溶液的沸点和温度差损失

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蒸发计算

6.3 蒸发计算基础
一、蒸发中的温度差损失•在蒸发操作中，蒸发器加热室一侧是蒸汽冷凝，另一侧为液体沸腾，因此其传热平均温度差应为：
式中：T——加热蒸汽的温度，℃；
t 1——操作条件下溶液的沸点，℃。

1
m
t
T
t−
=
∆
溶液的沸点，不仅受蒸发器内液面压力影响，而且受溶液浓度、液位深度等因素影响。

因此，在计算Δt
时需考虑这些因素。

m
两种不同压力下溶液的沸点差与另一种标准液体在相应压力下的沸点差的比值为常数。

(1)水的关系可以查图表
(2)已知两组数据t A 与t A 0，可求另一t A ’00()A w w A
t K t t t =−+，标准：水
2、液体静压头和加热管内磨擦损失影响：(1)保持一定的液位：(加热管长的1/2－2/3）
(2)动液位→取平均压强―加热管中部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。

* 加热管内流速较大时，磨擦损失增大液体平均压强。

/2
m p p p p gL ρ=+∆=+()()p p p t t +∆′′∆−＝
3、管道流体阻力产生压降的影响
p C < p 二次蒸汽饱和温度↓
温度差损失十分明显，注意选择加热蒸汽压强！
1′′′∆′′′′′′
∴∆∆∆∆ ℃
＝＋＋
三、溶液的浓缩热及焓浓图
NaCl、CaCl2稀释时放热，浓缩时需加热，浓度变大时影响越大。

溶液的焓值由焓浓图查出。

实例：不考虑浓缩热，相同传热面积S下，处理量F与实际的高6％。

温度差损失与总传热系数

GLL
m gh pm p 2
tm为液层中部压力pm对应的溶液沸点； tb为液面处压力 P 对应的溶液沸点。近似计算时，tb与tm可取对应压力下水的沸点。
二次蒸汽的流动阻力所致
此项影响很小，通常取 1 ℃左右。
操作条件下溶液的沸点 t 即可用下式求取
Tc 为冷凝器操作压力下的饱和水蒸气温度
有效平均温差：（Ts-t）理论温差：Ts Tc 二者的差即为Δ
t Tc
GLL
蒸发器总传Leabharlann 系数K 1 1 Ri Ro i o
1
①管内沸腾给热阻1/αi 主要决定于沸腾液体的流动情况 ② 管内壁侧的垢层热阻Ri 取决于溶液的性质及管内液体的运动状况； ③管壁热阻δ/λ一般可以忽略； ④管外蒸汽侧的垢层热阻Ro为零； ⑤管外蒸汽冷凝热阻 1/αo 一般很小，但须注意及时排除加热室中不凝性气体。作为蒸发器的设计依据， K值主要来自现场实测和生产经验(表5-1) K值约为580~6000W/m2K
f a
T 为操作压力下水的沸点
为操作压力下的溶液沸点升高 a 为常压下的溶液沸点升高
(T 273)2 f 0.0162 r
r
为操作压力下水的汽化热
NaOH水溶液的杜林线 GLL
蒸发室内液层静压头所致
与设备结构有关，有些设备中此项损失可不计。
t m t b
温度差损失与总传热系数
引起传热温差损失的原因：
溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比）杜林规则：在相当宽的压强范围内，一定组成的溶液的沸点与同压强下溶剂的沸点成线性关系
t A kt w b
查图步骤：P→水的沸点→杜林线查得某一浓度下的溶液沸点。缺乏实验数据时，按下式估算

(食品工程原理)11溶液浓缩

第十一章第十章溶液浓缩浓缩：是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶是溶质和溶剂部分分离的过程。

蒸发：利用溶质和溶剂的挥发度差异，用加入热能的方法溶剂汽化，而溶质则为非挥发性的。

汽液平使部分“—衡”。

冷冻浓缩：利用稀溶液与固态溶剂在凝固点下的平衡关系，使溶剂从溶液中结晶析出。

“固—液平衡”。

结晶：利用溶质之间溶解度的差异，使溶液达到过饱和状态，使溶质结晶析出。

而采用的方法是加入热能使溶剂部分汽化,从而使溶液达到过饱和。

结晶和蒸发有其相似性。

“固—液平衡”第节蒸发第一节一、蒸发操作与特点•使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽的单元操作称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。

