清华大学化工原理06第六章蒸发
化工原理第六章解析
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握蒸发操作的特点、蒸发 器的类型、蒸发过程计算，能够根据生产工艺要 求和物料特性，合理选择蒸发器类型并确定适宜 操作流程和条件。
1
第六章 蒸发
6.1 概述
2
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。 蒸发操作的基本要点
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第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器 6.2.2 单程型蒸发器
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一．升膜式蒸发器
图6-8 升膜式蒸发器 1―蒸发器；2―分离室；
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二．降膜式蒸发器
图6-9 降膜式蒸发器 1― 蒸 发 器 ； 2― 分 离 室 ； 3―布膜器
21
三．升—降膜式蒸发器
图6-11 升―降膜蒸发器 1― 预 热 器 ； 2― 升 膜加 热室；3―降膜加热室； 4―分离室
蒸发器的热负荷
Q D(H hc ) WH ' (F W )h1 Fh0 QL
蒸发器的
热损失
35
二．热量衡算
1.溶液稀释热较大的情况 某些盐、碱的水溶液，在稀释时其放热效
应非常显著。 蒸发是稀释的逆过程。 需通过实验测定焓值随组成和温度的变化。
36
二．热量衡算
图6-15 氢氧化钠的焓浓图
30
蒸发器的选型原则
① 对物料的工艺特性有良好的适应性， 其中对黏度在蒸发过程中的增加程度及结垢情 况应给予特别注意。
② 满足生产工艺对完成液质和量的要求。 ③ 结构简单，操作可靠，造价和操作费 用低廉，经济合理，维修方便。
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第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器 6.2.2 单程型蒸发器 6.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展 6.2.4 蒸发器的选型 6.2.5 蒸发器的辅助设备（自学）
化工原理 蒸发
（二）冷凝器 冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有间壁式和直接接触式两 种，倘若二次蒸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，否则通常采用直接接触式冷凝器。后一种冷凝器一
般均在负压下操作，这时为将混合冷凝后的水排出，冷凝器必须设置
得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。 （三） 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 蒸汽冷凝所致，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汽等，冷凝器后
溶液由升膜管束底部进入，流向
顶部，然后从降膜管束流下，进 入分离室，得到完成液。
适于处理浓缩过程中粘度变化大 的溶液、厂房有限制的场合
预热室
4.刮板薄膜式蒸发器
它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板
，刮板端部与加热管内壁间隙固定在 0.75 ～ 1.5mm 之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分 布在加热管内壁面上。
2.悬筐式蒸发器
加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下
部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部 进入加热室，在管间放热加热管内溶液使 其上升，而沿悬筐外壁与蒸发器内壁间环 隙通道向下循环流动。 优点：
溶液循环速度高，改善了管内结 构情况 传热速率较高
缺点：
设备费高 占地面积大 加热管内溶液滞留量大
１.中央循环管式(标准式)蒸发器
加热蒸汽：加热室管束环隙内 溶液：加热室管束及中央循环管内，
料液 加热蒸汽
中央循环管
受热时，由于中央循环管单位体积 溶液受热面小，使得溶液形成由中 央循环管下降，而由其余加热管上 升的循环流动。
蒸发化工原理
Evaporation
7.1 概 述
7.1.1 蒸发的目的
利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性，将含 有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而 使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。
