化工原理第六章解析
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化工原理 第六章 吸收
不同的溶质在同一个溶剂中的溶解度不同，溶解度很大的
气体称为易溶气体，溶解度很小的气体称为难溶气体；同
一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；而
分压一定，温度越低，则溶解度越大。这表明较高的分压
和较低的温度有利于吸收操作。在实际吸收操作过程中，
溶质在气相中的组成是一定的，可以借助于提高操作压力
.
第二节 吸收中的气液相平衡
相平衡关系随物系的性质、温度和压力而异，通常由
实验确定。图6-3是由实验得到的SO2和NH3在水中的溶解度
曲线，也称为相平衡曲线。图中横坐标为溶质组分(SO2、
NH3)在液相中的摩尔分数
x
，纵坐标为溶质组分在气相中
A
的分压 p A 。从图中可见：在相同的温度和分压条件下，
体，该值很小。
2.2注意事项
①亨利定律只适用于稀溶液,如常压下难溶或少溶气体的吸收， 否则就有偏差；
②只适用于与溶剂不发生化学反应的气体的吸收；
③溶解度系数随温度升高而降低,即T↑，H↓；
④应用于较高压强时,如5atm以上，分压应以逸度代替；
⑤为了使用方便,亨利定律可以改写成以下形式:
pA ExA, yA mxA,
图6-4 吸收平衡线
.
第二节 吸收中的气液相平衡
2.相平衡线在吸收过程中的应用 2.1判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极限,所以， 在一定温度下，吸收若能进行，则气相中溶质的实际组成 Y A 必须大 于 则与过液程相反中向溶进质行含，量为成解平吸衡操时作的。组图成6-4Y中A ，的即A点YA 为 Y实A。 际若操出作现点Y,A 若 AY 点A 时位， 于平衡线的上方，则 YA为吸Y A 收过程；若A点在平衡线上,YA=YA*,体 系达平衡，吸收过程停止；当A点位于平衡线的下方时,则YA<YA*,为解 吸过程。 2.2 确定吸收推动力。显然,YA>YA*是吸收进行的必要条件，而差 值 △YA=YA-YA* 则是吸收过程的推动力，差值△YA越大，则吸收速率必 然越大。 2.3同理,若以液相为研究对象,在一定条件下,要让吸收过程能进 行,则液相中溶质的实际组成XA必须小于与实际气相中溶质含量YA成平 衡时的液相组成XA*,即XA<XA*,差值△XA=XA* -XA即为吸收过程的推动力, 该值越大,吸收速率也就越大。否则,过程必为解吸操作。
化工原理第六章吸收习题答案解析
等于水扩散出管口的量，即
N A Ad
M
AdZ
则 dZ N AM 5.03 10 6 18 9.054 10 8 m / s
d
1000
在 0， Z 0 到 0， Z 2103m 之间积分，得
2 10-3 9.054 10-8
2.21104 s
6-6 含组分 A 为的混合气，用含 A 为（均为摩尔分数）的液体吸收其中的 A。
解
根据定义式 N A KG
pA p*A
K L c*A cA
和
p
* A
c*A H
，可知
KL
1 H
KG
所以只要求出 KG 即可。又
1 KG
1 kG
1 Hk L
1 5.67 10-5
1
1.98 10-3 0.075
17637
6734
24371
所以
KG 4.110-5 kmol / m2 • h • Pa
3.347104 kmol/
kPa• m3
所以得
c* CO2
HCO2
pCO2
3.347104 50 0.0167kmol/ m3
于是：（1）为吸收过程， c 0.0067kmol/ m3 。
（2）为解吸过程， c 0.0333kmol/ m3 。
分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时：
1000 kg / m3 ）
解：（1）根据已知条件
定义
p* NH3
987Pa
cNH 3
1/17 101/1000
0.5824kmol/ m3
p* NH 3
cNH3
H NH3
HNH3 cNH3 pNH3 5.9104 kmol/ m3 • Pa
化工原理 第六章 蒸馏
相同时进行多次部分冷凝和部分汽
化。 精馏条件：塔顶的液体回流和塔 釜的产生的蒸汽回流。
29
t P=定值 t1