单元操作称为蒸发所采用的设备称为蒸发器•分离的基础：溶质与溶剂的挥发性不同。

•蒸发操作有两个目的：1）浓缩溶液（即脱除溶剂，制取浓缩液）2）净化溶剂（即脱除溶质，制取纯净的溶剂）•多效蒸发：将前一效的二次蒸汽引入下一效（蒸发器）作为加热热源的串联蒸发操作。

额外蒸汽多效蒸发中将某效的二次•额外蒸汽：多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）。

•蒸发可以在不同的压强下进行，如果在减蒸发可以在不同的压强下进行如果在减压下进行，则称为真空蒸发。

真空蒸发多用于热敏性物料的浓缩。

用于热敏性物料的浓缩•蒸发操作是一个传热过程，其传热特点是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的恒温差传热过程。

二单效蒸发二、单效蒸发1、溶液的沸点和温度差损失溶液的沸点和度差损失定压强下，溶液的沸点较纯•沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水的高，两者沸点之差，称为溶液的沸点升高。

升高•溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定。

一般的稀溶液或有机胶体溶液的沸点升高较小，而无机盐溶液沸点升高较大。

•温度差损失设加热蒸汽的温度为T，二次蒸汽温度为T′，溶液的沸点为t，则总温差为：则总温差为Δt=T‐T′实际传热温差（有效温差）为：Δt＝T‐t两者之差称为蒸发器的温度差损失：Δ＝Δt0‐Δt＝t‐T′或t=Δ+T′(3) 由于管路流动阻力而引起的温度差损失'''∆多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热蒸汽因管道流动阻力使二次效作为加热蒸汽，因管道流动阻力使二次蒸汽的压强稍有降低，温度也相应下降，该温度降即为因管路流动阻力而引起的温度差损失，此项影响很小，通常取1 ℃左右'''∆右。

化工原理(第二版)第六章-

管道阻力引起的温度差损失，其值一般取为1℃。
第三节多效蒸发
一、多效蒸发的操作原理
由蒸发器的热量恒算可知，在单效蒸发器中每蒸发1㎏的水需要消耗1㎏多的生蒸汽。在大规模的工业生产中，水分蒸发量很大，需要消耗大量的生蒸汽。如果能将二次蒸汽用作另一蒸发器的加热蒸汽，则可减少生蒸汽消耗量。由于二次蒸汽的压力和温度低于生蒸汽的压力和温度，因此，二次蒸汽作为加热蒸汽的条件是：该蒸发器的操作压力和溶液沸点应低于前一蒸发器。采用抽真空的方法可以很方便地降低蒸发器的操作压力和溶液的沸点。每一个蒸发器称为一效，这样，在第一效蒸发器中通入生蒸汽，产生的二次蒸汽引入第二效蒸发器，第二效的二次蒸汽再引入第三效蒸发器，以此类推，末效蒸发器的二次蒸汽通入冷凝器冷凝，冷凝器后接真空装置对系统抽真空。于是，从第一效到最末效，蒸发器的操作压力和溶液的沸点依次降低，因此可以引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽，这就是多效蒸发
降。
3
真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的
投资费和操作费提高。
第二节单效蒸发
F,w0,t0,h0
D, T, H
W, T’, H’
蒸发室
加热室
(F-W)，w1, t1, h1
D, T, hw
图6-2 单效蒸发示意图
第二节单效蒸发
二、单效蒸发的计算
单效蒸发计算的主要内容有：水分蒸发量；加热蒸气消耗量；蒸发器的传热面积。计算的依据是：物料衡算、热量衡算和传热速率方程。
（6-2）
第二节单效蒸发
式中
Q——蒸发器的热负荷或传热量，kJ/h ； D——加热蒸气消耗量，kg/h； Cp0——原料液比热容，kJ/(㎏·℃)； t0——原料液的温度，℃；