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。
溶剂S
冷凝器
疏水器 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水沸腾汽化，并移去， 由加热室和分离室两部分组成。
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。
7.2.1 蒸发器
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和 单程型(不循环)。
1 循环型蒸发器
溶液循环速度高，改善了管内结垢情况 传热速率较高
缺点：
设备费高 占地面积大 加热管内溶液滞留量大
适于处理易结垢，有晶体析出的溶液
（3）外热式蒸发器
这种蒸发器将加热室与分 离室分开，采用较长的加热管。
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； 结垢程度小。
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。
减压蒸发： 沸点低 优点： (1) 传热温度差Δtm ↑； (2) 可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽 ； (3)可防止热敏性物料变质或分解 ； (4)沸点低，减少热损失。 缺点：真空装置，需消耗动力和增加设备 适用于处理热敏性物料。
化工原理蒸发
化工原理蒸发
蒸发是化工过程中常见的一种分离技术，它利用物质在加热的条件下从液态转
变成气态的特性，实现了液体混合物的分离和浓缩。
蒸发技术在化工工业中有着广泛的应用，涵盖了食品加工、化学工业、环境保护等多个领域。
在化工原理蒸发中，液体混合物首先被加热至其沸点以上，使得部分液体蒸发
成为气体。
然后，通过冷凝器将气体冷却，使其再次变成液体，从而实现了混合物中不同组分的分离。
这一过程中，蒸发器和冷凝器是两个关键的设备，它们的设计和操作直接影响到蒸发过程的效率和成本。
在蒸发过程中，选择合适的蒸发器类型对于实现高效的分离和浓缩至关重要。
常见的蒸发器类型包括单效蒸发器、多效蒸发器、膜蒸发器等。
每种类型的蒸发器都有其适用的场景和特点，化工工程师需要根据具体的情况选择合适的设备。
另外，冷凝器的设计也是影响蒸发效率的重要因素之一。
通过合理的冷却系统
设计和运行参数的优化，可以有效地提高冷凝效率，减少能源消耗，降低生产成本。
除了设备的选择和设计，蒸发过程中的操作条件也对分离效率起着重要的作用。
例如，控制蒸发器的进料流量和温度，调节冷凝器的冷却水流量和温度等操作参数都会影响到蒸发过程的效率和产品质量。
总的来说，化工原理蒸发是一种重要的分离技术，它在化工工业中有着广泛的
应用。
通过合理选择设备、优化设计和操作条件，可以实现高效的分离和浓缩，为化工生产提供了重要的支持和保障。
最新化工原理蒸发
D/W=1280/1333=0.96 由以上计算可知，原料液的温度越高，蒸发1kg水所消耗的加 热蒸汽量越少. （3）A=Q/{K(Ts-t1)}=DR/{K(Ts-t1)}
化工原理蒸发
化工原理
6 蒸发 6.1 概述
定义： 浓缩溶液 不挥发溶质与挥发性溶剂分离，获得浓度 高的溶液或溶剂； 加热（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸发器
分类： 蒸汽利用： 单效、多效蒸发； 压力： 常压蒸发，加压蒸发，减压（真空）蒸发.
减压（真空） 优点： 1） 省传热面积； 2） 利用 低压（废热）蒸汽； 3） 适用热敏性溶液； 4） 热损失减少。
生产强度—评价性能 U kg/m2.h Ts t→ Δtm 但受限制
UWQKtm A Ar r
K↑ Δtm↑→U↑
α2 → K, 不凝性气体排出， 增大u，清除垢层等可增K。
焓--浓图
焓
一组温度线
杜林规则图
溶
液
质量浓度线
沸
点
浓度
水沸点
6.4 溶液沸点和温度差损失 沸点升高原因：浓度↑， 液柱高度↑
Δ=t-T1ˊ t 溶液沸点， T1ˊ 相同压力下水的沸点 ， 二次蒸汽饱和温度。
有效温度差 Δt< 理论温度差ΔtT ΔtT-Δt=（Ts- T1ˊ）-（Ts- t）=Δ 沸点升高或温度差损失 Δ引起原因：1 溶液蒸汽压下降 Δˊ
2 液柱静压强Δˊˊ 3 管路流体阻力Δˊˊˊ T1ˊ根据冷凝室压强定 Δ=Δˊ+Δˊˊ+Δˊˊˊ T1ˊ根据蒸发室压强定 则Δ=Δˊ+Δˊˊ 温度差损失计算 Δˊ 沸点计算法 杜林规则图
化工原理(清华大学)第六章蒸发
