化工原理-蒸发(第五章1)
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化工原理蒸发第五章
用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一 定浓度和温度下的焓。对于大多数物料的蒸发，可 以不计溶液的浓缩热，而由比热求得其焓。习惯上 取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有
h0 c0t0 0 c0t0
h1 c1t1 0 c1t1
hw cwT 0 cwT
代入前面的两式得：
• 自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产 生密度差而引起的循环运动 • 强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动
•1
中央循环管式(标准式)
•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
•直接加热蒸发器
•将一定比例的燃烧气与空气直 接喷入溶液中，燃烧气的温度 可高达1200～1800℃，由于气、 液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽 与烟道气一同由顶部排出。
•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。 •不适于处理不能被燃烧气污染 及热敏性的溶液。
（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：
tA t K tw t
0 A 0 w
t A t K (t w t )
0 A 0 w
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。
冷凝水
化工原理第五章
（5）溶剂的汽化需要吸收能量，热源耗量很大，如何 利用二次蒸气，节能降耗，是蒸发操作的关键。
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
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。
第二节 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。
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
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。
第二节 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。
《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，
[12(2)-18-2009]工科-化工原理(第五章 蒸发)
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二次蒸汽
二次蒸汽
至冷凝器
一 加热蒸汽 效
二 效
N 效 完成液
原料液
问题一：原料液为何从蒸发器中部进入？ 问题二：原料液的最佳进料高度？
特点：优点： PN 1 PN PN 1 中间不用泵
TN 1 TN TN 1 前效对后效为过热，则 可部分闪蒸
缺： CN 1 CN CN 1 N 1 N N 1
（2）溶液沸点 常压下不同浓度溶液沸点可查图（杜林线），然后再校正为操 作压力下的沸点。 三.传热速率方程：目的求传热面积 因间壁总传热速率方程为
Q K 0 S 0 t , Q为蒸发器的热负荷或传 热速率m 2 K 0基于传热外表面的总传 热系数W /(m 2 C )
S 0 传热外表面面积 2 , t平均传热温度差 C m
生产强度：Q单 KS t单 Q
（2）双效：生产能力： 双 Q1 Q2 K1S1t1 K 2 S 2 t 2 Q 若K取平均值，各效 相等，则Q双 KS t双 S
生产强度 KS t双 2S K t双 2
F W h WH Fh D
1
0
QL
H hW
D为加热蒸汽消耗量 / h, H为加热蒸汽的焓 / kg kg kJ h0, h1分别为原料液和完成液 的焓kJ / kg, H 为二次蒸汽的焓 / kg kJ hW 为冷凝水的焓kJ / kg, QL为蒸发器的热损失
若加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，
(3)比较： t双 t单 双效生产能力比单效低 且双效生产强度达不到 单效的50%
(4)说明：取操作费和设备 费最低的效数
四.提高加热蒸汽经济性的具体措施 1.抽出额外蒸汽 额外蒸汽：从 蒸发设备中抽出的部分用于其它换热设备的二次 蒸汽 提高蒸汽经济性的原因：料尽其用；蒸发器的冷凝器负荷降低 2.充分利用冷凝水的显热 加热各种需加热的物料 闪蒸法使其减压下部分汽化，作为加热热载体 3.用热泵蒸发 （1）定义：用压缩机使二次蒸汽的压力增加，使其的饱和温 度超过溶液的沸点，再送回蒸发器加热室，作为加热蒸汽， 该法为 （2）优点：节省生蒸汽，节省冷凝器
天津大学化工原理课件第五章蒸发1
动画25
14
二、垂直长管型蒸发器
图6-5 列文式蒸发器 1―加热室；2―加热管；3―循环 管；4―蒸发室；5―除沫器；6― 挡板；7―沸腾室
15
二、垂直长管型蒸发器
图 6-6 强 制 循 环 性 蒸 发 器 1―加热管；2―循环泵； 3―循环管；4―蒸发室； 5―除沫器
16
三、直接接触传热蒸发器
图6-7直接接触传热的蒸发器 1―燃烧室；2―点火管；3― 测温管；4―外壳
17
四．循环型蒸发器的主要类型及其性 能比较
常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇 总于表6-1。
18
第六章 蒸发
6.2.2 单程型蒸发器
19
一．升膜式蒸发器
图6-8升膜式蒸发器 1―蒸发器；2―分离室；
20
二．降膜式蒸发器
（2）通过改变料液性质来提高传热效果，如加 入适当的表面活性剂可使总传热系数成倍提高； 加入适当阻垢剂，则可抑制结垢。