单效蒸发及其计算

温度差损失）， ℃；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引起的沸点升高， ℃；
F——校正系数，无因次，其经验计算式为
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度， ℃； r′——操作压力下水的汽化热，kJ/kg。
单效蒸发及其计算
2. 按杜林规则计算
杜林规则说明溶液的沸点和同压强下标准溶液沸点间呈线性关系。由于容易获得纯水在各种压强下的沸点，故一般选用纯水作为标准溶液。只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，以溶液沸点为纵坐标，以水的沸点为横坐标，在直角坐标图上标绘相对应的沸点值即可得到一条直线（称为杜林直线）。由此直线就可求得该溶液在其他压强下的沸点。图5-2是由试验测定的不同组成的 NaOH水溶液的沸点与对应压力下纯水沸点的关系线图，已知任意压力下水的沸点，可由图查出不同浓度下NaOH的沸点。
单效蒸发及其计算
（三）由于管路阻力而引起的温度差损失Δ″
二次蒸气由分离器送至冷凝器要克服管道中流动阻力，所以分离室内二次蒸气压强应略高于冷凝器中规定的压强。相应的蒸气温度也高于冷凝器中蒸气的温度，两者的差值称为由于管路阻力引起的温度差损失Δ″，其值与蒸气的流速、物性及管路特性有关，一般取经验值 1～1.5 ℃。
单效蒸发及其计算
解：（1）求Δ′ 取冷凝器绝压pk为15kPa，可查出15 kPa下水蒸气的饱和温度T′为53.5℃。取因流动阻力而引起的温度差损失Δ 1 ℃，故二次蒸气温度T′=54.5 ℃。由附表查出二次蒸气其他参数为：T″=54.5 ℃，p′=15.4 kPa ,汽化潜热r′=2367.6 kJ/kg。
单效蒸发及其计算
单效蒸发及其计算
二、单效蒸发的计算
单效蒸发中要计算的内容有：（1）单位时间内由溶液中整除的二次蒸气质量，称为蒸发量；（2）单位时间内消耗的加热蒸气量；（3）所需的蒸发器传热面积S。

传热复习题(一)参考答案

《传热技术》复习题(一)参考答案一、填空题1、写出三种间壁式换热器的名称：套管式换热器、管壳式换热器和板式换热器。

2、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于传热管表面有污垢积存的缘故。

3、用套管换热器加热内管的空气，蒸气在管间冷凝。

现欲通过实验方法测定蒸气和空气的给热系数，需要的主要仪器有温度计、流量计。

4、用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和蒸汽侧流体的温度值。

5、蒸气冷凝分滴状冷凝和膜状冷凝。

6、冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T1＝400℃，出口温度T2为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同，物性数据可视1为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为250 ℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为240 ℃7、应用准数关联式求取对流传热系数时，应注意：（1）应用范围；（2）特征尺寸；（3）定性温度。

8、列管换热器中，用饱和水蒸汽加热空气。

空气走管内，蒸汽走管间，则管壁温度接近水蒸汽的温度，总传热系数接近空气的对流传热系数。

9、列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是强化传热和支撑管束。

10、如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A的稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由对流传热、热传导和对流传热三个串联的热传递环节组成，由图分析可知:α1< α2，因此若强化该传热过程，应从A 侧着手。

11、强化传热的方法之一是提高K值. 而要提高K值,则应提高对流传热系数较小一侧的对流传热系数。

12、有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ>第二种为λ，若作为换热器材料，应选用第一种；当作为保温材料时，应选用第二种。

13、某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为150℃，而环境温度为20℃，要求每平方米热损失不大于500w，采用某隔热材料，其导热系数λ=0.35W/m2.K，则其厚度不低于91mm 。