t P=定值 t1 t2 t3 1 2 3
xW x1
xF
y1
yF
x(y)
x1
x2 xF x3 y1
y2 y3 x(y)
图6-10 一次部分气化的图
图6-11 多次部分气化和冷凝的示意图
30
V HF 加料板F L’ hF V’ H F+1
L' L q F
L L q F
'
F L V ' V L'
V ' V (q 1)F
41
V F L V F L V (1-q)F F qF L L’ 汽液混合进料
V ＝V (1 q)F
V’
V’
L’ 冷液进料
p p xA p
0 A 0 B
0 A
0 B
0 B
0 P pB xA 0 0 p A pB
xB 1 x A
——泡点方程
若平衡的气相为理想气体，可用道尔顿分压定律：
0 pA pA yA x P P
yB 1 y A
——汽液两相平衡组成间的关系
0 0 0 pA pA p pB f A (t ) p f B (t ) —露点方程 yA xA 0 0 p p pA pB p f A (t ) f B (t )
3
传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。
蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发 度不同的性质以实现分离目的的操作。
易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分 难挥发组分（重组份）：沸点高的组分
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，℃；
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，℃；
化工原理讲稿8(第六章)(天大版).
九、塔高与塔径的计算 （一）塔板效率
指反映实际塔板的气液两相传质的完善程度； 表示方法有总板效率、单板效率等； 1.总板效率（又称全塔效率）ET 指达到指定分离效果所需理论板层数与实际塔板 层数的比值；
ET
NT Np
100%
理论板数 实际板数
Np
NT ET
NT：不包括塔釜再沸器，再沸器相当一块理论板；
问： （1）此时产品组成将有何变化？ （2）若维持xD不变，可采用哪些 措施，并比较这些方法的优缺点？
十二、特殊精馏 1.恒沸精馏
原理：在混合液中加入第三组分（称为挟带剂） 形成新的最低恒沸物；
2.萃取精馏 原理：向混合液中加入溶剂(又称萃取剂)，萃取剂
不与原料液中任何组分形成恒沸物；
P73页 习题15、16；
xF 对xD, xW 的影响
b. 加料板位置上移
结论：xD , xW
加料板位置对xD, xW 的影响
c. R 结论：xD , xW
R 对xD, xW 的影响
d. q , R 不变， D不变， V’ 结论：xD , xW
q 对xD, xW 的影响
十一、 精馏装置的热量恒算
xn1 xn xn1 f '( yn )
xn1 xn
xn1 f '( xn1 )
习题16
1.y1 xD
F L'
2.
D
V
'
L
'
x1
V
'
yW
WxW
3.yW
1
xW ( 1)xW
指反映实际塔板的气液两相传质的完善程度； 表示方法有总板效率、单板效率等； 1.总板效率（又称全塔效率）ET 指达到指定分离效果所需理论板层数与实际塔板 层数的比值；
ET
NT Np
100%
理论板数 实际板数
Np
NT ET
NT：不包括塔釜再沸器，再沸器相当一块理论板；
问： （1）此时产品组成将有何变化？ （2）若维持xD不变，可采用哪些 措施，并比较这些方法的优缺点？
十二、特殊精馏 1.恒沸精馏
原理：在混合液中加入第三组分（称为挟带剂） 形成新的最低恒沸物；
2.萃取精馏 原理：向混合液中加入溶剂(又称萃取剂)，萃取剂
不与原料液中任何组分形成恒沸物；
P73页 习题15、16；
xF 对xD, xW 的影响
b. 加料板位置上移
结论：xD , xW
加料板位置对xD, xW 的影响
c. R 结论：xD , xW
R 对xD, xW 的影响
d. q , R 不变， D不变， V’ 结论：xD , xW
q 对xD, xW 的影响
十一、 精馏装置的热量恒算
xn1 xn xn1 f '( yn )
xn1 xn
xn1 f '( xn1 )
习题16
1.y1 xD
F L'
2.