（3）气—液—固三相流化床蒸发器在蒸发中的 防除垢及强化传热效果十分显著，具有高效、 多功能、易操作等一系列优点。
29
第六章 蒸发
6.2.4 蒸发器的选型 6.2.5 蒸发器的辅助设备（自学）
几种单程型蒸发器的结构特点与操作性能 如表6-2所示。
24
第六章 蒸发
6.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展
25
一．开发新型、高效蒸发器
新型高效蒸发器的研究开发有如下途径： （1）研制设备更加紧凑、提高液体速度、增加 液膜湍动、缩短料液在设备中停留时间的高效、 节能型蒸发器。 （2）通过改进加热表面形状来提高加热效果。
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。
14
二、垂直长管型蒸发器
图6-5 列文式蒸发器 1―加热室；2―加热管；3―循环 管；4―蒸发室；5―除沫器；6― 挡板；7―沸腾室
15
二、垂直长管型蒸发器
图 6-6 强 制 循 环 性 蒸 发 器 1―加热管；2―循环泵； 3―循环管；4―蒸发室； 5―除沫器
16
三、直接接触传热蒸发器
图6-7直接接触传热的蒸发器 1―燃烧室；2―点火管；3― 测温管；4―外壳
17
四．循环型蒸发器的主要类型及其性 能比较
常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇 总于表6-1。
18
第六章 蒸发
6.2.2 单程型蒸发器
19
一．升膜式蒸发器
图6-8升膜式蒸发器 1―蒸发器；2―分离室；
20
二．降膜式蒸发器
（2）通过改变料液性质来提高传热效果，如加 入适当的表面活性剂可使总传热系数成倍提高； 加入适当阻垢剂，则可抑制结垢。
（3）气—液—固三相流化床蒸发器在蒸发中的 防除垢及强化传热效果十分显著，具有高效、 多功能、易操作等一系列优点。
29
第六章 蒸发
6.2.4 蒸发器的选型 6.2.5 蒸发器的辅助设备（自学）
几种单程型蒸发器的结构特点与操作性能 如表6-2所示。
24
第六章 蒸发
6.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展
25
一．开发新型、高效蒸发器
新型高效蒸发器的研究开发有如下途径： （1）研制设备更加紧凑、提高液体速度、增加 液膜湍动、缩短料液在设备中停留时间的高效、 节能型蒸发器。 （2）通过改进加热表面形状来提高加热效果。
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。
化工原理 蒸发解析
应用广泛，适用于
（1）中央循环管式蒸发器（自然循环型） 处理量大、结垢不
严重的物系。
料液 生蒸汽
优点：结构紧凑、制造方便、传热
其截面积一般为 较好及操作可靠等，应用十分广泛。
其它加热管总截 缺点：
面积的40～ 100%
（1）循环速度较低，管内流速 <0.5m/s；
（2）溶液在加热室中不断循环， 使其浓度始终接近完成液的浓度， 因而溶液粘度大、沸点高，有效温 度差小。
缺点：结构复杂，单位传热面积的 金属消耗较多。
加热室
（3）外热式蒸发器
加热室单独放置，好处之一 是可以降低整个蒸发器的高度， 便于清洗和更换；好处之二是可 将加热管做得长些，循环管不受 热，从而加速液体循环。循环速 度可达1.5m/s。
蒸发室
加热 室
循环管
循环型（强制循环型）
对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采用强 制循环，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。
（3）设备的清洗和维修也不够方 便。
（2）悬框式蒸发器（自然循环型）
溶液沿加热管中央上升，而后
循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内
其截面积一 般为其它加
壁间的环隙向下流动而构成循环。 热管总截面
溶液循环速度比标准式蒸发器大， 积的100～
可达1.5m/s。
150%
优点：这种蒸发器的加热室可由顶 部取出进行清洗、检修或更换，而 且热损失也较小。
一、 溶液的沸点及温度差损失
1、溶液沸点 t ( tb ) 溶液沸点 t > 二次蒸汽饱和温度 T
沸点升高（温度差损失）： t T
引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
《化工原理》第5章 蒸发
1.真空蒸发装置
在真空蒸发装置中，除了蒸发器以 外，还应有冷凝器、真空泵等附属 设备。
2.真空蒸发的流程
图5-12为单效真空蒸发流程示意图。
1.蒸发器 2、4.分离器 3.混合冷凝器 5.缓冲罐 6.真空泵 7.真空贮存罐 图5-12 单效真空蒸发流程示意图
22
第5章 蒸发
3.真空蒸发的优点 （1）真空蒸发的温度低，适用于处理在高温下易分解、聚 合、氧化或变性的热敏性物料。 （2）蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废汽，提高了热 能的利用率。 （3）在减压下溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增 3 加，所以对一定的传热量，可以相应减小蒸发器的传热面积。 （4）真空蒸发的操作温度低，可减少蒸发器的热损失。 4.真空蒸发的缺点 （1）在减压下，溶液的沸点降低，其粘度则随之增大，从 而导致蒸发器总传热系数的下降。 （2）需要有一套真空系统，并消耗一定的能量，以保持蒸 发室的真空度。
4
第5章 蒸发
5.1.2 蒸发过程的特点
