0 (t t0 ) W r Q 损
蒸发器的热负荷为
Q Dro
7.3.3蒸发速率与传热温度差
蒸发速率： 通常用单位时间的蒸发量W表示。
蒸发过程的速率是由传热速率决定的。
Q D roK A (Tt)
溶液的沸点： 溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强，而且还与溶
质存在使溶液的沸点升高和蒸发器内液体的静压强有关。
第7章 蒸发
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 蒸发设备
多效蒸发
7.1 概述 一．蒸发的目的
蒸发 将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使
部分挥发性溶剂汽化并移除，从而获得浓缩溶 液或回收溶剂的操作称为蒸发。
蒸发操作的基本要点
蒸发操作的基本要点是向蒸发器连续提供 足够的热量并及时移除汽化的溶剂。
蒸发操作的目的
度差之和远小于总温度差，故多效蒸发的生产强度远小于单效
蒸发。故多效蒸发是以牺牲生产强度来提高加热蒸汽的经济性
的。
对真空蒸发，提高冷凝器的真空度虽然增加了传热推动力， 提高了生产强度，但功耗增大。
冷凝器内的压强（或蒸发室空 间的压强）主要取决于什么？
蒸发室空间的压强约等于二次蒸汽冷凝器内的压强。而冷凝器内的压强， 不是仅取决于真空泵所能抽到的真空程度，因为真空泵及时抽出的主要是不 凝性气体。二次蒸汽在冷凝器内要及时的冷凝下来，因此，二次蒸汽冷凝器 内的压强（或蒸发室空间的压强）主要取决于冷凝器所使用的冷却水（直接 冷却）温度下的饱和蒸汽压。冷却水温度愈低，蒸发室所能达到的压强愈低。
（2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂 如中药生产 中酒精浸出液的蒸发。
二．蒸发的概念
图7-1 液体蒸发的简化流程
三．蒸发过程分类
操作压力
加压蒸发 常压蒸发 真空（减压）蒸发
D r o F c 0 (t t0 ) W r Q 损
蒸发器的热负荷为
Q Dro
7.3.3蒸发速率与传热温度差
蒸发速率： 通常用单位时间的蒸发量W表示。
蒸发过程的速率是由传热速率决定的。
Q D roK A (Tt)
溶液的沸点： 溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强，而且还与溶
质存在使溶液的沸点升高和蒸发器内液体的静压强有关。
第7章 蒸发
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 蒸发设备
多效蒸发
7.1 概述 一．蒸发的目的
蒸发 将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使
部分挥发性溶剂汽化并移除，从而获得浓缩溶 液或回收溶剂的操作称为蒸发。
蒸发操作的基本要点
蒸发操作的基本要点是向蒸发器连续提供 足够的热量并及时移除汽化的溶剂。
蒸发操作的目的
度差之和远小于总温度差，故多效蒸发的生产强度远小于单效
蒸发。故多效蒸发是以牺牲生产强度来提高加热蒸汽的经济性
的。
对真空蒸发，提高冷凝器的真空度虽然增加了传热推动力， 提高了生产强度，但功耗增大。
冷凝器内的压强（或蒸发室空 间的压强）主要取决于什么？
蒸发室空间的压强约等于二次蒸汽冷凝器内的压强。而冷凝器内的压强， 不是仅取决于真空泵所能抽到的真空程度，因为真空泵及时抽出的主要是不 凝性气体。二次蒸汽在冷凝器内要及时的冷凝下来，因此，二次蒸汽冷凝器 内的压强（或蒸发室空间的压强）主要取决于冷凝器所使用的冷却水（直接 冷却）温度下的饱和蒸汽压。冷却水温度愈低，蒸发室所能达到的压强愈低。
考研 化工原理 必备课件第九章 蒸发
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。
（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
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。
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
式中
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
9.5.1 多效蒸发流程
（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
（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
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。
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
式中
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
9.5.1 多效蒸发流程