D
V
'
L
'
x1
V
'
yW
WxW
3.yW
1
xW ( 1)xW
(化工原理)第6章：质量传递过程基础
从浓度高处向浓度低处传递从微观上看分子作随机热运动从宏观上看相内浓度均衡是自发的62均相混合物内的质量传递621传质的基本方式依靠分子热运动的质量传递方式称为分子扩散621传质的基本方式在理论上化学势表象为浓度大量质点的脉动和漩涡的扰动混合这种依靠质点脉动混合的质量传递方式称为涡流扩散湍流流动也伴随着分子扩散对于固体静止的流体和作层流流动的流体内部分子扩散涡流扩散同时存在以涡流扩散为主对于湍流流动的流体内分子扩散单独存在扩散存在的前提条件
D z
c0 cBm
cA1 cA2
对于理想气体
cBm
cB2 cB1
ln
cB2 cB1
cB1 c0 cA1 cB2 c0 cA2
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
p pBm
pBm
pB2 pB1
ln
pB2 pB1
pB1 p pA1 pB2 p pA2
c cBm
称为漂流因子 反应总体流动对传质通量的影响
NA ky y yi
NA kx xi x
NA kG pA pAi
NA kL cAi cA
传质系数 k=f (D,η,ρ,u,d )
经验关联式很多，但普遍偏差较大 主要通过实验获得
JA
DAB
dcA dz
yi Ki xi
NA
D z
c0 cBm
cA1 cA2
NA
D RTz
主体中高度湍流传质阻力为零，即无浓度
O
距离 z
相际传质双膜模型
梯度。 ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻
力存在。
（2）总传质速率方程
① 气膜和液膜传质速率方程 对气相：
NA kG pA pAi
D z
c0 cBm
cA1 cA2
对于理想气体
cBm
cB2 cB1
ln
cB2 cB1
cB1 c0 cA1 cB2 c0 cA2
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
p pBm
pBm
pB2 pB1
ln
pB2 pB1
pB1 p pA1 pB2 p pA2
c cBm
称为漂流因子 反应总体流动对传质通量的影响
NA ky y yi
NA kx xi x
NA kG pA pAi
NA kL cAi cA
传质系数 k=f (D,η,ρ,u,d )
经验关联式很多，但普遍偏差较大 主要通过实验获得
JA
DAB
dcA dz
yi Ki xi
NA
D z
c0 cBm
cA1 cA2
NA
D RTz
主体中高度湍流传质阻力为零，即无浓度
O
距离 z
相际传质双膜模型
梯度。 ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻
力存在。
（2）总传质速率方程
① 气膜和液膜传质速率方程 对气相：
NA kG pA pAi
化工原理 第六章 吸收
由 y * mx得,
Y* mX 1 Y * 1 X
*
mX Y 1 (1 m)X
当溶液浓度很低时，X≈0， 分母约等于1. 上式简化为：
Y mX
*
亨利定律的几种表达形式也可改写为
P * x , c HP E y Y * ℃ 下 ， 测 得 氨 在 水 中 的 平 衡 数 据 为 ： 0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa， 在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系
——逆流吸收塔操作线方程
在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算
VY LX 2 VY2 LX
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
——逆流吸收塔操作线方程
表明 ： 塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线 关系，直线的斜率为L/V。
吸收操作线总是位于平衡线的上方，
s
EM s
1000 7.32 104 kmol / m3 Pa 7.59 10 4 18
E 7.59 10 4 m 3 0.749 P 101.33 10
三、用气液平衡关系分析吸收过程
1、判断过程的方向
例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为 ：
L L Y1 X 1 Y2 X 2 V V
吸收率 A 混合气中溶质A 被吸收的百分率
Y2 Y1 (1 A )
2、吸收塔的操作线方程式与操作线
在 m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算
VY LX1 VY1 LX
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
操作线位于平衡线下方，则应进行脱吸过程。
并流吸收塔的操作线：
化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
X=0.894 78.15℃
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
化工原理讲稿8(第六章)(天大版)
对 全 回 流 操 作 ： y n +1 = x n、 y n = x n −1 y n − y n +1 x n −1 − x n E mV = y * − y = f ( x ) − x n n +1 n n 则： x n −1 − x n E = x n −1 − x n = x n −1 − x n = mL x n −1 − x n * x n −1 − f '( y n ) x n −1 − f '( x n −1 )
习题16 习题
1. y1 = xD F = L ' ⇒ L ' x1 = V ' yW + WxW 2. D = V ' α xW 3. yW = 1 + (α − 1) xW 4.EmV y1 − yW = y1 * − yW