蒸发操作总是从溶液中分离出部分（或全部）溶剂。常见的蒸发过程实际上 是通过传热壁面的传热，使一侧的蒸汽冷凝而另一侧的溶液沸腾，溶剂的汽化速 率由传热速率控制，所以蒸发属于传热过程。但蒸发又有别于一般的传热过程， 具有下述特点： (1)传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾，所以属于壁面 两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)溶液性质：在蒸发过程中溶液的黏度逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。有些溶液在 蒸发过程中有晶体析出、易结垢、易产生泡沫，在高温下易分解或聚合。 (3)溶液沸点的改变：含有不挥发溶质的溶液，其蒸气压较同温度下溶剂的蒸气压 低。换句话说，在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，所以当加热蒸汽 的压强一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液浓度越 高这种现象越显著。 (4)泡沫夹带：溶剂蒸气中夹带大量泡沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物 料，而且污染冷凝设备。 (5)能源利用：蒸发时产生大量溶剂蒸气，如何利用溶剂的汽化热，是蒸发操作中 要考虑的关键问题之一。
第五章第一节 化工原理 谭天恩
第二节 热传导
（三）圆筒壁的稳定热传导 （1）通过单层圆筒壁的稳定热传导 假定： （1）稳定温度场； （2）一维温度场。
A 2rl
dr 2l dt r Q
dt Q 2rl dr
r2
r1
dr 2l t2 t1 dt r Q
r2 2l ln (t1 t 2 ) r1 Q
金属：2.3~420W/m· K 固体： 建筑材料：0.25~3W/m· K 绝缘材料：0.025~0.25W/m· K 液体：0.09~0.6W/m· K 气体：0.006~0.4W/m· K
第二节 热传导
三、平壁的稳定热传导
（一）单层平壁的稳定热传导 假设： （1）A大，b小； （2）材料均匀； （3）温度仅沿x变化， 且不随时间变化。
Q A(T tw )
Q A(tw t )
流体被加热时：
T——热流体的平均温度；tw——壁温； t——冷流体的平均温度；A——传热面积； α ——给热系数（对流传热系数） （3）热辐射 辐射：物体以电磁波的方式传递能量的过程。 辐射能：以辐射的形式所传递的能量。 热辐射：因热的原因引起的电磁波辐射。 辐射传热：不同物体间相互辐射和吸收的综合结果。 自然界中凡是温度高于绝对零度的物体，都会不停的向 四周发射辐射能。
第五章
传热
第一节 概 述
一、传热过程在化工程产中的应用
加热或冷却
换热 保温
二、传热的三种基本方式 热传导（导热）、对流、辐射 （1）热传导： 物体质点在无宏观机械运动的条件下，靠分子的微观 运动完成的传热过程。 特点：没有物质的宏观位移 气体：分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体：导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现 液体：机理复杂
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
2019/11/30
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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 ，
化工原理 第五章 蒸发
加热室 D, Ts ,hs
完成液 L，t，h, c
按教材上的符号写： 忽略c p 0，c p1差别，且H ′ − c p1t1 ≈ r ′ D= FcP 0 ( t1 − t0 ) + wr ′ + QL r
三、加热面积A的计算 加热面积 的计算
bdo do do 1 1 = + RO + + Ri + Ko αo λdm di αidi
理论上： 理论上： 一效1kg蒸汽→1kg水 蒸汽→ 一效 蒸汽 水
一、多效蒸发流程
并流流程 逆流流程 按料液与二次蒸汽的走 向分为 错流流程 平流流程
并流流程： 并流流程：
思考： 大小顺序？ 思考：P1、 P2、 P3大小顺序？
P1 > P2 > P3 T1 > T2 > T3
完成液
逆流多效蒸发器
∆tm = Ts − t = Ts − T − ∆
冷却水
证明： 证明：
多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。 多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。 料液
T
P
单效： 单效：Q = KA∆t m
三效： 三效：Q1 = K1 A ∆t m 1 3 A Q2 = K 2 ∆t m 2 3 A Q3 = K 3 ∆t m 3 3
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
5、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 ） 沸点升高， 溶剂 3）、重视体系特性 ） 结垢、 结垢、结晶 热敏物质 粘度与腐蚀性等
二、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
单效蒸发器的计算
已知： 已知：F、x0、t0、x 计算内容： 计算内容： L、 W、加热蒸汽量 、加热面积 、加热蒸汽量D、
化工原理第5章 蒸发
一、其主要目的有以下几个方面：
1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶） 制取固体产品。 2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩 脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等； 3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。
二、蒸发操作必须具备的条件
1.蒸发操作所处理的溶液具有挥发性，而溶质不具有挥 发性。 2.要不断地供给热能合溶液沸腾汽化。由于溶质的存在， 使蒸发过程中溶液的沸点温度高于纯溶剂的沸点。（本书中的 纯溶剂指纯水） 3.溶剂汽化后要及时地排除。否则，溶液上方蒸气压力增 大后，影响溶剂的汽化。若蒸气与溶液达到平衡状态时，蒸发 操作将无法进行。
∆' ：由于溶质的存在使溶液沸点升高引起的温度损失，℃。
∆＝ ∆' ＋ ∆ ' '＋
∆' ' '