（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
化工原理蒸发优秀课件
26
（2）不计浓缩热的热量衡算 对溶液浓度变化不大、浓缩热不大的溶液
D roF c0(t t0) W r Q 损
蒸发器的热负荷为
Q Dro
2020/10/13
27
7.3.3蒸发速率与传热温度差
蒸发速率： 通常用单位时间的蒸发量W表示。
蒸发过程的速率是由传热速率决定的。
QD roKA(Tt)
溶液的沸点： 溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强，而且还与溶
的。
对真空蒸发，提高冷凝器的真空度虽然增加了传热推动力， 提高了生产强度，但功耗增大。
2020/10/13
45
冷凝器内的压强（或蒸发室空 间的压强）主要取决于什么？
蒸发室空间的压强约等于二次蒸汽冷凝器内的压强。而冷凝器内的压强，
不是仅取决于真空泵所能抽到的真空程度，因为真空泵及时抽出的主要是不 凝性气体。二次蒸汽在冷凝器内要及时的冷凝下来，因此，二次蒸汽冷凝器 内的压强（或蒸发室空间的压强）主要取决于冷凝器所使用的冷却水（直接 冷却）温度下的饱和蒸汽压。冷却水温度愈低，蒸发室所能达到的压强愈低。
②各效浓度仅取决于端点温度及料液的初始浓度，在操作中 自动形成某种分布。对于一定的溶液，溶液的蒸气压大小取 决于温度和浓度，故蒸气压在操作中自动形成某种分布。
2020/10/13
43
2、多效蒸发效数的限制
①对同一蒸发任务，增加效数可以提高加热蒸汽的经济性W ，
但因为有温度差损失，故效数受限。
D
②效数越多，则温度差损失之和越大，使各效的传热推动力 减小，甚至无法完成蒸发任务。
2020/10/13
32
7.4 蒸发操作的经济性和多效蒸发
一、衡量蒸发操作经济性的方法
化工原理第五章讲稿
2019/11/30
二次蒸气 5
料液
加热蒸气 1 2
4
3
1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器
冷凝水
完成液
中央循环管式蒸发器
② 悬筐式蒸发器 优点：循环速度可稍大、 易于检修、热损失较小； 缺点：结构复杂、单位 传热面的金属消耗量大； 适用：易结晶、结垢溶 液的蒸发。
三、蒸发器的生产能力和 生产强度
2019/11/30
1、溶液的沸点和温度差损失 蒸发器中的传热温差： Δtm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ℃ ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100℃ 此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
tT T s T 1 5 10 0 500
2019/11/30
2019/11/30
② 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与 升膜相比，可以蒸发浓度 较高的溶液，对粘度较大 的物料也能适用。 缺点：结构较复杂。
2019/11/30
5.1.2 蒸发器的辅助装置
除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。
(FW)cp1Fp0cWpwc
给定条件：S，K， x0，t0 ，x1， p0， pk 计算目的：核算蒸发器的处理能力F和加热蒸汽用量D。
或已知： S ，F ， x0，t0 ，x1 ， p0， pk 计算目的：反算蒸发器的K并求D。
2019/11/
5.2.3、蒸发器的生产能力与生产强度
• （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
式中 i 管内溶液沸腾的对 热流 系传 数W ，/(m2 ℃） 0 管外蒸汽冷凝对流 系传 数热 ，
二次蒸气 5
料液
加热蒸气 1 2
4
3
1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器
冷凝水
完成液
中央循环管式蒸发器
② 悬筐式蒸发器 优点：循环速度可稍大、 易于检修、热损失较小； 缺点：结构复杂、单位 传热面的金属消耗量大； 适用：易结晶、结垢溶 液的蒸发。
三、蒸发器的生产能力和 生产强度
2019/11/30
1、溶液的沸点和温度差损失 蒸发器中的传热温差： Δtm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ℃ ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100℃ 此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
tT T s T 1 5 10 0 500
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2019/11/30
② 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与 升膜相比，可以蒸发浓度 较高的溶液，对粘度较大 的物料也能适用。 缺点：结构较复杂。
