第七章 蒸发
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液体分布器（图7-7）形成均匀液膜。
图7-7 分布器
型式
第七章-蒸发
（三）旋转刮板式蒸发器 图7-8所示
①原理：料液自顶部进入蒸发器，在刮板搅动下 分布于加热管内壁，并呈膜状旋转向下流动。汽 化的二次蒸汽在加热管上端无夹套部分中分去液 沫，再由上部抽出加以冷凝。浓缩液由底部放出 ②特点： ?借外力强制料液呈膜状流动，适应高黏度、易 结晶、易结垢浓溶液蒸发。
?
第七章-蒸发
蒸发操作的目的是 物质分离 ，但其过程实质是 热量传递 而不是 物质传递，溶剂汽化的速率取决于 传热速率 ，因此蒸发操作应属于 传热过程， 但具有不同于一般传热过程的 特殊性 。
? （1）溶液在沸腾汽化过程中，常在加热表面上析出溶质而形成 垢层，使传热过程恶化。
? 例如， 水溶剂溶有某些盐类，如
第七章-蒸发 图7-4
第七章-蒸发
7.2.1.2 单程型蒸发器 (once-through evaporator) 特点：物料单程通过加热面 即可完成浓缩要求，受热时间缩短，
离开加热管的溶液及时加以冷却，对 热敏性物料特别适宜 。 可分为： ?升膜式蒸发器 ?降膜式蒸发器 ?旋转刮板式蒸发器
图7-5
，
溶液在加热表面汽化使盐类浓度局部过饱和，在加热面上析出形
成垢层，尤其是
，其溶液度随温度升高而下降，更易在加
热面上结垢。因此， 蒸发器结构的设计应设法延缓垢层的形成并
易于清理。
第七章-蒸发
? （2）溶液的物性对蒸发器的设计和操作有重要影响。 ? 例如：
①对热敏性溶质，要求高温下在蒸发器内停留时 间尽量缩短，以免物料变质。
来自百度文库第七章-蒸发
（一）升膜式蒸发器 图7-5所示 ①原理： 料液由加热管底部进入，被 上升 的蒸汽拉成 环状薄膜 ，与蒸汽一起沿壁向 上流动，由管口高速冲出，经 气液分离 后 排出蒸发器。 ②特点： ?设计和操作时有 较大的传热温差 ，以
使二次蒸汽获得 足够的速度 拉升液膜。 ?较高的传热系数，一次通过加热管即达
预定的浓缩要求
第七章-蒸发
图7-6
（二）降膜式蒸发器 图7-6所示
①原理：其结构原理与升膜式类似。区别在于： 料液在蒸发器顶部加入，经加热管顶部液体分布 器，使液体成膜向下流动。 ②特点： ?蒸发温和，液体滞留量少，过程反应灵敏易于 控制，利于提高产品质量。 ?适用于含少量固体物和轻度结垢倾向溶液。 ?管下部干点易累积沉积物，必须采用适当的
动。
第七章-蒸发
（一）垂直短管式 （又称为中央循环管 式），如图 7-2所示 ①结构： 外壳、加热室、中央循环管、 蒸发室、除沫器。 ②特点：
?蒸汽走壳程，溶液走管程， d中>d管，A 中=(40~100)% A横总（ 指其余加热管总横截面积 ）
?细管中单位体积受热面积大，含汽率高。
中央循环管单位受热面积小，含汽率低
?液体循环速度可达 1.5 m/s。
图7-3
（三） 强制循环蒸发器 如图7-4所示 ①结构： 1.加热室 2.循环泵 3.循环管 4.蒸发室 5.气液分离挡板
②特点： ?采用泵进行 强制循环 ，可用于蒸发黏 稠溶液 ，循环速度可达 1.8～5 m/s。 ?液体闪蒸，汽化与加热面分离，减少 结垢。 ?不依赖热虹吸循环，按溶液物性 独立 设定传热温差 。
?
? （2）蒸发操作的流程
图7-1 蒸发装置示意图
第七章-蒸发
? 如图7-1所示，加热蒸汽 作加 热剂使溶液受热沸腾，在蒸发器 内因各处密度差异 循环流动 ，浓 缩到规定浓度后排出蒸发器外。 汽化的蒸汽常夹带较多的 雾沫 和 液滴 ，因此蒸发器内需备足够的 分离空间，往往还装有除沫器以 除去液沫。蒸发出的 二次蒸汽 进 行再次利用回收热能或在 冷凝器 中加以冷凝。
?因含汽率不同，致使流体密度 ? 管 ? ? 中
形成热虹吸。
图7-2
第七章-蒸发
（二） 外加热式 如图7-3所示 ①结构： 1.加热室 2.蒸发室 3.循环管 ②特点： ?长加热管，管长与直径之比：
l/d = 50 ～100 传热系数增大
?液体下降管（又称循环管）不再受热。 增大密度差，强化循环 。
主要原因
传热温差 ? t
在指定外压下，溶质的存在造成溶液沸点高 ?