下面分别讨论各种温度损失的求取： （1）∆' 的求取 溶液中由于有溶质存在，因此其蒸气压比纯水的低。换言 之，一定压强下水溶液的沸点比纯水高，它们的差值称为溶 液的沸点升高，以 ∆ ' 表示。影响 ∆ ' 的主要因素为溶液的性 质及其浓度。一般，有机物溶液的 ∆' 较小；无机物溶液的∆ ' 较大；稀溶液的不大，但随浓度增高，∆ ' 值增高较大。 例如： 7.4％的NaOH溶液在101.33KPa下其沸点为102℃，仅为 2℃，而48.3℃NaOH溶液，其沸点为140℃，值达40℃之多。 各种溶液的沸点由实验确定，也可由手册或本书附录查 取。
四、蒸发操作的特点
1.有相变化的恒温传热 蒸发器的加热管壁一侧为用加热蒸汽去加热管子另一侧的 溶液，因此加热蒸汽会放出热量，冷凝为液相；而管子另一侧 的溶液会吸收热量沸腾，从而由液相变为气相。所以操作时两 者均有相转变，但温度不变，故蒸发操作属于有相变化的恒温 传热。 2.溶液沸点升高 含有不挥发溶质水溶液的蒸气较同条件下纯溶剂（本书中 为纯水，以后不再说明）的低，故沸点较同条件下水的沸点 高，溶液浓度越高这种现象越严重。
第五章 蒸发
取效间二次蒸汽温度下降1℃；末效或单效蒸发器至冷凝
器间下降1～1.5 ℃。 需要注意的是：对于单效蒸发，若指定的是蒸发器内的操作压 强，则Δ″ ′ 不计入温度差损失中。
11:01:43
化工原理教学与实验中心
Page 28
5.1.2 单效蒸发的计算
计算内容： ① 溶剂的蒸发量； ② 加热蒸汽消耗量； ③蒸发器所需传热面积。 通常生产任务中已知的项目有： （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；
11:01:39 化工原理教学与实验中心 Page 17
1).因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失Δ′ 溶液的沸点升高主要与溶液类别、组成及 操作压强有关，一般由实验测定。 查手册 —— 常压下（ 1atm ）某些无机盐水 溶液的沸点升高与组成的关系见附录21 获取 当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出沸 点升高值———估算 （1）吉辛柯公式 （2）杜林规则（Duhring’s rule）
f a
0.0162( T 273)2 0.0162(81. 2 273)2 f 0.8819 r 2304.5
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化工原理教学与实验中心
Page 22
boiling point of solution / C
（2）利用图5-12求50 kPa时溶液的沸点 50 kPa时，水的沸点为81.2 oC，因此 根据20% NaOH杜林线图可得到，溶液 沸点为88 oC。 （3）利用经验公式计算50 kPa时溶液 的沸点。 杜林直线斜率为：
11:01:39
化工原理教学与实验中心
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2. 温度差损失
引起蒸发中温差损失（沸点升高）的因素如下。
化工原理 第五章 蒸发
第五章蒸发evaporationξ5－1 蒸发过程概述31．蒸发的概念 2．蒸发操作的目的．蒸发流程4．蒸发过程的分类5．蒸发操作的特点ξ5－2 蒸发设备一.常用蒸发器的结构与特点．直接接触传热的蒸发器 2．单程型蒸发器 1．循环型蒸发器3蒸发器的选型二.、蒸发器性能的比较与选型1、蒸发器改进与发展2ξ5－1 蒸发过程概述(summarize of evaporation process）1．蒸发的概念将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩的过程称为蒸发。
蒸发操作广泛应用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。
2．蒸发操作的目的(purpose of evaporation manipulation）工业蒸发操作的主要目的是：（1）稀溶液的增浓直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进一步处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如稀烧碱溶液（电解液）的浓缩、蔗糖水溶液的浓缩以及各种果汁、牛奶的浓缩等等；（2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海水蒸发脱盐制取淡水。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生产中酒精浸出液的蒸发。
1工业上被蒸发的溶液多为水溶液，故本章的讨论仅限于水溶液的蒸发。
原则上，水溶液蒸发的基本原理和设备对其它液体的蒸发也是适用的。
3．蒸发流程 (evaporation flow path）按照分子运动学说，当液体受热时，靠近加热面的分子不断地获得动能。
当一些分子的动能大于液体分子之间的引力时，这些分子便会从液体表面逸出而成为自由分子，此即分子的汽化。
因此溶液的蒸发需要不断地向溶液提供热能，以维持分子的连续汽化；另一方面，液面上方的蒸汽必须及时移除，否则蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡，汽化将不能连续进行。
【播放动画】液体蒸发过程5-1液体蒸发的简化流程如图片5-1所示，其主体设备—蒸发器由加热室和分离室两部分组成，其中加热室为一垂直排列的加热管束，在管外用加热介质（通常为饱和水蒸汽）加热管内的溶液，使之沸腾汽化。
化工原理蒸发习题及答案
化工原理——蒸发习题及答案第五章蒸发一、选择或填空1. 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用_____流程。
A 平流加料B 并流加料C 逆流加料D 双效三体并流加料2.蒸发器的生产强度是指_________。
欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高________。