设： F = 1kmol / h Dx D x F − xW x D 0.2 − xW 0.28 η D = 0.8 = = = ⇒ xW = 0.0857 Fx F x D − xW x F 0.28 − xW 0.2 D = 0.57 kmol / h、 W = 0.43kmol / h F = L ' F W ⇒ L ' x1 = V ' y W + Wx W ⇒ y W = x1 − xW D D D = V ' 1 0.43 ⇒ 0.206 = x1 − × 0.094 ⇒ x1 = 0.158 0.57 0.57 y1 = x D = 0.28 y1 − y W α xW 2.5 × 0.094 = = 0.206 由于： E mV = 其中： yW = y1 * − y W 1 + (α − 1) xW 1 + 1.5 × 0.094 α x1 2.5 × 0.158 = = 0.319 y1 * = 1 + (α − 1) x1 1 + 1.5 × 0.158 0.28 − 0.206 E mV = = 0655 0.319 − 0.206
化工原理第六章(双组分连续精馏的计算与分析)
2019/5/26
L' W ym1 V ' xm V ' xw
提 馏 操 作 线
（ xm＝xW ， ym+1＝xW ） 截距＝－ WxW/V’
2019/5/26
（4）提馏操作线方程的其他表现形式
令： R ' L' ——再沸比 W
【说明】再沸比R’是提馏段内各块塔板下降的液体 量与塔底引出的釜液（馏残液）量之比。
2019/5/26
【解】依题意知 xF=0.84 xD=0.98 xw=0.002 F=235kmol/h
据 F＝D＋W FxF＝DxD＋Wxw
∴ 235＝D＋W 0.84×235＝0.98D＋0.002W 联立后可解得： D＝201.36kmol/h
W＝33.64kmol/h 即塔顶采出量为 201.36kmol/h
第六章
蒸馏
第三节 双组分连续精馏的计算与分析 一、全塔物料衡算 二、恒摩尔流的假定 三、精馏塔的进料热状况 四、操作线方程 五、理论塔板数的确定 六、回流比的影响及选择 七、简捷法求理论板层数
2019/5/26
【精馏过程的计算内容】
1、设计型计算 （1）根据精馏塔的塔板层数以 确定塔的高度； （2）适宜的加料位置。 2、操作型计算 （1）确定产品的流量或组成； （2）确定适宜的操作回流比； （3）计算冷凝器、再沸器的热 负荷等。
2019/5/26
三、精馏塔的进料热状况
1、五种进料热状态 ①温度低于泡点的冷液体； ②泡点下的饱和液体； ③温度介于泡点和露点之间的气液混合物； ④露点下的饱和蒸气； ⑤温度高于露点的过热蒸气。
2019/5/26
【结论】进料热状况不同，其温度不同，状态亦不同。
L' W ym1 V ' xm V ' xw
提 馏 操 作 线
（ xm＝xW ， ym+1＝xW ） 截距＝－ WxW/V’
2019/5/26
（4）提馏操作线方程的其他表现形式
令： R ' L' ——再沸比 W
【说明】再沸比R’是提馏段内各块塔板下降的液体 量与塔底引出的釜液（馏残液）量之比。
2019/5/26
【解】依题意知 xF=0.84 xD=0.98 xw=0.002 F=235kmol/h
据 F＝D＋W FxF＝DxD＋Wxw
∴ 235＝D＋W 0.84×235＝0.98D＋0.002W 联立后可解得： D＝201.36kmol/h
W＝33.64kmol/h 即塔顶采出量为 201.36kmol/h
第六章
蒸馏
第三节 双组分连续精馏的计算与分析 一、全塔物料衡算 二、恒摩尔流的假定 三、精馏塔的进料热状况 四、操作线方程 五、理论塔板数的确定 六、回流比的影响及选择 七、简捷法求理论板层数
2019/5/26
【精馏过程的计算内容】
1、设计型计算 （1）根据精馏塔的塔板层数以 确定塔的高度； （2）适宜的加料位置。 2、操作型计算 （1）确定产品的流量或组成； （2）确定适宜的操作回流比； （3）计算冷凝器、再沸器的热 负荷等。
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三、精馏塔的进料热状况
1、五种进料热状态 ①温度低于泡点的冷液体； ②泡点下的饱和液体； ③温度介于泡点和露点之间的气液混合物； ④露点下的饱和蒸气； ⑤温度高于露点的过热蒸气。
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【结论】进料热状况不同，其温度不同，状态亦不同。
《化工原理》第六章 蒸发
Fw0 = ( F − W ) w1
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。
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 第六章 精馏
化工原理第六章精馏第六章精馏一、精馏过程的数学描述在化工生产中，常根据混合液中各组分挥发度的不同，以精馏实现均相混合液的分离，二元连续精馏的基本流程如图6-1所示。
精馏过程的实质是伴有传热的传质过程，传质推动力取决于相互接触汽液两相偏离平衡的程度。
因此精馏过程的严格分析除了要应用相平衡、物料衡算两关系外，还需结合热量衡算及传质速率方程。
为了避开后两关系使分析得以简化，在工程上常引入似下两个概念：(1)理论板，(2)恒摩尔流，前者将影响板上传质速率的全部因素包括在塔板效率中；后者则是对热量衡算的简化。
于是精馏过程的数学描述可归结为全塔物料衡算、逐板组成变化两关系。
以图6-1的流程分离理想溶液；其已知量、未知量之间的关系可用图6-2表示。
图6-2表明，描述二元连续精馏的基本方程为 )(1W F D W D F x x R q N N f x Wx Dx Fx W D F ，，，，，，α=+=+= 由于三式中共涉及11个基本变量)(1R q N N x x x W D F W D F ，，，，，，，，，，α，因此其自由度为8，即须给定其中8个独立变量，才能确定另外3个变量。