第六章 蒸发第一节 概述Key words: Evaporation, Single effect evaporation一、蒸发的概念：挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾－→ 溶剂部分汽化；溶液浓缩 热量供给 → 汽化 → 热量衡算 ← 传热速率方程特点 蒸汽移出 → 浓缩 → 物料衡算沸腾现象 溶液 → 沸点升高装置： 下部有加热室（管式换热器）管外：加热饱和蒸汽蒸发器 管内：溶液沸腾汽化浓缩液底部排出上部：分离室 蒸汽与液沫分离，挡板除沫冷凝器二、蒸发过程的分类：⑴ 操作压力 常压 沸点>100℃ 饱和蒸汽压力高减压 沸点低：①↑Δt m ② 可利用废汽③ 热敏性物质 ④ 沸点温度低，减少热损失 缺点：①真空装置 ②沸点↓，μ↑，α↓，K ↓③二次蒸汽t ↓, 冷凝器温差⑵ 二次蒸汽利用 单效蒸发多效蒸发 二次蒸汽用于下一效操作压力、沸点低于上效⑶操作情况 连续式 以X 1出料 沸点最高间隙式 一次加料→最终X 1出料连续加料 维持液面，X 1一次出料间隙式时，x 值一直变化t t t ∆>∆∆初终终（连续）＝ ∴间隙式生产能力>连续式（操作情况下），但间隙式存在非生产时间。
三、蒸发过程总结：① 实质是传热过程 ②沸点升高，传热温差小于蒸发纯溶剂③重视体系特性 结垢、结晶热敏物质粘度与腐蚀性等第二节 单效蒸发Key words ： Evaporation, Single-effect evaporation, Boiling point elevation, D Ühring's rule, Effect of liquid head and friction讨论对象：连续稳态操作已知条件：加料量F kg/h ；质量分数0x ； 初温0t ；要求完成液浓度1x加热蒸汽 T S (p S ) 饱和蒸汽； 操作压力p C任务：①计算水分蒸发量（二次蒸汽量）W kg/h②加热蒸汽消耗量D kg/h③蒸发器传热面积S一、单效蒸发器的计算： 物料衡算热量衡算传热速率方程沸点升高关系式1、蒸发量w ：以单位时间为基准，物料衡算：01()F x F w x =-⇒0101(1)x w F x Fx x F w =-=-2、加热蒸汽消耗量D ：以单位时间为基准，焓衡算，0℃焓值为001101()()()()w L w LDH Fh wH Dh F w h Q Q D H h F h h w H h Q '+=++-+'=-=-+-+ :H ()S S T p 下饱和蒸汽的焓值；:H ' 二次蒸汽焓值w h ：S T 下饱和冷凝水的焓值；01,h h 使用焓浓图查得。
《化工单元操作蒸发》课件
蒸发过程中的安全问题
1 高温
严格控制操作温度，采取 防热措施，避免操作人员 受热伤害。
2 高压
加强设备密封性能，防止 发生泄漏和事故。
3 燃爆
使用防爆设备和合适的工 艺参数，预防燃爆事故的 发生。
蒸发技术的应用
生物质能源利用
通过蒸发技术，将生物质转化为能源，实现绿色能 源利用。
1 传热
确保蒸发设备能提供充足的热量，促进液体快速蒸发。
2 传质
维持蒸发器内的浓度差，使溶液在蒸发过程中能充分挥发。
3 操作参数的调节
控制温度、压力、流量等操作参数，以获得理想的蒸发效果。
蒸发过程中常见问题及解决方法
结垢
使用清洁剂和定期维护设备， 防止结垢对蒸发效果的影响。
泡沫
加入消泡剂，控制溶液表面 泡沫的产生，提高蒸发效率。
《化工单元操作蒸发》 PPT课件
本课件将介绍化工单元操作蒸发的概念、设备和关键因素，解决常见问题， 以及蒸发技术的应用和意义。
操作蒸发的概念
蒸发是指液体通过升温变成气体的过程。蒸发广泛应用于化工行业，具有高 效、节能等优势。
蒸发的分类
自然蒸发
自然条件下，液体表面经过 长时间蒸发产生气体。
强制蒸发
通过加热增加蒸发速率，提 高产量和效率。
真空蒸发
在低压下进行蒸发，使液体 在较低温度下蒸发。
蒸发设备及其操作
管式蒸发器
通过管道中的加热介质将液体加热蒸发，广泛用于 工业生产。
循环蒸发器
利用冷凝和蒸发过程中的再循环，提高蒸发效果。
多效蒸发器
通过多级蒸发，充分利用热量，提高能源利用效率。
蒸发操作中的关键因素
食品工业
蒸发 化工原理
蒸发化工原理
蒸发是一种常见的物质从液态到气态的相变过程，广泛应用于化工工艺中。
蒸发是通过加热液体使其产生蒸汽，将液体中的溶质分离出来。
这一过程主要依靠液体分子之间的相互作用力的克服和蒸汽与环境之间的质量传递完成。
在化工原理中，蒸发的实现方式多种多样，如单效蒸发、多效蒸发、闪蒸、蒸发结晶等。
其中，单效蒸发是最简单的一种方式，通过加热液体，使其沸腾产生蒸汽，然后分离出液体中的溶质。
多效蒸发则是在单效蒸发的基础上，将蒸汽传导给下一个蒸发器加热新的液体，从而提高热能利用效率。
蒸发过程中，液体分子的动能逐渐增高，能量不断转化为蒸汽的动能，导致液体温度升高。
当液体温度超过其饱和蒸汽压时，液体开始沸腾，产生大量蒸汽。
蒸汽与液体之间的传质过程是通过蒸汽在气液界面上的传递完成。
蒸汽与液体之间的传质速率取决于温度差、接触面积、液体流动情况等因素。
蒸发的应用广泛，常见于海水淡化、废水处理、食盐生产、化工中间体的提纯等工艺中。
通过蒸发，可以实现对溶液中的溶质进行分离和浓缩，提高产品的纯度和品质。
蒸发工艺的设计和优化对于提高产品的产量和质量具有重要意义。
化工原理学--蒸发讲义
化工原理学–蒸发讲义一、引言蒸发是化工过程中常见的分离技术之一，广泛应用于化工工业中。