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5.1.2 蒸发器的辅助装置
除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。
(FW)cp1Fp0cWpwc
给定条件：S，K， x0，t0 ，x1， p0， pk 计算目的：核算蒸发器的处理能力F和加热蒸汽用量D。
或已知： S ，F ， x0，t0 ，x1 ， p0， pk 计算目的：反算蒸发器的K并求D。
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5.2.3、蒸发器的生产能力与生产强度
• （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
式中 i 管内溶液沸腾的对 热流 系传 数W ，/(m2 ℃） 0 管外蒸汽冷凝对流 系传 数热 ，
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第7章 蒸发
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 蒸发设备 单效蒸发 多效蒸发
2020/10/13
1
7.1 概述 一．蒸发的目的
蒸发 将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使
部分挥发性溶剂汽化并移除，从而获得浓缩溶 液或回收溶剂的操作称为蒸发。
蒸发操作的基本要点
蒸发操作的基本要点是向蒸发器连续提供 足够的热量并及时移除汽化的溶剂。
2020/10/13
20
7.2.3 蒸发辅助设备
（1）除沫器
2020/10/13
21
（2）疏水器
2020/10/13
1－冷凝水入口；2－冷凝水出口；3－排出管； 4－变压室；5－滤网；6－阀片
22
7.3 单效蒸发
7.3.1物料衡算
Fwo(FW)w
完成液
水分蒸发量
的流量
W F (1 w0 ) w
9
溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。
主要原因： （1）蒸发室空间压强下，溶液的沸 点高于同压强下溶剂的沸点； （2）蒸发室液面下实际发生汽化之 处的压强大于蒸发室空间的压强。
2020/10/13
10
2、蒸发设备
为什么冷凝器架设安置得很高？
2020/10/13
11
7.2 蒸发设备 7.2.1 循环型蒸发器
2020/10/13
24
7.3.2热量衡算
（1）浓缩热显著的溶液
D ro F i0 (F W )i W I Q 损
或 D roF (i i0) W I i Q 损
若 Q 损l 0,沸点进 i0i料 Iir
Dr0 Wr r0 r 此时 DW
2020/10/13
25
图7-15 氢氧化钠的焓浓图
2020/10/13
2020/10/13
15
一．升膜式蒸发器
升膜式蒸发器图7-5 1―蒸发器；2―分离室；
2020/10/13
16
二．降膜式蒸发器
降膜式蒸发器图7-6 1― 蒸 发 器 ； 2― 分 离 室 ； 3―布膜器
2020/10/13
17
四．旋转刮板式蒸发器
旋转刮板式蒸发器
2020/10/13
18
五．单程型蒸发器性能的比较
图7-1 液体蒸发的简化流程
4
三．蒸发过程分类
操作压力
加压蒸发 常压蒸发 真空（减压）蒸发
间歇蒸发 蒸发器进、出料状况
连续蒸发
2020/10/13
5
三．蒸发过程分类
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
2020/10/13
6
四．蒸发操作的特点
1．溶液的沸点升高 由于不挥发溶质的存在使溶液的沸点高于
2020/10/13
8
四．蒸发操作的特点
3．溶液的工艺特性
蒸发过程中溶液的某些性质随着溶液的组 成而改变。有些物料在浓缩过程中可能析出结 晶、发泡、严重结垢、变性分解、黏度增高、 腐蚀性增大等。在选择蒸发工艺和设备时需要 认真考虑，尤其是蒸发器的防垢除垢技术，是 世界性的热门研究课题。
2020/10/13
26
（2）不计浓缩热的热量衡算 对溶液浓度变化不大、浓缩热不大的溶液
D roF c0(t t0) W r Q 损
蒸发器的热负荷为
Q Dro
2020/10/13
27
Байду номын сангаас
7.3.3蒸发速率与传热温度差
蒸发速率： 通常用单位时间的蒸发量W表示。
蒸发过程的速率是由传热速率决定的。
QD roKA(Tt)
溶液的沸点： 溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强，而且还与溶
2020/10/13
2
蒸发操作的目的
（1）制取增浓的液体产品 如电解烧碱液的浓 缩，牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩、蔗糖水溶 液及各种果汁的浓缩等。