二、精馏操作型问题的特点及基本类型精馏操作型问题的特点是：精馏塔已经给定(设塔板效率已知)。
即N 、N 1(或进料位置，通常不一定是最佳进料位置)为巳知量，其主要类型如下。
(1)对现有的精馏塔，在给定精馏条件下，核算其可能达到的分离程度。
如：已知N 、N 1、α、F 、x F 、q 、R 及W ，求D 、x D 、x W 。
(2)对运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时，分析分离效果的变化，是否能获得合格的产品及为此需采取的措施；还会产生什么其他的影响。
如：（6-1）①已知N、N1、α、F、x F、q、R不变，若V'减少时，分析D、x D、x W的变化趋势；②已知N、N1、α、F、x F、q、V'不变，若x F下降，能否采取什么措施使x F不降低?通常对类型2，操作条件的变化将引起塔内液，汽流量的改变，并影响塔板效率，若这一影响甚小而能忽略，便可把操作中精馏塔的理论板数视为不变。
化工原理(第四版)习题解第六章蒸馏
第六章 蒸 馏相平衡【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。
101.33 38.8 179.19 74.53 根据上表数据绘制总压为101.33kPa 时苯一甲苯溶液的-t y x -图及y x -图。
此溶液服从拉乌尔定律。
解 计算式为,0000B AA Bp p p x y x p p p -==- 计算结果见下表苯-甲苯溶液的t x y --计算数据苯-甲苯溶液的t y x --图及y x -图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。
习题6-1附图1 苯-甲苯t-y-x 图习题6-1附图2 苯-甲苯y-x 图【6-2】在总压.101325kPa 下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。
温度/℃ 液相中正庚烷的摩尔分数()x汽相中正庚烷的摩尔分数()y温度/℃ 液相中正庚烷的摩尔分数()x 汽相中正庚烷的摩尔分数()y 98.4 105 1101.0 0.656 0.4871.0 0.81 0.673115 120 125.60.311 0.157 00.491 0.280 0试求：(1)在总压.101325kPa 下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压.101325kPa 下，组成.035x =的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？解 用汽液相平衡数据绘制t y x --图。
(1) 从t y x --图上可知，.035x =时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成.053y =。
(2) .035x =的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成.024x =，汽相组成.040y =。
.035x =的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。
习题6-2附图 正庚烷-正辛烷t-y-x 图【6-3】 甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。
(1) 试求温度80℃t =、液相组成.05x =（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。
化工原理6讲解
塔板上的不正常操作现象
若设计不当或操作时参数失调，轻则会引起板效率大降低， 重则会出现一些不正常现象使塔无法工作。
漏液（Weeping）
漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从 阀孔直接漏下。
原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵 消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也 是造成漏液的重要原因。
板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。 液层波动：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起 的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。 液面落差：塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，使气流偏向 出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入 口安定区可缓解此现象。
双流型、多流型或阶梯型塔板：
? 液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故， 要特别注意防范。
浮阀塔的设计
板式塔的工艺设计主要包括两大方面： (1) 塔高、塔径以及塔板结构尺寸的计算； (2) 塔板的流体力学校核以及塔板的负荷性能图的确定。
浮阀塔工艺尺寸的计算
实际塔板数与全塔效率关联式
实际塔板数
塔高主要取决于实际塔板数和板间距。 给定任务所需实际塔板数可通过平衡级 (理论板 )假设求得所 需的理论板数 N，然后由全塔效率(总板效率)修正
区域Ⅲ：气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气 体流量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。