本文档将介绍蒸发的基本原理、工艺分类以及蒸发过程中的关键参数和操作要点。
二、蒸发原理蒸发是利用物质从液态到气态的相变过程进行分离的方法。
常见的蒸发原理有以下几种：1.热量传递：通过向被蒸发物提供热量，使其温度提高，使得分子动能增加，从而从液态转变为气态。
2.汽化：分子在液面上获得足够的动能，克服表面张力，从液面进入气相。
3.质量传递：蒸发过程中，溶质向蒸汽传输，实现溶质的分离。
三、蒸发工艺分类蒸发可以按照不同的工艺特点进行分类，常见的工艺分类有以下几种：1.单效蒸发：只有一个蒸发器，需要连续供热。
2.多效蒸发：多个蒸发器串联，利用蒸发过程中的余热进行供热，节约能源。
3.MVR蒸发：机械蒸发再生(MVR)是一种通过压缩蒸发蒸汽回收系统中高温低压蒸汽能量的蒸发技术，能够显著提高能源利用率。
4.蒸发结晶：通过调节蒸发条件，使得被蒸发物溶解度降低，产生结晶。
四、蒸发过程关键参数在进行蒸发过程时，需要关注以下几个关键参数：1.温度：蒸发过程中，溶质溶解度随温度变化而变化，对温度的控制非常关键。
2.压力：蒸发器内的压力可以影响蒸发速率和温度，需要根据不同的溶质选择合适的压力。
3.流量：蒸发器的进料流量和蒸汽流量需要合理控制，以确保蒸发过程的稳定性和效率。
4.浓度：蒸发过程中溶质的浓度变化对产物的质量和分离效果有重要影响，需要进行精确控制。
五、蒸发操作要点在进行蒸发操作时，需要注意以下几个要点：1.选用合适的蒸发器：根据被蒸发物的特性选择合适的蒸发器，如单效蒸发器、多效蒸发器或MVR蒸发器等。
2.控制进料浓度：进料浓度的控制可以影响蒸发效果和产物质量，需要根据具体情况进行调整。
3.控制供热温度：供热温度对蒸发速率和产物质量有重要影响，需要根据被蒸发物的特性选择合适的供热温度。
4.控制蒸汽压力：蒸汽压力的控制可以影响蒸发速率和蒸发温度，需要根据具体情况进行调整。
《化工原理》第六章 蒸发
27
第六章 蒸发
6.5 生物溶液的增浓 6.5.1 生物溶液的蒸发 6.5.2 冷冻浓缩
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一．冷冻浓缩原理和工业方法
冷冻浓缩
冷冻浓缩实质是通过降温使稀溶液中的溶剂 （通常为水）以晶体析出，从而提高溶质浓度的 操作过程。
29
一．冷冻浓缩原理和工业方法
1. 冷冻浓缩原理
图6-20 冷冻浓缩原理图示
21
三．溶液的温度差损失
图6-19单效、二效和三效蒸发装置中的温度差损失
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第六章 蒸发
6.4 多效蒸发 6.4.1 多效蒸发的流程
6.4.2 多效蒸发的计算
6.4.3 多效蒸发与单效蒸发的比较 6.4.4 多效蒸发的适宜效数
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多效蒸发的适宜效数
多效蒸发受如下因素制约，使其效数受到一定限制：
8
一、并流
9
一、并流
优点
1．利用各效间压差自动进料，可省去输液泵。
2．前效温度高于后效，进料呈过热状态，产生 自蒸发，各效间可不设预热器。 3．辅助设备少，装置紧凑，温差损失少。 4．操作简便，工艺稳定。
10
一、并流
缺点 后效温度低，组成高，料液黏度增大，降低了 传热系数。
11
二、逆流
12
二、逆流
压榨机
冷冻浓缩的分离装置
过滤式离心机
洗涤塔
压榨机和洗涤塔的组合
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练 习 题 目
思考题 1.并流加料的多效蒸发装置中，一般各效的总传热
系数逐渐减小，但蒸发量却逐效增加，试分析原因。
2.蒸发操作中，如何提高加热蒸汽的经济性？
3.如何确定多效蒸发的最佳效数？
4.提高蒸发器生产强度的途径是什么？ 作业题: 4、5
化工原理蒸发分析
汇报人：
单击输入目录标题 蒸发原理 蒸发设备 蒸发工艺流程 蒸发能效分析 蒸发安全与环保
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蒸发原理
蒸发定义
蒸发是液体转化为气体的过程
蒸发需要吸收热量
蒸发速度与温度、压力、表面 积等因素有关
蒸发是化工生产中的重要过程
蒸发过程
液体加热： 将液体加 热至沸腾 温度
产生蒸汽： 液体沸腾 后产生蒸 汽
蒸发过程中节能减排技术的应 用和推广
蒸发过程中环保法规的遵守和 执行
THANK YOU
汇报人：
蒸发废气处理技术
吸收法：使用吸收剂吸收废气中的有害物质 吸附法：使用吸附剂吸附废气中的有害物质 催化燃烧法：使用催化剂将废气中的有害物质转化为无害物质 生物过滤法：使用生物过滤装置处理废气中的有害物质
蒸发安全与环保的平衡
蒸发过程中产生的废气、废水、 废渣等污染物的处理和排放
蒸发过程中可能发生的爆炸、 火灾等安全事故的预防和控制
自然蒸发设 备：如太阳 能蒸发器、 风能蒸发器 等
机械蒸发设 备：如离心 式蒸发器、 刮板式蒸发 器等
热泵蒸发设 备：如热泵 蒸发器、热 泵干燥器等
真空蒸发设 备：如真空 蒸发器、真 空干燥器等