02单效蒸发

Principles of Chemical Engineering
蒸发设备
单效蒸发
多效蒸发
2011-10-20
2
北京理工大学珠海学院
第二节
单效蒸发
一、溶液的沸点升高和温度差损失
溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两一定ห้องสมุดไป่ตู้强下，溶液的沸点较纯水高，
者之差，称为溶液的沸点升高。者之差，称为溶液的沸点升高。
2011-10-20
12
北京理工大学珠海学院
§5-2-3 单效蒸发计算单效蒸发设计计算内容有：单效蒸发设计计算内容有：水的蒸发量；确定水的蒸发量 ①确定水的蒸发量；加热蒸汽消耗量蒸汽消耗量； ②加热蒸汽消耗量；蒸发器所需传热面积传热面积。 ③蒸发器所需传热面积。在给定生产任务和操作条件，如进料量、温度和浓度，在给定生产任务和操作条件，如进料量、温度和浓度，完成液的浓度，加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下，完成液的浓度，加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下，上述任务可通过物料衡算热量衡算和传热速率方程求解。通过物料衡算、上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程求解。一、蒸发量的计算蒸发量，表示，单位时间内从溶液中蒸出的水分质量称蒸发量单位时间内从溶液中蒸出的水分质量称蒸发量，用W表示，表示 kg/h.
即为完成液比热与原料液比热间的关系式
Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0 Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1 =cpw-(cpw-cpB)x1
联立上两式，联立上两式，得
(cp0-cpw)x1= (cp1-cpw)x0
Fx0=(F-W)x1

6. 计算题-题目(修订版)

层次：A[3] j06a10011某溶液在单效蒸发器中进行蒸浓, 用流量为 2100kg/h 、温度为120℃、汽化潜热为2205kJ/kg的饱和蒸汽加热。

已知蒸发器内二次蒸汽温度为81℃,各项温差损失共为 9℃。

取饱和蒸汽冷凝的给热系数α1为8000W/m2k,沸腾溶液的给热系数α2为3500W/m2k。

求该蒸发器的传热面积。

假定该蒸发器是新造的, 且管壁较薄, 因此垢层热阻和管壁热阻均可忽略不考虑,且热损失可以忽略不计。

[4] j06a10012某单效蒸发器每小时将1000kg的 15%(质量百分数，下同)的NaOH溶液浓缩到 50%。

已知：加热蒸汽温度为 120℃，进入冷凝器的二次蒸汽温度为60℃，总温度差损失为45℃，蒸发器的总传热系数为1000W/m2℃，溶液预热至沸点进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可忽略，加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热可取相等，为2200kJ/kg。

试求：蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。

[5] j06a10014在真空度为91.3kPa下,将12000kg的饱和水急速送至真空度为93.3kPa的蒸发罐内。

忽略热损失。

试定量说明将发生什么变化,并算出发生的水汽的质量及体积。

水的平均比热为 4.18kJ/(kg℃)。

当地大气压为101.3kPa。

饱和水的性质为[6] j06a10015利用三效并流蒸发器浓缩某浓度的水溶液，用300 kPa (绝) 的饱和水蒸汽加热。

已知各效因溶液蒸汽压下降和液柱静压强所致的温度差损失分别为8、14及22℃。

忽略因管道流体阻力所致的温度差损失。

求冷凝器内真空度的极限值。

饱和蒸汽的性质为:（提示：本题求各效的有效传热温差△t i皆为零时冷凝器内真空度之值）[7] j06a10016在一单效蒸发装置中将某原料液进行浓缩，完成液的浓度为28%(质量%)，操作条件下沸点为98℃。