临界孔速 uoc：所有浮阀恰好全开时 (B点) 的阀孔气速。
液层阻力 hl
气体通过液层的阻力损失 hl 由以下三个方面构成： (1) 克服板上充气液层的静压； (2) 气体在液相分散形成气液界面的能量消耗； (3) 通过液层的摩擦阻力损失。 其中(1)项远大于后两项之和。如果忽略充气液层中所含气体 造成的静压，则可由清液层高度代表 h 。可用下式计算
化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)
甲醇—水溶液平衡数据（101.3kPa）
t(℃) 100 96.4 91.2 87.7 81.7 78.0 75.3
x
0 0.02 0.06 0.10 0.20 0.30 0.40
y
0 0.134 0.304 0.418 0.579 0.665 0.729
t(℃) 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5
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（2）在相同温度下，不同液体的饱和蒸气压不同。 液体的挥发能力越大，其饱和蒸气压就越大。 【例如】25 ℃时，乙醇（A）、水（B）的饱和蒸气 压分别为： pA0＝7.86kPa pB0＝3.17kPa 【结论】饱和蒸气压是表示液体挥发能力的属性之 一。
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（3）液体混合物在一定温度下也具有一定的蒸气压 ，但其中各组分的蒸气压（分压pA）与其单独存在 时的饱和蒸气压（pA0）不同。 （4）对于二组分混合物，由于B组分的存在，使A组 分在气相中的蒸气分压比其在纯态时的饱和蒸气压 要小。
0.2031
0.3801
100
95
90
102℃
85
80
0.0
0.2
0.4 x y0.6
0.8
1.0
常压下苯－甲苯体系的温度组成图（t-x-y）
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汽液共存区 泡点线
泡点 液相区
P=101.3kPa
过热蒸 汽区
露点
露点线
【相关信息】压力（P）， 温度（t），组成（x，y）。
【结构特点】两条线；两个点；三个区。
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（4）按操作压力 【常压蒸馏】常压下泡点为室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用常压（大约1atm）蒸馏； 【加压蒸馏】常压下为气态（如空气、石油气）或 常压下泡点为室温的混合物，常采用加压（操作压 力高于1atm）蒸馏； 【减压蒸馏】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于1atm）蒸馏。
化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)解剖
2021/6/8
一、概述
1、什么是蒸馏？
【定义】是分离液体混合物的单元 操作之一。 【例如】（1）将原油蒸馏可得到汽 油、煤油、柴油及重油等； （2）将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等； （3）将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
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石 油 的 常 压 蒸 馏
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（4）按操作压力 【常压蒸馏】常压下泡点为室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用常压（大约1atm）蒸馏； 【加压蒸馏】常压下为气态（如空气、石油气）或 常压下泡点为室温的混合物，常采用加压（操作压 力高于1atm）蒸馏； 【减压蒸馏】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于1atm）蒸馏。
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（2）按蒸馏操作方式 【间歇蒸馏】原料液一次性加入到分离设备中，在 分离过程中，不再加入原料液。
【特点】具有操作灵 活、适应性强等优点 ，主要应用于小规模 、多品种或某些有特 殊要求的场合，间歇 蒸馏为非稳态操作。
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【连续蒸馏】原料液连续不断的加入到分离设备中 ，连续不断的获得各种产品。
100
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102℃
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0.0
0.2
0.4 x y0.6
0.8
1.0
常压下苯－甲苯体系的温度组成图（t-x-y）
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汽液共存区 泡点线
泡点 液相区
P=101.3kPa
过热蒸 汽区
露点
露点线
【相关信息】压力（P）， 温度（t），组成（x，y）。
【结构特点】两条线；两个点；三个区。
化工原理：第6章 总结
xn
qnL
qnW xW qqnF
qnW
直到 xn xw
则 n为所需的理论板数.
例题6.5.1、P38
（2）图解法：
Q
xD
R 1
W
xW
zF
D
xD N=9(包含釜)
2. 影响 N 的因素分析
（1）R： R ↑→N ↓ →塔设备费↓
动画示意
（2）q：q ↑ → N ↓。
re
（3）分离要求： xD↑ 、 xW ↓→ N ↑