组合蒸发设 备：如太阳 能-机械蒸发 器、热泵-机 械蒸发器等
蒸发器结构
蒸发器类型：单效蒸发器、双效蒸发器、多效蒸发器等 蒸发器组成：加热室、蒸发室、冷凝室、分离器等 蒸发器工作原理：通过加热使溶液沸腾，产生蒸汽，蒸汽被冷凝成液体，实现溶液的浓缩 蒸发器应用：广泛应用于化工、食品、制药等行业的溶液浓缩、结晶、干燥等过程。
蒸发安全与环保
蒸发安全操作规程
操作人员必须经过专业培训，具备相应的 操作技能和知识
新版化工原理习题答案(06)第六章 蒸发
第六章 蒸发1．采用标准蒸发器将10%的NaOH 水溶液浓缩至25%（质量分数）。
蒸发室的操作压力为50 kPa ，试求操作条件下溶液的沸点升高及沸点。
解：溶液的沸点升高及沸点均按完成液来计算。
查得水的有关数据为压力p /kPa 温度t /℃ 汽化热r /(kJ ∙kg -1)101.3 10050 81.2 2304.5在101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为113.07 ℃。
常压下溶液的沸点升高为Δ a =（113.07–100）℃=13.07℃50 kPa 时，溶液的沸点升高可用两种方法计算。
（1）用杜林规则在杜林线图的横标81.2 ℃作垂直线交组成为25%的杜林线，再由该点查得纵标的温度为93 ℃，此即50kPa 下溶液的沸点t A 。
∆'=（93–81.2）℃=11.8 ℃（2）用式6-17经验公式估算a f '∆=∆=2(81.2273)0.016213.072304.5+⎡⎤⨯⨯⎢⎥⎣⎦℃=11.5 ℃ 则溶液的沸点升高为11.8 ℃，50kPa 下的沸点为93 ℃。
两种方法计算结果相差不大。
2．用连续操作的真空蒸发器将固体质量分数为4.0%的番茄汁浓缩至30%，加热管内液柱的深度为2.0 m ，冷凝器的操作压力为8 kPa ，溶液的平均密度为1 160 kg/m 3，常压下溶质存在引起的沸点升高a ∆'=1 ℃，试求溶液的沸点t B 。
解：8 kPa 压力下对应二次蒸汽温度为41.3 ℃，水的汽化热为2497 kJ/kg 。
取冷凝器到蒸发室的温差损失∆'''=1.5℃。
溶质引起的沸点升高取常压下数据，即∆'=1℃。
则溶液的沸点为B 41.341.31 1.543.8t ''''=+∆=+++∆=+∆∆''的计算如下：m 2Lg p p ρ'=+与43.8 ℃相对应的压力p '=9.25 kPa则 m 1160 2.09.819.2510002p ⨯⨯⎡⎤=+⎢⎥⨯⎣⎦kPa=20.63 kPa 与p m 对应的溶液沸点为60.7 ℃，即t B =60.7 ℃3．在一连续操作的单效蒸发器中将NaOH 水溶液从10%浓缩至45%（质量分数），原料液流量为1 000 kg/h 。
化工原理 蒸发
hs c Ts
*
h0 c0t0 0 c0t0
h ct 0 ct
代入前面的两式得 ：
D( H s hs ) F (ct c0t0 ) W ( H ct) Ql
式中 c0 、c——料液和完成液的比热，kJ/kg· K。
c
*
7.2.1 单效蒸发的计算—（2）热量衡算
• 由式（3）或式（4）可得加热蒸汽的消耗量为：
F (h h0 ) W ( H h) Ql D H s hs
① 忽略浓缩热 时 ② 忽略浓缩热且
F (ct c0t0 ) W ( H ct) Ql D H s hs
tw， t 0 —— 溶剂在相应压力下的沸点。
w
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失—
如图7-4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 45 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。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
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 ： 蒸发操作时，温度差损失的原因可能有：因溶液沸点 升高引起的温度差损失 △’ ；因加热管内液柱静压力而引 起的温度差损失 △ ” ；由于管路流动阻力而引起的温度差 损失△’’’ 。总温度差损失为：
W, H, T
Fx 0 ( F W ) x
x0 W F ( 1 ) 水分蒸发量： x
化工原理《蒸发》ppt
3.同时制备浓缩溶液和回收溶剂
（如中药生产中酒精浸出液的蒸发） 蒸发过程分类：1.加压蒸发、常压蒸发和减压蒸发 2.单效蒸发与多效蒸发 3.间歇蒸发和连续蒸发 蒸发操作的特点：1.溶液沸点升高 2. 热能的综合利用 3.溶液的工艺特性
6.2 蒸发设备
蒸发设备及其大致分类见下图示：
特点是溶液沿加热管壁呈膜装流 动而进行传热和蒸发，一次通过 加热室即可达到所要求的组成。 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。 垂直短管型蒸发器
Ⅱ.蒸发器的基本结构、操作特性及适用场合。