3．蒸发过程中引起温度差损失的原因有（1）__________ ，（2）_________ ，（3）_________ 。
4．多效蒸发与单效蒸发相比，其优点是_______ 。
多效蒸发操作流程有______ 、_______ 和______ 。
5．循环型蒸发器的传热效果比单程型的效果要________ 。
6．要想提高生蒸汽的经济性，可以________ ，________, _________ ，_________。
7．计算温度差损失时以__________ 计算。
二、计算题1.用一单效蒸发器将1500kg/h的水溶液由5％浓缩至２５％（均为质量％）。
加热蒸汽压力为１９０kpa，蒸发压力为３０kpa（均为绝压）。
蒸发器内溶液沸点为７８℃，蒸发器的总传热系数为１４５０W/(m2·℃)。
沸点进料，热损失不计。
（１）完成液量；（２）加热蒸汽消耗量；（3）传热面积；2. 浓度为2.0％（质量）的盐溶液，在28℃下连续进入一单效蒸发器中被浓缩至3.0％。
蒸发器的传热面积为69.7m2，加热蒸发为110℃饱和蒸汽。
加料量为4500Kg/h，料液的比热Cp＝4100J/（Kg.℃）。
因为稀溶液，沸点升高可以忽略，操作在1atm下进行。
（1）计算蒸发的水量及蒸发器的传热系数；（2）在上述蒸发器中，将加料量提高至6800Kg/h，其他操作条件（加热蒸汽及进料温度、进料浓度、操作压强）不变时，可将溶液浓缩至多少浓度？3. 一并流操作的三效蒸发器用以浓缩水溶液，加热蒸汽为121℃饱和蒸汽，末效蒸发室的操作压强为26.1Kpa（绝压）。
原料预热至沸点加入第一效内，料液的浓度很低，沸点升高可以不计。
05化工原理[蒸发]
![05化工原理[蒸发]](https://img.taocdn.com/s3/m/650bea6583d049649b6658ff.png)
解：根据加热蒸汽压力和二次蒸汽压力，由蒸汽表查得： 294 kN/m2（ 即300KPa 绝压）时：蒸汽焓H=2728.5kJ/kg
冷凝水的焓hw=560.4kJ/kg 汽化热r=2168kJ/kg 温度T=133.3℃
2021/5/2
19.6 kN/m2（即20KPa，绝压）时： 二次蒸汽的焓H’=2606.4kJ/kg 饱和温度T′=60.1℃ 二次蒸汽的汽化热r=2355kJ/kg,
蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水分量， 即蒸发量表示。其生产能力的大小取决于通过传热面 积的传热速率Q，因此也可以用蒸发器的传热速率来 衡量生产能力。 根据传热速率方程得单效蒸发时的传热速率为：
Q=KAΔt 或 Q=KA(T-t) （5-19）
2021/5/2
进料状况影响蒸发器的生产能力
(1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热 至沸点，因而降低了生产能力； (2)沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发 水分，其生产能力有所增加；
（5-1）
式中
2021/5/2
F—原料液流量，kg/h; W—蒸发量,kg/h; x0—原料液的质量组成,%; x1—完成液的组成,%
2 加热蒸汽消耗量D
蒸发操作中，加热蒸汽的热量一般用于将溶液加热至沸 点，将水分蒸发为蒸汽以及向周围散失的热量。
对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释 时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当 的浓缩热。
（1）原料液流量、组成与温度；
（2）完成液组成；
（3）加热蒸汽压强或温度；
2021/5/2
（4）冷凝器的压强或温度。
F,x0,t0,h0
D,T,H
2021/5/2
W,T’,H’ 蒸发室
冷凝水的焓hw=560.4kJ/kg 汽化热r=2168kJ/kg 温度T=133.3℃
2021/5/2
19.6 kN/m2（即20KPa，绝压）时： 二次蒸汽的焓H’=2606.4kJ/kg 饱和温度T′=60.1℃ 二次蒸汽的汽化热r=2355kJ/kg,
蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水分量， 即蒸发量表示。其生产能力的大小取决于通过传热面 积的传热速率Q，因此也可以用蒸发器的传热速率来 衡量生产能力。 根据传热速率方程得单效蒸发时的传热速率为：
Q=KAΔt 或 Q=KA(T-t) （5-19）
2021/5/2
进料状况影响蒸发器的生产能力
(1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热 至沸点，因而降低了生产能力； (2)沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发 水分，其生产能力有所增加；
（5-1）
式中
2021/5/2
F—原料液流量，kg/h; W—蒸发量,kg/h; x0—原料液的质量组成,%; x1—完成液的组成,%
2 加热蒸汽消耗量D
蒸发操作中，加热蒸汽的热量一般用于将溶液加热至沸 点，将水分蒸发为蒸汽以及向周围散失的热量。
对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释 时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当 的浓缩热。
（1）原料液流量、组成与温度；
（2）完成液组成；
（3）加热蒸汽压强或温度；
2021/5/2
（4）冷凝器的压强或温度。
F,x0,t0,h0
D,T,H
2021/5/2
W,T’,H’ 蒸发室
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33
二、加热蒸汽消耗量D
稀释热不可忽略时，溶液的焓由专用的焓 浓图查得，图5-14为NaOH水溶液的焓浓图。
8
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构
9
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
动画11
10