理想溶液----相对挥发度α 变化不大，可取一平均值作为常 数处理;
非理想物系---- α不能作为常数处理。
◆ 相平衡常数与相对挥发度的关系
ih
Ki Kh
◆ 压力对相平衡的影响
P 升高，t 升高 ， 下降，对分离不利， p 下降，t 下降 ， 升高，对分离有利 。
1. 非理想溶液的气液相平衡
精馏段：q nVn 1 q nVn q nV
qnLn qnLn1 qnL
提馏段：q n Vn 1 q n Vn q n V
qn Ln qn Ln1 qn L
(2) 进料的热状态参数 q
q
H mV
H mF r
每摩尔进料变为饱和蒸 气所需热量
进料的摩尔汽化热
qnL ' qnL qqnF
确定此时的适宜回流比R
Rm in
xD yWe yWe xWe
适宜回流比的选择是 一个经济问题
6.7 恒沸精馏 和萃取精馏
(1) 应用： ① 具有恒沸点的液相混合物 ② 具有较小相对挥发度的物系
(2) 原理： 在液相混合物中加入第三组分（质量分离剂）， 改变原溶液中各组分间的相对挥发度。
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第六章 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
18
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
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
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。
31
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）
（1）通过改变加热表面形状或其它增加液膜湍 动措施来强化传热，并减缓结垢。 （2）通过改变料液性质来提高传热效果。 （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 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
向蒸发器连续提供足够的热量并及时移除 汽化的溶剂。
3
一．蒸发的目的
蒸发操作的目的 （1）制取增浓的液体产品 如电解烧碱液的浓 缩，牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩，蔗糖水溶 液及各种果汁的浓缩等。 （2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。 （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。
4
二．蒸发的概念
图6-1 液体蒸发的简化流程
5
三．蒸发过程分类
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
三．蒸发过程分类
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
7
四．蒸发操作的特点
1．溶液的沸点升高 由于不挥发溶质的存在使溶液的沸点高于
32
第六章 蒸发
6.3 单效蒸发的计算 6.3.1 物料衡算与热量衡算
33
一．物料衡算
Fxo (F W )x1 Lx1
水分蒸发量 W F (1 x0 ) x1
完成液的组成
x1
Fx0 F W
Fx0 L
完成液 的流量
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二．热量衡算
对蒸发器作热量衡算
DH Fh0 WH (F W )h1 Dhc QL
26
一．开发新型、高效蒸发器
（3）在蒸发器中插入不同形式的湍流元件，可 使沸腾液体侧的对流传热系数大幅度提高。 （4）不同结构蒸发器的组合。
27
二．蒸发与其它单元操作相结合
将蒸发与其它化工单元操作结合，构成集成 式的工艺流程，如蒸发干燥、蒸发分馏、蒸发结 晶等。
28
三、蒸发器传热的强化及防除垢技术
22
四．刮板薄膜蒸发器
图6-12 刮板薄膜蒸发器
23
五．单程型蒸发器性能的比较
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 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进展
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。
沸点升高使传热推动力降低。8 Nhomakorabea四．蒸发操作的特点
2．热能的综合利用 蒸发时需要消耗大量加热蒸汽，而溶剂汽
化又产生相应量的二次蒸汽，因而强化与改善 蒸发器的传热效果，充分利用二次蒸汽的潜热， 应给予足够的重视。
图6-2 中央循环管式蒸发器 1―加热室；2―中央循环管； 3―蒸发室；4―外壳
12
一、垂直短管型蒸发器
图6-3 悬筐式蒸发器 1―分离室；2―加热室； 3―除沫器；4―液沫回流 管
13
二、垂直长管型蒸发器
图6-4 外加热式蒸发器 1―加热室；2―分离室； 3―循环管
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
9
四．蒸发操作的特点
3．溶液的工艺特性 蒸发过程中溶液的某些性质随着溶液的组
成而改变。有些物料在浓缩过程中可能析出结 晶、发泡、严重结垢、变性分解、黏度增高、 腐蚀性增大等。在选择蒸发工艺和设备时需要 认真考虑。
10
第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器
11
一、垂直短管型蒸发器
15
二、垂直长管型蒸发器
图6-6 强制循环式蒸发器 1―加热管；2―循环泵； 3―循环管；4―分离室； 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。
37
二．热量衡算
加热蒸汽消耗量