（2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂 如中药生产 中酒精浸出液的蒸发。
2020/10/13
3
二．蒸发的概念
2020/10/13
纯溶剂的沸点。 对于垂直管式蒸发器，管内液柱的静压力
及蒸汽在管道内的流动阻力也会引起溶液的沸 点升高。
沸点升高使传热推动力降低。
2020/10/13
7
四．蒸发操作的特点
2．热能的综合利用 蒸发时需要消耗大量加热蒸汽，而溶剂汽
化又产生相应量的二次蒸汽，因而强化与改善 蒸发器的传热效果，充分利用二次蒸汽的潜热， 应给予足够的重视。
质存在使溶液的沸点升高和蒸发器内液体的静压强有关。
2020/10/13
28
一．溶质造成的沸点升高
溶液中不挥发溶质引起饱和蒸汽压下降，使溶液沸点升高 。
查手册 获取
估算——杜林规则
①在浓度不太高的范围内，可 认为溶液的沸点升高与压强无 关，而取1大气压下的数值。
②在高浓度范围内，只要已知 两个不同压强下溶液的沸点， 则其他压强下的沸点可按水的 沸点作内插或外推。
单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行 传热和蒸发，一次通过加热室即达到所要求的组成。其突出优 点是传热效率高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短， 特别适用于热敏性物料的蒸发，因而在食品、生物制品、制药 等工业部门得到广泛应用。
2020/10/13
19
7.2.2 蒸发器的传热系数
措施： ①定期清洗，去除垢层，加快流速，减少结垢。 ②扩大管内两相流动的“环状流”区域。
2020/10/13
12
一、垂直短管型蒸发器
中央循环管蒸发器图7-2 1―加热室；2―中央循 环管；3―蒸发室；4― 外壳
2020/10/13
13
二、垂直长管型蒸发器
强制循环性蒸发器图7-4 1―加热管；2―循环泵；
3―循环管；4―蒸发室； 5―除沫器
2020/10/13
14
7.2.2 单程型蒸发器
96
t2
80 60
60
t1
50
40
按杜林规则分别确定0.04MPa、0.06MPa下，溶液的沸点。
9660 96t1 8050 8040
2020/10/13
图7-16 NaOH 水溶液的杜林线图
29
杜林规则：在相当宽的压强范围内，溶液的沸点与同压强下 溶剂的沸点成线性关系。
溶 液 的 沸 点
℃
水的沸点：oC
2020/10/13
30
例： 压强，MPa 0.1 0.08 0.06 0.05 0.04
某溶液沸点，oC 120 某溶剂沸点，oC 100
完成液的组成
w Fw0 F W
2020/10/13
23
在初始浓度不太高的情况下，随水分蒸发量的增加，溶液浓度变化不
大，只是到后期才明显变化。因为蒸发器溶液浓度等于完成液浓度，如果 在一个蒸发器内蒸发，则溶液浓度和粘度较大，对蒸发不利。可在一个蒸 发器中将大部分水分蒸发，然后在另一个蒸发器中蒸发得到所需的浓度。
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 蒸发设备 单效蒸发 多效蒸发
2020/10/13
1
7.1 概述 一．蒸发的目的
蒸发 将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使
部分挥发性溶剂汽化并移除，从而获得浓缩溶 液或回收溶剂的操作称为蒸发。
蒸发操作的基本要点
蒸发操作的基本要点是向蒸发器连续提供 足够的热量并及时移除汽化的溶剂。
2020/10/13
20
7.2.3 蒸发辅助设备
（1）除沫器
2020/10/13
21
（2）疏水器
2020/10/13
1－冷凝水入口；2－冷凝水出口；3－排出管； 4－变压室；5－滤网；6－阀片
22
7.3 单效蒸发
7.3.1物料衡算
Fwo(FW)w
完成液
水分蒸发量
的流量
W F (1 w0 ) w
9
溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。
主要原因： （1）蒸发室空间压强下，溶液的沸 点高于同压强下溶剂的沸点； （2）蒸发室液面下实际发生汽化之 处的压强大于蒸发室空间的压强。
2020/10/13
10
2、蒸发设备
为什么冷凝器架设安置得很高？
2020/10/13
11
7.2 蒸发设备 7.2.1 循环型蒸发器
2020/10/13
24
7.3.2热量衡算
（1）浓缩热显著的溶液
D ro F i0 (F W )i W I Q 损
或 D roF (i i0) W I i Q 损
若 Q 损l 0,沸点进 i0i料 Iir
Dr0 Wr r0 r 此时 DW
2020/10/13
25
图7-15 氢氧化钠的焓浓图
2020/10/13
2020/10/13
15
一．升膜式蒸发器
升膜式蒸发器图7-5 1―蒸发器；2―分离室；
2020/10/13
16
二．降膜式蒸发器
降膜式蒸发器图7-6 1― 蒸 发 器 ； 2― 分 离 室 ； 3―布膜器
2020/10/13
17
四．旋转刮板式蒸发器
旋转刮板式蒸发器
2020/10/13
18
五．单程型蒸发器性能的比较
图7-1 液体蒸发的简化流程