由此可知： 蒸发操作是高温位的蒸汽向低温位转化，较低温 度的二次蒸汽再利用 在很大程度上决定了蒸发操作的经济性。
第七章-蒸发
蒸发器均由 加热室、流动（或循环）通道、气液分离空间 三部 分组成。按照溶液在加热室中的运动的情况，将蒸发器分为 循环型 和单程型（不循环） 两类。
7.2.1.1 循环型蒸发器 (circulation evaporator) 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。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
②蒸发时溶液的发泡性使汽液两相分离更为困难。
③浓度增加 ? 粘度大大增大，使器内液体流动和 传热条件恶化，要求特殊结构。
第七章-蒸发
?（3）溶液汽化需要大量吸热，蒸发操作是大量耗热的过程，因 此， 节能 是蒸发操作应予考虑的重要问题。
对于水溶液的蒸发：加热蒸汽温位 >二次蒸汽的温位。
T ? t0 ? ? ? ?t
?某些场合下，可直接蒸干溶液获得粉末状固体 产物。 ?结构复杂，制造要求高，加热面不大，且需消 耗一定动力。
图7-8
第七章-蒸发
（1）蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻计算公式：
1 1?
1
K ? ? 1 ? ? ? Ri ? ? 2
化工原理
--- 第七章 蒸发
? 7.1 概述 ? 7.2 蒸发设备 ? 7.3 单效蒸发计算 ? 7.4 蒸发操作的经济性和多效蒸发
第七章-蒸发
定义： 含不挥发性溶质（如盐类）的溶液在沸腾条件下受热， 使部分溶剂汽化为蒸汽的操作称为蒸发。 ? （1）蒸发操作的目的 ? ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ? ② 脱除溶剂，将溶液增浓至饱和状态，随后加以冷却，析 出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 ? ③ 脱除杂质，制取纯净的溶剂。
图7-7 分布器
型式
第七章-蒸发
（三）旋转刮板式蒸发器 图7-8所示
①原理：料液自顶部进入蒸发器，在刮板搅动下 分布于加热管内壁，并呈膜状旋转向下流动。汽 化的二次蒸汽在加热管上端无夹套部分中分去液 沫，再由上部抽出加以冷凝。浓缩液由底部放出 ②特点： ?借外力强制料液呈膜状流动，适应高黏度、易 结晶、易结垢浓溶液蒸发。
?
第七章-蒸发
蒸发操作的目的是 物质分离 ，但其过程实质是 热量传递 而不是 物质传递，溶剂汽化的速率取决于 传热速率 ，因此蒸发操作应属于 传热过程， 但具有不同于一般传热过程的 特殊性 。
? （1）溶液在沸腾汽化过程中，常在加热表面上析出溶质而形成 垢层，使传热过程恶化。
? 例如， 水溶剂溶有某些盐类，如
第七章-蒸发 图7-4
第七章-蒸发
7.2.1.2 单程型蒸发器 (once-through evaporator) 特点：物料单程通过加热面 即可完成浓缩要求，受热时间缩短，
离开加热管的溶液及时加以冷却，对 热敏性物料特别适宜 。 可分为： ?升膜式蒸发器 ?降膜式蒸发器 ?旋转刮板式蒸发器
图7-5
，
溶液在加热表面汽化使盐类浓度局部过饱和，在加热面上析出形
成垢层，尤其是
，其溶液度随温度升高而下降，更易在加
热面上结垢。因此， 蒸发器结构的设计应设法延缓垢层的形成并
易于清理。
第七章-蒸发
? （2）溶液的物性对蒸发器的设计和操作有重要影响。 ? 例如：
①对热敏性溶质，要求高温下在蒸发器内停留时 间尽量缩短，以免物料变质。
来自百度文库第七章-蒸发
（一）升膜式蒸发器 图7-5所示 ①原理： 料液由加热管底部进入，被 上升 的蒸汽拉成 环状薄膜 ，与蒸汽一起沿壁向 上流动，由管口高速冲出，经 气液分离 后 排出蒸发器。 ②特点： ?设计和操作时有 较大的传热温差 ，以
使二次蒸汽获得 足够的速度 拉升液膜。 ?较高的传热系数，一次通过加热管即达
预定的浓缩要求
第七章-蒸发
图7-6
（二）降膜式蒸发器 图7-6所示