◆应重点掌握的内容 Ⅲ.蒸发过程计算（以单效为重点，包括溶液沸点升 高、物料衡算、热量衡算、传热面积计算等。） Ⅳ.蒸发操作的强化及节能途径。了解更多蒸发的流 程、与单效蒸发的比较及效数的限制。 ◆学习方法：在全面掌握传热知识的基础上，从分析蒸发操作的特点入手，理解 蒸发器结构特点及其多样性（适应物料工艺特点）、蒸发过程计算的复杂性（溶 液沸点升高）、提高蒸发器的生产强度的措施、蒸发操作的节能途径。
作用是能及时 排出加热室的 冷凝水，且能 阻止加热蒸汽 由排出管逸出， 同时却能排出 加热系统的不 凝性气体。
面安装真空系统，抽出冷凝器中的不凝性气体，一维持其所需的真空度。
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。（其广泛应用于化工、轻工、制药、生物、食品 等行业）
工业上被蒸发 的溶液居多， 故本章以水溶 液为重点。
蒸发的目的：1.制取增浓的液体产品 （如牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩） 2.纯净溶液的制取（如淡化海水）
强制循环式蒸发 器，v循环 =2~5m/s, λ总 =1000~6000W/ (m2· ℃）
《化工原理》第六章 蒸发
或
w W = F 1 − 0 w1
（6-1）
第二节 单效蒸发
式中 ——原料液的流量，kg/h； ——单位时间从溶液中蒸发的水分量，即蒸 发量，kg/h； ——原料液中溶质的质量分数； ——完成液中溶质的质量分数。 2．加热蒸汽消耗量 加热蒸汽消耗量通过热量衡算求得。通常，加热蒸汽 为饱和蒸汽，且冷凝后在饱和温度下排出，则加热蒸汽仅 放出潜热用于蒸发。若料液在低于沸点温度下进料，对热 量衡算式整理得： Q = Dr = Fc (t − t ) + Wr + Q （6-2）
第二节 单效蒸发
沸点升高对蒸发操作的传热推动力温度差不利，例如 用120℃的饱和水蒸汽分别加热20%（质量分数）NaOH水溶 液和纯水，并使之沸腾，有效温度差分别为 20%（质量分数）NaOH水溶液 ∆t ∆t =T − t =120-108.5=11.5℃ ∆t = T − T =120-100=20℃ 纯水 由于溶液的沸点升高，致使蒸发溶液的传热温度差较 蒸发纯水的传热温度差下降了8.5℃，下降的度数称为温 度差损失，用 ∆ 表示。由于 ∆ = ∆t − ∆t = (T − T ) − (T − t ) = t − T （6-8）
' p0 1 0 损
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，℃； t1——溶液的沸点，℃； r ——加热蒸汽的汽化潜热，kJ/㎏; r’——二次蒸汽的汽化潜热，kJ/㎏； Q损 ——蒸发器的热损失，kJ/h 。
第二节 单效蒸发
工业上的蒸发操作经常在减压下进行，减压操作具有 下列特点： （1）减压下溶液的沸点下降，有利于处理热敏性的物 料，且可利用低压的蒸汽或废蒸汽作为加热剂。 （2）溶液的沸点随所处的压强减小而降低，故对相同 压强的加热蒸汽而言，当溶液处于减压时可以提高传热总 温度差；但与此同时，溶液的黏度加大，使总传热系数下 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。
化工原理 蒸发
4.刮板薄膜式蒸发器
它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板 刮板端部与加热管内壁间隙固定在0 75～ ， 刮板端部与加热管内壁间隙固定在 0.75 ～ mm之间 之间， 1.5mm 之间 ， 依靠刮板的作用使溶液成膜状分 布在加热管内壁面上。 布在加热管内壁面上。
溶液由蒸发器上部沿切线方向加入， 溶液由蒸发器上部沿切线方向加入 ， 在重力和 旋转刮板带动下， 旋转刮板带动下，在加热管内壁上形成旋转下降 的液膜， 的液膜，在下降过程中通过接收加热管外加热蒸 汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发，底部得到 汽夹套中蒸汽冷凝热量而被不断蒸发， 完成液， 完成液，二次蒸汽上升至顶部经分离器后进入冷 凝器。 凝器。
由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型和强制循环型两类。 自然循环型 两类 由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型和强制循环型两类。
自然循环型：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 自然循环型：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环型： 强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 。