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-2 悬筐蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-环形循环通道
11
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-3 外热式蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-循环管
第5章 蒸发
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，合理选择蒸发器的类型并确定适宜 操作的流程和条件。
1
概述
蒸发 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出
蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作 称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。
Q D(H hw ) WH' (F W )h1 Fh0 QL
蒸发器的 热损失
32
二、加热蒸汽消耗量D
加热蒸汽的消耗量
D WH' (F W )h1 Fh0 QL H hw
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 来自h1 Fh0 QL r加热蒸汽 的汽化热
二、温度差损失
3.由于管路流动阻力而引起的温度差损失Δ'''
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蒸汽的压 强稍有降低，温度也相应下降，一般约降1℃。
Δ'''的计算相当繁琐，一般取效间二次蒸汽
温度下降1℃，末效或单效蒸发器至冷凝器间下 降1～1.5℃。
29
第5章 蒸发
21
二、温度差损失
引起蒸发中温差损失（沸点升高）的因素 如下。
1.因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失Δ′
' tB T'
溶液的 沸点
与溶液压力 相等时水的
沸点
22
二、温度差损失
溶液的沸点升高主要与溶液类别、组成及 操作压强有关，一般由实验测定。
获取
查手册——常压下某些无机盐水溶液 的沸点升高与组成的关系见附录
动画12
12
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-4 强制循环蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-循环管 5-循环泵
13
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-5 升膜式蒸发器 1-蒸发室 2-分离器
14
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-6 降膜蒸发器 1-加热室 2-分离器
动画13
15
二、膜式(单程型)蒸发器
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
5
概述
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
6
概述
蒸发过程的特点： (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，故蒸发过程属于壁面两侧 流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)溶液沸点的改变
含有不挥发溶质的溶液，其蒸气压较同温 度下溶剂(即纯水)的低。
估算——由常压下数据推算加压或减 压下数据
估算——杜林规则（Duhring’s rule）
23
二、温度差损失
当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出 沸点升高值，即
' f a
操作压力下由 于溶质存在引 起的沸点升高
常压下(101.3kPa) 由于溶质存在引 起的沸点升高
校正系数
T 2732
f 0.0162 r
2
概述
蒸发操作的目的
①直接得到经浓缩后的液体产品，例如稀烧 碱溶液的浓缩，各种果汁、牛奶的浓缩等。
②制取纯净溶剂，例如海水蒸发脱盐制取淡 水。
③同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生 产中酒精浸出液的蒸发。
3
概述
二次蒸汽
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
4
生蒸汽
概述
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
k 1 0.142x ym 150.75x2 2.71x
27
二、温度差损失
2.因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″
以液层中部点的压力和沸点代表整个液层的平
均压力和沸点
液层
pm
p'
gl
2
液面处 压力
平均
压力
'' t pm t p'
与的压溶力液p沸m对点应
与压力p′对应 的溶液沸点
28
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 5.2.2 单效蒸发的计算
30
一、蒸发量W
根据单效蒸发器作溶质的 衡算，得
Fx0 (F W )x1
水分蒸发量
W F (1 x0 ) x1
图5-13 单效蒸发示意图
31
二、加热蒸汽消耗量D
1.溶液稀释热不可忽略时 对蒸发器作热量衡算 DH Fh0 WH (F W )h1 Dhw QL 蒸发器的热负荷
19
第5章 蒸发
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失
20
一、溶液的沸点
溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下， 其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯 水的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而 引起的沸点升高。
