第四章-蒸发

法除去，否则不但损失物料，而且会对冷凝设备、蒸发器的传热面产生 污染，降低热流量
二、影响蒸发效率的因素

生产强度：单位时间、单位传热面积上所蒸发的溶剂或水Βιβλιοθήκη 量。（表示蒸发设备的效率）
W K t m U A i t
U——生产强度；W——蒸发量；A——蒸发器的传热面积
K——蒸发器的传热总系数；△tm——加热蒸汽饱和温度与溶液沸点之差
原理：料液预热到接近沸点时由
蒸发器底部送入，进入加热管时
立即受热沸腾汽化，溶液在高速 上升的二次蒸汽带动下，沿管壁 边呈膜状向上流动边蒸发。到达 分离室后，完成液与二次蒸汽分 离后由分离室底部排出。
气冷凝所致，而真空装置仅是抽吸蒸发系统泄漏的空气、物料及冷却
水中溶解的不凝性气体和冷却水饱和温度下的水蒸气等，冷凝器后必 须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射泵、 水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。
4、 常用的蒸发设备
（1）循环型蒸发器
特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶 液浓度接近于完成液浓度。
3 ）外热式蒸发器
操作流程（通常采用真空蒸发工艺）

先开真空阀，抽至一定真空度，
进料，关闭进料阀；

开启蒸气阀门，加热；

抽样检查，达到规定的浓缩程度
后，关闭真空系统，蒸气阀门， 室内恢复常压后，打开放料阀。
3 ）外热式蒸发器
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 数提高；
有利于蒸发进行。 有效成分耐热，溶剂无毒、无害、不易燃烧、无 经济价值者可用此方法。
（一）常用蒸发方法
2、减压蒸发：又称真空蒸发
优点：1）由于溶液沸点降低、增大了传热温度差△tm，强化了蒸发操
作；2）能不断移除二次蒸气，有利于蒸发的顺利进行；3）对热源的要
求较低，可利用低压蒸气或废热蒸气做热源；4）低温蒸发，能防止或 减少热敏性料液的分解；5）减压降低了溶液沸点，可减少蒸发器的热
经除沫器后冷凝移除——完毕后先关闭真
空阀、打开放空阀——放出浓缩液——关 闭循环泵
4）强制循环型蒸发器
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。
（2）单程型(膜式)蒸发器
（二）常用蒸发设备（蒸发器）
1、分类：
单效蒸发器：产生的二次蒸气不再利用， 按蒸发器 效数 冷凝移除
多效蒸发器：二次蒸气加到另一个蒸发器 作为加热蒸气，重复再利用， 可降低能耗。
循环蒸发器：料液被循环加热蒸发，器内滞留的液量大，
时间长，不宜于处理热敏性物料。常用的有：中央循环蒸
按蒸发器 型式
发器、盘管式蒸发器、外加热式、强制循环蒸发器、悬框
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， 否则通常采用混合式冷凝器。 混合式冷凝器分为：逆流高位冷凝器（冷却水自上而下，二次蒸 气自下而上）和并流低位冷凝器（二次蒸汽顶部进入，冷却水与二次蒸
气一起自上而下并流，使蒸气冷凝）。
3、蒸发器的辅助设备
（3） 真空装置
当蒸发器在负压下操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器 后安装真空装置。需要指出的是，蒸发器中的负压主要是由于二次蒸
蒸发设备
冷凝器
真空装置
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器 蒸发器的作用是加热溶液使溶剂沸腾汽化，并移去，由加热室和蒸发 室（分离室）两部分组成。 冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。
蒸发的基本流程
料液（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，用蒸气加热管内的溶液，使 之沸腾气化，经浓缩后的完成液从蒸 发器底部排出。蒸发器的上部为蒸发 室，气化所产生的蒸气在蒸发室及其
优点：溶液循环好；传热效率高；结构紧凑、制造方便、操作可靠 缺点：循环速度低；溶液粘度大、沸点高；不易清洗 适于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液
1）中央循环蒸发器
操作流程：先开启真空阀抽真
空——加料（料液面高于加热
管）——关闭料液进口阀门， 启开加热蒸汽阀门——加热、 产生二次蒸气、经冷凝被移 除——关闭真空阀、加热蒸汽
顶部的除沫器中将其中夹带的液沫分
离，然后送往冷凝器被冷凝而除去。
3、蒸发器的辅助设备
（1）除沫器（气液分离器）
蒸发操作时产生的二次蒸汽，在分离室与液体分离后，仍夹带大 量液滴，尤其是处理易产生泡沫的液体，夹带更为严重。为了防止产 品损失或冷凝液被污染，常在蒸发器内（或外）设除沫器。
常用的分两类：1）蒸发器内除沫器——直接安装在蒸发器顶部，
二、影响蒸发效率的因素
（二）传热系数（K）的影响