适于处理易结垢、有晶体析出、 适于处理易结垢、有晶体析出、处理量 ， 特点 是在加热室上部设置沸腾室， 加热 是在加热室上部设置沸腾室 室中的溶液因受到附加液柱的作用， 室中的溶液因受到附加液柱的作用 ， 必须 上升到沸腾室才开始沸腾， 上升到沸腾室才开始沸腾 ， 这样避免了溶 液在加热管中结垢或析出晶体。 液在加热管中结垢或析出晶体。 优点： 优点：
通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。 通常采用冷凝的方式将二次蒸汽排除。
加热
蒸发设备
加热室
蒸发器 蒸发设备 辅助设备 分离室
除沫器（汽液分离器） 除沫器（汽液分离器）
冷凝器
真空装置 用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和 用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器 蒸发器
化工原理-蒸发
化工原理-蒸发1. 引言蒸发是化工过程中常用的一种分离技术，通过加热液体使其转化为气体，并经过冷凝得到回收物质的方法。
蒸发广泛应用于多个行业，如化工、食品、制药等。
本文将介绍蒸发的原理、工艺和应用，并探讨蒸发过程中的关键参数和影响因素。
2. 蒸发原理蒸发是一种物质从液体相向气体相的转变过程。
在蒸发过程中，液体分子通过克服表面张力从液体表面逸出，形成气体。
蒸发过程中液体的分子能量分布是一个连续的谱，具有不同的速度。
在蒸发的过程中，能量较高的分子会从液体表面逸出，使得液体内部分子的平均能量降低，从而使液体温度降低。
在蒸发过程中，温度的提高会加速分子能量的增加，从而使得蒸发速度增加。
同时，蒸发速率还受到液体表面积、液体性质等因素的影响。
3. 蒸发工艺蒸发工艺通常包括以下几个步骤：3.1 加热蒸发过程中，需要加热液体以增加其能量，使液体分子获得足够的能量逸出液体表面。
加热可以通过蒸汽、电加热或火焰等方式实现。
3.2 汽化在液体加热过程中，当液体获得足够的能量后，液体分子会逸出液体表面形成气体。
这个过程称为汽化。
3.3 冷凝蒸发产生的气体经过冷凝，使其重新变为液体。
冷凝可以通过冷却器或传热器实现，将气体中的热量传递给冷却介质，使气体冷凝成液体。
3.4 回收通过冷凝得到的液体可以进行回收利用，以达到分离和纯化的目的。
回收液体通常需要进一步处理，去除杂质和溶剂等。
4. 蒸发过程的关键参数蒸发过程中的关键参数包括：4.1 温度温度是控制蒸发速率的关键参数。
提高温度可加快分子能量增加的速度，从而增加蒸发速率。
4.2 压力蒸发过程中的压力与温度有关，通常通过控制压力来控制蒸发速率。
较低的压力可以降低液体的沸点，从而增加蒸发速率。
4.3 液体性质液体的性质对蒸发速率也有影响。
液体的表面张力、粘度和热导率等参数会影响蒸发速率的大小。
4.4 流动状态蒸发过程中的流动状态也会影响蒸发速率。
流动状态可以增加液体表面积，促进分子从液体表面逸出，从而增加蒸发速率。
化工原理蒸发
化工原理蒸发蒸发是一种重要的物理现象，广泛应用于化工工业生产中。
蒸发是指液体变成气体的过程，液体分子由表面获得足够的热能后，克服液面压强将分子破坏，从而转变成气体的过程。
蒸发是温度和气体分子速度的函数。
在蒸发过程中，液体的温度越高，液体分子的平均动能越大，分子脱离液体的能力越强，蒸发速度就越快。
液体内能较大，液面上的分子能获得较高的平均动能，液体温度越高，蒸发速度越快。
此外，还受到压强、表面积、液体种类、分子大小等因素的影响。
蒸发对热量的需求主要来自于表面液体分子获得热能增加其动能。
当液体的温度高于溶质的沸点时，液体分子能直接转变为气体，此时称为沸腾。
蒸发速度取决于温度、流动情况和液面积等因素。
在化工生产中，蒸发是一种常见的分离和浓缩技术。
化工产品中，有时需要分离不同种类或相同种类的物质，蒸发技术能有效地实现这一目的。
蒸发浓缩是指通过蒸发液体中的溶质，将液体中的溶质浓缩成为溶质较大的产物。
蒸发浓缩技术不仅可以在化工行业中应用，还广泛运用在石油、食品、制药等行业。
在蒸发浓缩过程中，需要注意以下几点。
首先，要选择合适的蒸发器。
蒸发器的选择应根据物料的性质、流量、浓度等因素进行匹配。
其次，在蒸发过程中，要控制液位。
高液位会导致较长的停留时间，影响生产效率；低液位则会导致蒸发器热量过大，造成过热，甚至倒灌现象。
再次，要选择合适的蒸汽压力。
提高蒸汽压力可以增加蒸发速度，但同时也增加了能源的消耗。
因此，需要在经济性和工艺要求之间进行权衡。
此外，还有蒸汽流量、冷却水温度等因素需要控制。
蒸发是一种重要的化工原理，广泛应用于化工工业生产中的分离和浓缩技术。
通过合理选择蒸发器、控制液位和蒸汽压力等因素，可以提高蒸发效率，实现生产的经济性和工艺要求。
蒸发技术的应用不仅可以提高产品的质量和纯度，还可以减少无用的废料产生，具有重要的环保意义。
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（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
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1
目
录