为了减少生蒸汽的消耗量，用二次蒸汽四分之一的冷凝潜热把原料液从20℃预热至 70℃。

蒸发

将溶液加热，使其中部分溶剂气化并不断去除，以提高溶液中的溶质浓度的过程即蒸发。

一、蒸发原理与目的蒸发原理: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。

蒸发目的：1. 制取浓缩产品--如浓缩果汁、蔬菜汁。

2. 获得饱和溶液，冷却后使溶质结晶--味精、白糖、精制盐。

3. 制取纯溶剂--蒸馏水、海水淡化等。

从目的看：是使溶剂和溶质分离，属化工分离，传质过程。

从机理看：溶剂分离出来的速率直接取决于供热量或供热速率，属传热过程。

二、基本流程图热源：水蒸汽，一般称为加热蒸汽。

二次蒸汽：当蒸发的物料为水溶液时，蒸发产生的溶剂蒸汽，亦称为水蒸气。

注意：加热蒸汽温度高于二次蒸汽温度。

料液、加热蒸汽分别在管内、管外流动。

二次蒸汽是否利用可将操作分为单效或多效蒸发。

蒸发过程进行的必要条件:不断提供热源(加热蒸汽);不断排除二次蒸汽。

三、蒸发过程的特点与方法特点：(1) 传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。

(2) 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。

(3) 溶液沸点的改变由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。

因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。

溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。

(4) 泡沫夹带二次蒸汽常夹带大量液沫，须除去。

(5) 能源利用利用二次蒸汽产生的潜热是须考虑。

食品工业蒸发的特点1.热敏性要求低温短时,采用真空蒸发器及液膜式蒸发器2.腐蚀性设备防腐,不锈钢3.粘稠性采用外力强制循环或加搅拌4.发泡性食品沸腾时形成泡沫,加入表面活性剂或采用机械装置消泡5.挥发性∵芳香成分和风味成分易挥发6.结垢性食品中Ca、Mg离子浓缩后产生沉淀；蛋白质、糖、果胶等到受热过度后变性、结块、焦化等；均形成垢层蒸发的分类●自然蒸发--溶液中的溶剂在低于沸点下汽化，例如海盐的晒制。

化工原理：第七章蒸发

式中：
F——原料液量，kg/h； W——蒸发水量，kg/h； L—— 完成液量，kg/h；
x0——原料液中溶质的浓度，质量分数；
x——完成液中溶质的浓度，质量分数。
二、加热蒸汽消耗量的计算
热量衡算可得：DHs Fh0 WH Lh Dhs QL
或
Q D(Hs hs ) WH Lh Fh0 QL (7-4)
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如图为不同浓度NaOH水溶液的沸点与对应压强下纯水的沸点的关系，由图可以看出，当NaOH水溶液浓度为零时，它的沸点线为一条对角线，即水的沸点线，其它浓度下溶液的沸点线大致为一组平行直线。
杜林规则说明:某溶液在两个不同压力下的两个沸点之差与标准液体(通常指纯水)在相应的两个压力下的两个沸点之差的比值为一常数,即:
（1）由于溶液的蒸汽压降低引起的温度差损失（ △′）；
（2）由于蒸发器中，溶液的液柱压力引起的温度差损失（ △"）；
（3 ) 由于蒸汽流动阻力引起的温度差损失（ ' ' '）。
总温度差损失△=△′+△"+ '''
溶液的沸点升高=总温度差损失△= t-T
返回
7-4 溶液的沸点升高与杜林规则（求△′）
△′ =f(溶液种类,浓度,蒸发压力)
设tA—实验测定的溶液的沸点,C (测定时仅计因溶液的蒸汽压下降所引起的温差损失)
T — 二次蒸汽饱和温度(即蒸发室压力下的饱和蒸汽温度) ,C
则:△′= tA-T tA 常压下(用P280附录二十一查得) 非常压下(用杜林规则) 一杜林规则
杜林规则:某溶液的沸点与相同压力下标准液体（水）的沸点呈线性关系(下图为NaOH溶液的杜林线图)

蒸发原理

固体产物，
二、加热蒸气和二次蒸气
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸
气或生蒸气，后者称为二次蒸气。
三、分类
1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 2、闪蒸：闪急蒸发（flash evaporation）：是一种特殊的减压蒸发，将热溶液的压力降到低于溶液温度下的饱和压力，则部分水将在压力降低的瞬间沸腾汽化。优点：避免在换热面上生成垢层，闪蒸不需要加热，热量来自自身放出显热。
四、蒸发操作的特点
1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度、挥发性风味物质等。 3、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。 4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。 5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。
五、蒸发操作流程：
蒸发过程：
加热料液使溶剂沸腾汽化（蒸发器中），不断去除汽化产生的水蒸气（冷凝器中）；不凝性气体：料液中的溶解空气或系统减压时从周围环境中漏入的空气。由分离器和缓冲罐经真空泵抽出。
第二节单效蒸发
一、溶液的沸点升高和温度差损失
溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两
饱和温度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ℃
在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需计算。
2 液柱静压强引起的温度差损失
液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中部的压强为：