4
三．蒸发过程分类
操作压力
加压蒸发 常压蒸发 真空（减压）蒸发
间歇蒸发 蒸发器进、出料状况
连续蒸发
2020/10/13
5
三．蒸发过程分类
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
2020/10/13
6
四．蒸发操作的特点
1．溶液的沸点升高 由于不挥发溶质的存在使溶液的沸点高于
2020/10/13
8
四．蒸发操作的特点
3．溶液的工艺特性
蒸发过程中溶液的某些性质随着溶液的组 成而改变。有些物料在浓缩过程中可能析出结 晶、发泡、严重结垢、变性分解、黏度增高、 腐蚀性增大等。在选择蒸发工艺和设备时需要 认真考虑，尤其是蒸发器的防垢除垢技术，是 世界性的热门研究课题。
2020/10/13
26
（2）不计浓缩热的热量衡算 对溶液浓度变化不大、浓缩热不大的溶液
D roF c0(t t0) W r Q 损
蒸发器的热负荷为
Q Dro
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27
Байду номын сангаас
7.3.3蒸发速率与传热温度差
蒸发速率： 通常用单位时间的蒸发量W表示。
蒸发过程的速率是由传热速率决定的。
QD roKA(Tt)
溶液的沸点： 溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强，而且还与溶
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2
蒸发操作的目的
（1）制取增浓的液体产品 如电解烧碱液的浓 缩，牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩、蔗糖水溶 液及各种果汁的浓缩等。
（2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂 如中药生产 中酒精浸出液的蒸发。
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3
二．蒸发的概念
2020/10/13
纯溶剂的沸点。 对于垂直管式蒸发器，管内液柱的静压力
及蒸汽在管道内的流动阻力也会引起溶液的沸 点升高。
沸点升高使传热推动力降低。
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四．蒸发操作的特点
2．热能的综合利用 蒸发时需要消耗大量加热蒸汽，而溶剂汽
化又产生相应量的二次蒸汽，因而强化与改善 蒸发器的传热效果，充分利用二次蒸汽的潜热， 应给予足够的重视。
质存在使溶液的沸点升高和蒸发器内液体的静压强有关。
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28
一．溶质造成的沸点升高
溶液中不挥发溶质引起饱和蒸汽压下降，使溶液沸点升高 。
查手册 获取
估算——杜林规则
①在浓度不太高的范围内，可 认为溶液的沸点升高与压强无 关，而取1大气压下的数值。
②在高浓度范围内，只要已知 两个不同压强下溶液的沸点， 则其他压强下的沸点可按水的 沸点作内插或外推。
单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行 传热和蒸发，一次通过加热室即达到所要求的组成。其突出优 点是传热效率高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短， 特别适用于热敏性物料的蒸发，因而在食品、生物制品、制药 等工业部门得到广泛应用。
2020/10/13
19
7.2.2 蒸发器的传热系数
措施： ①定期清洗，去除垢层，加快流速，减少结垢。 ②扩大管内两相流动的“环状流”区域。
2020/10/13
12
一、垂直短管型蒸发器
中央循环管蒸发器图7-2 1―加热室；2―中央循 环管；3―蒸发室；4― 外壳
2020/10/13
13
二、垂直长管型蒸发器
强制循环性蒸发器图7-4 1―加热管；2―循环泵；
3―循环管；4―蒸发室； 5―除沫器
2020/10/13
14
7.2.2 单程型蒸发器
96
t2
80 60
60
t1
50
40
按杜林规则分别确定0.04MPa、0.06MPa下，溶液的沸点。
9660 96t1 8050 8040
2020/10/13
图7-16 NaOH 水溶液的杜林线图
29
杜林规则：在相当宽的压强范围内，溶液的沸点与同压强下 溶剂的沸点成线性关系。
溶 液 的 沸 点
℃
水的沸点：oC
2020/10/13
30
例： 压强，MPa 0.1 0.08 0.06 0.05 0.04
某溶液沸点，oC 120 某溶剂沸点，oC 100
完成液的组成
w Fw0 F W
2020/10/13
23
在初始浓度不太高的情况下，随水分蒸发量的增加，溶液浓度变化不
大，只是到后期才明显变化。因为蒸发器溶液浓度等于完成液浓度，如果 在一个蒸发器内蒸发，则溶液浓度和粘度较大，对蒸发不利。可在一个蒸 发器中将大部分水分蒸发，然后在另一个蒸发器中蒸发得到所需的浓度。