由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶 液时的有效温度差下降8.5℃，正好与溶液沸点 升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。
7
概述
(3)溶液性质
有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和 生泡沫，高温下易分解或聚合;溶液的黏度在蒸发过 程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。
(4)泡沫夹带
二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法 除去，否则不但损失物料，而且会污染冷凝设备。
(5)能源利用
蒸发时产生大量二次蒸汽，如何利用它的潜热， 是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。
24
二、温度差损失
杜林规则（Duhring’s rule）
溶液的沸点和相同压强下标准溶液沸点间呈 线性关系，即
tA' ktw' ym
杜林线 的斜率
杜林线 的截距
25
二、温度差损失
图5-12 NaOH水溶液的杜林线图
26
二、温度差损失
不同组成的杜林直线是不平行的，斜率k与 截距ym都是溶液质量组成x的函数。对NaOH水溶 液，k、ym与x的经验关系为
图5-8 升—降膜蒸发器 1-预热器 2-升膜加热管束 3-降膜加热管束 4-分离器
16
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-9 刮板搅拌薄膜蒸发器
17
三、直接加热蒸发器
图5-10 浸没燃烧蒸发器 1-外壳 2-燃烧室 3-点火管
18
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构 5.1.2 蒸发器的辅助装置（自学） 5.1.3 蒸发器的选型（自学）
二、加热蒸汽消耗量D
稀释热不可忽略时，溶液的焓由专用的焓 浓图查得，图5-14为NaOH水溶液的焓浓图。
8
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构
9
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
动画11
10
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-2 悬筐蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-环形循环通道
11
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-3 外热式蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-循环管
第5章 蒸发
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，合理选择蒸发器的类型并确定适宜 操作的流程和条件。
1
概述
蒸发 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出
蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作 称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。
Q D(H hw ) WH' (F W )h1 Fh0 QL
蒸发器的 热损失
32
二、加热蒸汽消耗量D
加热蒸汽的消耗量
D WH' (F W )h1 Fh0 QL H hw
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 来自h1 Fh0 QL r加热蒸汽 的汽化热
二、温度差损失
3.由于管路流动阻力而引起的温度差损失Δ'''
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蒸汽的压 强稍有降低，温度也相应下降，一般约降1℃。
Δ'''的计算相当繁琐，一般取效间二次蒸汽
温度下降1℃，末效或单效蒸发器至冷凝器间下 降1～1.5℃。
29
第5章 蒸发
21
二、温度差损失
引起蒸发中温差损失（沸点升高）的因素 如下。
1.因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失Δ′
' tB T'
溶液的 沸点
与溶液压力 相等时水的
沸点
22
二、温度差损失
溶液的沸点升高主要与溶液类别、组成及 操作压强有关，一般由实验测定。
获取
查手册——常压下某些无机盐水溶液 的沸点升高与组成的关系见附录
动画12
12
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-4 强制循环蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-循环管 5-循环泵
13
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-5 升膜式蒸发器 1-蒸发室 2-分离器
14
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-6 降膜蒸发器 1-加热室 2-分离器
动画13
15
二、膜式(单程型)蒸发器
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
5
概述
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
6
概述
蒸发过程的特点： (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，故蒸发过程属于壁面两侧 流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)溶液沸点的改变