食品工程原理第五章

例用连续真空蒸发器将桃浆由固形物质量分数为11%浓缩至40%，蒸发器真空度为93kPa，液层高为2m，采用 100℃饱和水蒸气加热。40%桃浆的密度为1180kg/m3。计算由于料液沸点升高和液层静压效应引起的换热温差损失及蒸发器的有效换热温差。
解 : 绝对压力101 93 8kPa 对应的沸点T 为41.3C , 汽化热r 2.40MJ / kg T (273.2 41.3) (1) 16.2 a 16.2 1.0 6 r 2.40 10 0.67 K
58.7 19.0 39.7K
二、单效蒸发的计算
W,T’,H’
蒸发室
F,x0,t0,h0 D,T,H
加热室
Q
L
(F-W), x1 t1 ,h1 D,T,hw
单效蒸发的计算项目：（1）蒸发量；（2）加热蒸气消耗量；（3）蒸发器的传热面积通常生产任务中已知：（1）原料液流量、组成与温度；（2）完成液组成；（3）加热蒸气压强或温度；（4）冷凝器的压强或温度。
单位蒸气消耗量
效数理论最小值单效 1 双效 1/2 三效 1/3 四效 1/4 五效 1/5
实际最小值
1.1
0.57
0.4
0.3
0.27
蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一个效相等的单效蒸发器的生产能力大。错误观点：多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。
'
p 300kPa时 T 133.3C r 2168kJ / kg
r 0.57 2355 0.67 3.9 60.1 43.3 2168 0.64kg / s W 0.57 0.89 3 e D 0.64 3 Dr 0.64 2168 10 4 S K T t1 943 133.3 60.1 20.1m

化工原理五章第二节

相同条件下，蒸发溶液时的有效温度差下降值正好等于溶液沸点升高值。蒸发计算中，应先确定 Δ 值，再求溶液沸点 (tl=Tk’+Δ) 和实际传热温度差 (Δt =ΔtT -Δ)。
2019/11/18
造成温度差损失的原因
(1) 溶液蒸汽压降低而引起的温度差损失，’ ；
2019/11/18
5.2.2 单效蒸发的计算
主要计算项目：①蒸发器的水分蒸发量； ②传热负荷与加热蒸汽的消耗量； ③蒸发器的传热面积。
生产任务中已知的项目： ①原料液流量、组成及温度； ②完成液组成； ③加热蒸汽的压强或温度； ④冷凝器的压强或温度。
2019/11/18
一、蒸发水量的计算
对单效蒸发器作溶质的物料衡算：
’多’效’蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下一效作
为加热蒸汽，由于管道流动阻力使二次蒸汽的压强稍有下降，温度也相应下降。
’’’与二次蒸汽在管道中的流速、物性及管道
尺寸等有关。对多效蒸发，二次蒸汽在两效间由于管道阻力引起的温度差损失一般取 1℃；末效或单效蒸发器至冷凝器间一般取1~1.5 ℃. 小结：在蒸发计算中，溶液的沸点是基本数据；溶液的温差损失不仅是计算沸点所必须的，而且对选择加热蒸汽的压强也是十分重要的。
1 、溶液稀释热不可忽略时对蒸发器作物料的焓衡算：
DH Fho WH (F W )h1 Dhw QL
或 Q D(H hw ) WH (F W )h1 Fh0 QL 若加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则：
H hw r
D WH '(F W )h1 Fh0 QL r
2019/11/18
蒸发器的生产强度简称蒸发强度，是指单位时间

溶液的沸点和温度差损失

⎧由溶液蒸汽压下降而引起的温度损失∆/ ⎪⎨由蒸发器中液柱静压强引起的温度损失∆// ⎪⎩由于管道中流动阻力产生压强降造成温度差损失∆t ///
( 1)由溶液蒸汽压下降而引起的温度损失 ∆/
溶液中由于含有溶质，因此其蒸汽分压低于同温度下纯溶液的蒸汽分压，故在同一外压下，其沸点高于纯溶剂的，即高于蒸发室压力下溶剂的饱和蒸汽温度。
蒸发水热
原料升温
热损
蒸汽热消耗
D = Wr / + FC p0 (t1 − t0 ) + QL r
若原料预热到沸点 t0 = t1 且不计热损失
则 D = Wr / r
e = D = r / e — 单位蒸汽消耗量 — 蒸发1kg水时，加 Wr 热蒸汽的消耗量。
由于蒸汽潜热r随温度变化不大
故，对单效蒸发 e ≈ 1 (实际T > T / ,∴ r / > r, e > 1)
= C pw
− (C pw
− C pB )
F
F −W
⋅ C pw C pw
− C p0 − C pB
=
C pw
−
F (C pw − C p0 ) F −W
对于前面的热量衡算式
D(H − hw ) = WH / + (F − W )h1 − Fh0 + QL
(F
− W )h1
=
(F
− W )C p1t1
b.计算法：k = 1 + 0.142x = 1 + 0.142 ×0.1832 = 1.026 ym = 150.75x2 − 2.71x = 150 ×0.18322 − 2.71×0.1832 = 4.56 ym = tA/ − ktw/ = tA/ − 1.026 × 84 = 4.56