①原理：其结构原理与升膜式类似。区别在于： 料液在蒸发器顶部加入，经加热管顶部液体分布 器，使液体成膜向下流动。 ②特点： ?蒸发温和，液体滞留量少，过程反应灵敏易于 控制，利于提高产品质量。 ?适用于含少量固体物和轻度结垢倾向溶液。 ?管下部干点易累积沉积物，必须采用适当的
动。
第七章-蒸发
（一）垂直短管式 （又称为中央循环管 式），如图 7-2所示 ①结构： 外壳、加热室、中央循环管、 蒸发室、除沫器。 ②特点：
?蒸汽走壳程，溶液走管程， d中>d管，A 中=(40~100)% A横总（ 指其余加热管总横截面积 ）
?细管中单位体积受热面积大，含汽率高。
中央循环管单位受热面积小，含汽率低
?液体循环速度可达 1.5 m/s。
图7-3
（三） 强制循环蒸发器 如图7-4所示 ①结构： 1.加热室 2.循环泵 3.循环管 4.蒸发室 5.气液分离挡板
②特点： ?采用泵进行 强制循环 ，可用于蒸发黏 稠溶液 ，循环速度可达 1.8～5 m/s。 ?液体闪蒸，汽化与加热面分离，减少 结垢。 ?不依赖热虹吸循环，按溶液物性 独立 设定传热温差 。
?
? （2）蒸发操作的流程
图7-1 蒸发装置示意图
第七章-蒸发
? 如图7-1所示，加热蒸汽 作加 热剂使溶液受热沸腾，在蒸发器 内因各处密度差异 循环流动 ，浓 缩到规定浓度后排出蒸发器外。 汽化的蒸汽常夹带较多的 雾沫 和 液滴 ，因此蒸发器内需备足够的 分离空间，往往还装有除沫器以 除去液沫。蒸发出的 二次蒸汽 进 行再次利用回收热能或在 冷凝器 中加以冷凝。
?因含汽率不同，致使流体密度 ? 管 ? ? 中
形成热虹吸。
图7-2
第七章-蒸发
（二） 外加热式 如图7-3所示 ①结构： 1.加热室 2.蒸发室 3.循环管 ②特点： ?长加热管，管长与直径之比：
l/d = 50 ～100 传热系数增大
?液体下降管（又称循环管）不再受热。 增大密度差，强化循环 。
主要原因
传热温差 ? t
在指定外压下，溶质的存在造成溶液沸点高 ?
由此可知： 蒸发操作是高温位的蒸汽向低温位转化，较低温 度的二次蒸汽再利用 在很大程度上决定了蒸发操作的经济性。
第七章-蒸发
蒸发器均由 加热室、流动（或循环）通道、气液分离空间 三部 分组成。按照溶液在加热室中的运动的情况，将蒸发器分为 循环型 和单程型（不循环） 两类。
7.2.1.1 循环型蒸发器 (circulation evaporator) 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。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
②蒸发时溶液的发泡性使汽液两相分离更为困难。
③浓度增加 ? 粘度大大增大，使器内液体流动和 传热条件恶化，要求特殊结构。
第七章-蒸发
?（3）溶液汽化需要大量吸热，蒸发操作是大量耗热的过程，因 此， 节能 是蒸发操作应予考虑的重要问题。
对于水溶液的蒸发：加热蒸汽温位 >二次蒸汽的温位。
T ? t0 ? ? ? ?t
?某些场合下，可直接蒸干溶液获得粉末状固体 产物。 ?结构复杂，制造要求高，加热面不大，且需消 耗一定动力。
图7-8
第七章-蒸发
（1）蒸发器的热阻分析 蒸发器的传热热阻计算公式：
1 1?
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K ? ? 1 ? ? ? Ri ? ? 2
化工原理
--- 第七章 蒸发
? 7.1 概述 ? 7.2 蒸发设备 ? 7.3 单效蒸发计算 ? 7.4 蒸发操作的经济性和多效蒸发
第七章-蒸发
定义： 含不挥发性溶质（如盐类）的溶液在沸腾条件下受热， 使部分溶剂汽化为蒸汽的操作称为蒸发。 ? （1）蒸发操作的目的 ? ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ? ② 脱除溶剂，将溶液增浓至饱和状态，随后加以冷却，析 出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 ? ③ 脱除杂质，制取纯净的溶剂。