增加K 是提高蒸发设备效率的主要途径。
k 1 1 1 RW R5 a 0 a1
a0：管间蒸汽冷凝传热膜系数 ai：管内溶液沸腾传热膜系数 Rw：管壁热阻 Rs：管内壁层热阻
二、影响蒸发效率的因素
（二）传热系数（K）的影响

由上式可知，增大K值的主要途径是减少各部分热阻。（通常管壁热
方法：
t m T t1
提高热源的温度 ：如采用高温热源
降低溶液的沸点 ：如采用真空蒸发 （2）增大总传热系数K 增大管内对流传热系数α 减少管内侧污垢热阻
i
三、常用蒸发方法及设备
（一）常用蒸发方法
1、常压蒸发：在一个大气压下进行蒸发的方法。
一般在敞口蒸发器中进行，蒸气易于扩散排开，
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
一、概 述
（二）蒸发过程的特点
1、传热性质 2、溶液性质 有些溶液在蒸发过程中有结晶析出、易结垢和生泡沫、高 温下易分解和聚合；溶液的粘度在蒸发过称中逐渐增大。 3、溶液沸点的改变 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，其纯溶剂的蒸汽压较高，因此，在相同的压 力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸气温度一定时，蒸发 溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时小，而溶液的浓度越大，这种影响 就越显著。 4、液沫夹带 蒸发产生的二次蒸气中常夹带大量液沫，冷凝前必须设
能损失。
缺点：1）耗能较大，真空度愈高，耗能愈高； 2）溶液沸点下降，粘度增大，传热系数减小。
（一）常用蒸发方法
3、薄膜蒸发 指应用薄膜蒸发器进行减压或常压蒸发的一种操作。
蒸发速度与蒸发面积成正比，薄膜蒸发具有极大的表面，热的 传递快而均匀，没有液体静压的影响，蒸发温度低，受热时间短， 能避免料液的过热现象，适于处理热敏性料液。

结垢程度小。
适于处理易结垢、有晶体析出、处理量大的溶液
外热式蒸发器
4）强制循环型蒸发器

在加热室设置循环泵，借助泵的外力使溶
液沿一定方向以较高的速度循环流动。
主要结构：加热室、蒸发室、除沫器、循
环管、循环泵
操作流程：开启真空阀——进料——启动
循环泵、通加热蒸气——料液在泵的作用 下快速流经蒸发室被加热气化，二次蒸气
面高低调整加热组数
缺点：料液循环慢，清洗污垢困难 适用于不起泡、不析出固体、黏性低的物料
3 ）外热式蒸发器
这种蒸发器将加热室（列管式换 热器，加热管较长，加热室顶部设有 除沫器）与分离室分开，由上下循环 管相连 原理： 料液在加热室被加热至沸腾，沸 腾的液体同气化的蒸气快速沿壁 进入蒸发室； 溶液降至分离室下部，经下循环 管返回加热室； 二次蒸气从上部排出。
有折流板式除沫器、球形除沫器、丝网除沫器、离心式除沫器 2）蒸发器外除沫器——安装在蒸发器外部，有隔板式除沫器、 旋风式除沫器
图中（a）～（d）直接安装在蒸发器顶部 （e）～（g）安装在蒸发器外部。
3、蒸发器的辅助设备
（2）冷凝器
冷凝器作用：冷凝二次蒸汽。
冷凝器类型：间壁式和直接接触式（混合式冷凝器），倘若二次蒸
对于自然循环型蒸发设备，在垂直蒸发管内沿管长方向各部分的传 热情况是不同的，可分为三个区域、六段

三区域：饱和蒸气区、沸腾区、预热区 六段：蒸气流动段、（膜状流动段、转变段、乳化段、壁面生成气
泡段）、自然对流段

膜状流动段——传热系数最大（应使此段尽可能扩大，相对地缩短 预热区和饱和蒸气区）
总之，提高蒸发器的生产强度的途径 (1)提高传热温度差Δtm
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，不像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。
1）升膜蒸发器
组成：蒸发室、分离器、高位液 槽、预热器
阻Rw较小，可忽略）

通常， a0>>ai ，即蒸汽冷凝的热阻在总热阻中占比例不大，但操作中 应排除不凝性气体，否则热阻增大。

Rs是影响K值的重要因素。措施：在蒸发中加强搅拌、定期清除污垢、
改进设备结构
二、影响蒸发效率的因素
（二）传热系数（K）的影响

蒸发浓缩不易结晶或结垢的料液时，影响K值的主要因素是ai
第二节
蒸
发
一、概 述
（一）基本概念
定义： 将含有不挥发溶质的溶液汽化并移出蒸 汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作 称为蒸发。 利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特 性使两者实现分离。 蒸发操作的目的： 获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。
脱除溶剂，此过程常伴随有结晶过程
去除杂质。