了解蒸发器的结构及选型55

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5）强制循环蒸发器循环速度高达2.0～5.0m/s。处理粘度大、易结沟或易结晶的溶液。
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2.膜式式（单程型）蒸发器
1）升膜蒸发器：加热管长径比为100～150，管径为25～50mm。二
次蒸汽在加热管内的速度为20～50m/s，减压下为： 100～160m/s。
处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。
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1.基本关系
1）物料衡算对整个蒸发系统作溶质衡算，可得：
Fx0 F W xn
W
Fxn
xn
x0
F1
x0 xn
W W1 W2 Wn
9
对任一效作溶质衡算，可得：
Fx0 F W1 W2 Wi xi i 2
xi
F
W1
Fx0 W2
Wi
0
2）焓衡算
以00C的液体为基准，忽略热损失，可得：第一效：
Fh0
D1 H1
hw
F
W1 h1
W1
H
1 1
若溶液的稀释热，且加热蒸汽的冷凝液在饱和温度
下排出，可得：
Q1 D1r1 Fc p0 t1 t0 W1r11
1
第i效：
Qi Di ri
Fc p0 W1c pw W2c pw Wi1c pw ti ti1 Wi ri1
H hw
0
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则：
D WH F W h1 Fh0 QL
r
1
2
2）溶液的稀释热可以忽略时
溶液的焓可以由比热算出，则：
h0 c p0 t0 0 c p0t0 h1 c p1 t1 0 c p1t1 hw c pw T 0 c pwT

化工原理蒸发2

t ' tb T '
方法2：用杜林规则求溶液的沸点。
杜林规则：一定浓度溶液的沸点，和相同压力下标准液体的
沸点呈线性关系，即有：
t b kt w m
式中， tw：标准液体(一般取水)的沸点； k、m：与溶液种类、浓度有关。
杜林规则也可用图形表示
说明：由图可见，低浓度下，压力对Δt′影响不大。 Δt′也可按下式估算：
H 1 c w T1 t 0 t1 q m,0 c p ,0 H1 c w t1 H 1 c w t1
类似地，对第i效有：
q m, w i q m, v i H i c w Ti ti 1 ti (q m,0 c p ,0 c p , w q m, w1 c p , w q m, w i1 ) H i c w ti H i c w ti
对第1效至第i效作溶质的物料衡算，有
qm，w0 qm， qm,w1 qm,wi）wi （ 0 0
由此得第i效溶液的质量分数：
wi （qm， qm, w1 qm, w i） 0
（2）热量衡算忽略热损失，对第1效作热量衡算，可解得：
qm，w0 0
q m, w1 q m, v1
值也随效数增多而增加，但不成正比。
即：多效蒸发，可提高生蒸汽的经济性。
(3)生产能力和生产强度 ▲ 在相同条件下，虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的m倍，但生产能力小于单效蒸发； ▲ 当多效蒸发的
t T
及各效Ai，Ki ，与单效相同时，多效蒸
发的生产强度小于单效的1/m； ▲ 为完成相同的生产任务，多效蒸发所需要的传热面积大于
按经验数值选取：
t '" 0.5 ~ 1 C