绪论
第一章 流体流动
第二章 流体输送机械
第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动
第四章 非均相物系的分离
第五
第六章 蒸 发
第一节 概述 第二节 单效蒸发 第三节 多效蒸发
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3
第三节 多效蒸发
*维持泡核沸腾5－7℃，（效数限制）
电解质溶液2－3效；糖水4－6效；海水 淡化，（稀溶液）多一些。
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11
三、单效蒸发器与多效蒸发器生产能力 比较
1、生产能力和生产强度 生产能力：单位时间内的蒸发水量。
若 QL=0，t0=t1 ，传热量全部用于蒸发 蒸发量正比于传热速率：
Q K S t K S (T t1 )
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效数的选择 1、t 有效 泡核 2、生蒸汽的消耗 3、设备投资
单双D/W:(1.1-0.57)/1.1=50%, 45 (0.3-0.27)/0.3=10%
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1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
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5
一、多效蒸发的流程 溶液与加热蒸汽成并流－――→并流 溶液与加热蒸汽成逆流―――→逆流 溶液与加热蒸汽间或并逆流－→错流 每一效加入原料液―――――→平流
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1、并流法：
(1) P > P1 > P2 > … > PC 自流
(2) t > t1 > t2 > … > tC
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生产强度：单位时间单位面积蒸发水量 U=W/S
若 QL=0，t0=t1 （忽略稀释热）Cp0 = Cp1
U W /S Q /S r ' K t/r '
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Δt↑ 饱和蒸汽压↑ 操作压力↓ 不凝气
提高K 结垢 i：物性、操作条件
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2、单效与多效的比较 QL=0，浓缩热Cp0 = Cp1， 沸点进料。
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二、多效蒸发器的温差损失和效数限制
以三效为例：加热蒸汽T
第一效：t1T2 第二效：t2T3 第三效：t3TC
t1T2() t2T3() t3TC()
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tmax TtC
t有效＝tmax( I II III)
(Tt1)(T2t2)(T3t3)
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相同条件下t总<单效t总，沸点↑越大， 下降幅度越大，效数↑，t总↓，各效 越小。
闪蒸
（高于沸点进料）
(3)浓度↑，T↓，μ↑，α↓
(最后两效严重）
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2、逆流法： 利用泵将物料打入下一效 除末效外，低于沸点进料
X↑，T↑，μ不致太大，α不致过小 3、错流法： 合并1，2， 如NaOH 2-3-1，
3-1-2等 4、平流法：有结晶析出
* 部分二次蒸汽可作预热料液
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单效：QI KSt有效＝KS(T－tC- I)
多效：QQ1 Q2 Q3k1St1k2St2 k3St3 若S相同，取均值K：
QkSTtC I II III
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若不考虑温度损失：QI ≈ Q， ∴单效生产强度＝3倍三效生产强度 去掉假设：
多效生产强度小于单效生产强度. 提高了加热蒸汽利用率.
单效与多效的区别在于二次蒸汽的利用。 单效：D/W≈1或≈1.1 多效：后效的蒸发室压力和溶液沸点比
原蒸发量低，二次蒸汽做为加热 蒸汽。
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理论上：
一效1kg蒸汽1kg水 二效1kg蒸汽2kg水
沸点进料（各 级），QL=0， 温度差损失，
三效1kg蒸汽3kg水 不同压力下的值。
实际上：D/W 1 2 3 4 5