含有不挥发溶质的溶液，其蒸气压较同温 度下溶剂(即纯水)的低。
估算——由常压下数据推算加压或减 压下数据
估算——杜林规则（Duhring’s rule）
23
二、温度差损失
当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出 沸点升高值，即
' f a
操作压力下由 于溶质存在引 起的沸点升高
常压下(101.3kPa) 由于溶质存在引 起的沸点升高
校正系数
T 2732
f 0.0162 r
2
概述
蒸发操作的目的
①直接得到经浓缩后的液体产品，例如稀烧 碱溶液的浓缩，各种果汁、牛奶的浓缩等。
②制取纯净溶剂，例如海水蒸发脱盐制取淡 水。
③同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生 产中酒精浸出液的蒸发。
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概述
二次蒸汽
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
4
生蒸汽
概述
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
k 1 0.142x ym 150.75x2 2.71x
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二、温度差损失
2.因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″
以液层中部点的压力和沸点代表整个液层的平
均压力和沸点
液层
pm
p'
gl
2
液面处 压力
平均
压力
'' t pm t p'
与的压溶力液p沸m对点应
与压力p′对应 的溶液沸点
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5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 5.2.2 单效蒸发的计算
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一、蒸发量W
根据单效蒸发器作溶质的 衡算，得
Fx0 (F W )x1
水分蒸发量
W F (1 x0 ) x1
图5-13 单效蒸发示意图
31
二、加热蒸汽消耗量D
1.溶液稀释热不可忽略时 对蒸发器作热量衡算 DH Fh0 WH (F W )h1 Dhw QL 蒸发器的热负荷
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第5章 蒸发
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失
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一、溶液的沸点
溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下， 其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯 水的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而 引起的沸点升高。
由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶 液时的有效温度差下降8.5℃，正好与溶液沸点 升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。
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概述
(3)溶液性质
有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和 生泡沫，高温下易分解或聚合;溶液的黏度在蒸发过 程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。
(4)泡沫夹带
二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法 除去，否则不但损失物料，而且会污染冷凝设备。
(5)能源利用
蒸发时产生大量二次蒸汽，如何利用它的潜热， 是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。
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二、温度差损失
杜林规则（Duhring’s rule）
溶液的沸点和相同压强下标准溶液沸点间呈 线性关系，即
tA' ktw' ym
杜林线 的斜率
杜林线 的截距
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二、温度差损失
图5-12 NaOH水溶液的杜林线图
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二、温度差损失
不同组成的杜林直线是不平行的，斜率k与 截距ym都是溶液质量组成x的函数。对NaOH水溶 液，k、ym与x的经验关系为
图5-8 升—降膜蒸发器 1-预热器 2-升膜加热管束 3-降膜加热管束 4-分离器
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二、膜式(单程型)蒸发器
图5-9 刮板搅拌薄膜蒸发器
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三、直接加热蒸发器
图5-10 浸没燃烧蒸发器 1-外壳 2-燃烧室 3-点火管
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第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构 5.1.2 蒸发器的辅助装置（自学） 5.1.3 蒸发器的选型（自学）