传热

Δ′计算示例案例在中央循环管蒸发器内将
NaOH水溶液由10％浓缩到20％，分析解决 : 查附录得 20 ％ NaOH 求：水溶液在 101.33kPa 下沸点升高 0.0162 (T '273) 0.0162 (81.2 273) 采用经验估算法计算 50kPa 时溶 f 0.8819 r 2304 .5 值为Δ常’=8.5℃ 液的沸点查附录得 50kPa 时水的饱和温 ∴Δ’=f Δ 度为 T’= 81.2 ℃，水的汽化热 ’ =0.8819 × 8.5= 常
由于各种原因导致溶液沸
点升高，使得实际传热温差(T-t1) 由于实际传热温差Δtm=ΔtT较理论传热温差要小，其差值造成温度差损失的主要原因是： Δ ，即只要已知温度差损失 Δ 就称为温度差损失 Δ (1)因溶质存在，使溶液沸点升可得到实际传热温度差。 Δ=ΔtT-Δtm=(T-T’)-(T-t 高导致与纯水沸点之差 Δ’1)=t ； 1T ′ 蒸发器操作时需维持一定液 (2) 总的温度差损失为三项之和，即Δ
2 2
（2）因加热管内液柱静压强而引起的某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液位，使得液面以下液体承受更大的压强，因而导致 gh p p ' 2 沸点升高。液层内部沸点与表面对应的温度差损失： Δ″=tpm-tp′ 沸点之差即为因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失 Δ’’。式中： tpm — 压强pm下水
w1 w2
(3)加热蒸汽用量 DR=Wr+FCp0(t1-t0)+QL ∵ Q =0.1DR ∴ L ①Δ’的计算因溶液在蒸发器中循环接近 DR=1.1[Wr+ FC (t -t0)] 0.0162 (T '273) 0.0162 (81 .2 273 p0 1)

化工原理蒸发2

化工原理习题（下）1.单位加热蒸汽消耗量是指（蒸发1Kg水分消耗的加热蒸量），单位为（Kg/Kg）2．按溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为（循环型）和（非循环型）两大类。

3. 生蒸汽是指（用来加热水溶液的新鲜蒸气又称为生蒸汽，以区别于二次蒸汽）4. 单效蒸发是指（将第二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作。

）5. 按操作压力来分，可分为（加压、常压及减压）蒸发。

工业上的蒸发操作经常在减压下进行，称为（真空蒸发）6.溶液因蒸汽压下降而引起的沸点升高与温度差损失的数值（相等）7.按加料方式不同，常见的多效蒸发操作流程有：（并流加料法）、（逆流加料法）和（平流加料法）三种。

8. 对于蒸发同样任务来说，单效蒸发的经济效益（不如）多效的，单效蒸发的生产能力和多效的（相同），而单效的生产强度为多效的（n倍）。

的主要因素是（溶液沸腾侧污垢热阻和沸腾传9. 控制蒸发操作的总传热系数Ko热系数）在蒸发器的设计和操作中，必须考虑蒸汽中（不凝气的及时排除），否则蒸气冷凝传热系数会（大幅度下降）。

10．多效蒸发系统的效数是有一定限制的，超过限制会出现（总温度差损失等于或大于蒸发器两端点温度差），用式子表达为∑△≥（T-Tk），此时蒸发操作（无法进行）。

》11. 在同条件下蒸发同样任务的溶液时，多效蒸发的总温度差损失（大于）单效的，且效数越多，温度差损失（也越大）。

12. 试题：在蒸发操作中，溶液的沸点升高△/，（ D ）（A）与溶液类别有关，与浓度无关；（B）与浓度有关，与溶液类别、压强无关；（C）与压强有关，与溶液类别、浓度无关；（D）与溶液类别、浓度及压强都有关。

13. 一般来说，减少蒸发器传热表面积的主要途径是（ C ）（A）增大传热速率；（B）减小有效温度差；（C）增大总传热系数；/（D）减小总传热系数。

14. 二次蒸汽又称为生蒸汽，以区别于新鲜的加热蒸汽。

（×）15. 蒸发器有用直接热源和间接热源加热的，而工业上经常采用的是间接蒸汽加热的蒸发器。

溶液的沸点和温度差损失

蒸发计算

温度差损失与总传热系数

(食品工程原理)11溶液浓缩

化工原理(第二版)第六章-

单效蒸发及其计算

传热复习题(一)参考答案

02单效蒸发

6. 计算题-题目(修订版)

蒸发

化工原理：第七章 蒸发

蒸发原理

食品工程原理第五章

化工原理五章第二节

溶液的沸点和温度差损失

了解蒸发器的结构及选型55

化工原理蒸发2

传热

化工原理蒸发2

化工原理：第七章蒸发