Q D(H hc ) WH ' (F W )h1 Fh0 QL
冷凝水在饱和温度下排出时
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。
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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
18
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
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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
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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。
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二．热量衡算
图6-15 氢氧化钠的焓浓图
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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）
（1）通过改变加热表面形状或其它增加液膜湍 动措施来强化传热，并减缓结垢。 （2）通过改变料液性质来提高传热效果。 （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。
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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
向蒸发器连续提供足够的热量并及时移除 汽化的溶剂。
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一．蒸发的目的
蒸发操作的目的 （1）制取增浓的液体产品 如电解烧碱液的浓 缩，牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩，蔗糖水溶 液及各种果汁的浓缩等。 （2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。 （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。
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二．蒸发的概念
图6-1 液体蒸发的简化流程
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三．蒸发过程分类
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
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三．蒸发过程分类
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
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四．蒸发操作的特点
1．溶液的沸点升高 由于不挥发溶质的存在使溶液的沸点高于
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第六章 蒸发
6.3 单效蒸发的计算 6.3.1 物料衡算与热量衡算
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一．物料衡算
Fxo (F W )x1 Lx1
水分蒸发量 W F (1 x0 ) x1
完成液的组成
x1
Fx0 F W
Fx0 L
完成液 的流量
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二．热量衡算
对蒸发器作热量衡算
DH Fh0 WH (F W )h1 Dhc QL
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一．开发新型、高效蒸发器
（3）在蒸发器中插入不同形式的湍流元件，可 使沸腾液体侧的对流传热系数大幅度提高。 （4）不同结构蒸发器的组合。
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二．蒸发与其它单元操作相结合
将蒸发与其它化工单元操作结合，构成集成 式的工艺流程，如蒸发干燥、蒸发分馏、蒸发结 晶等。
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三、蒸发器传热的强化及防除垢技术
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四．刮板薄膜蒸发器
图6-12 刮板薄膜蒸发器
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五．单程型蒸发器性能的比较
几种单程型蒸发器的结构特点与操作性能 如表6-2所示。
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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进展
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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。
沸点升高使传热推动力降低。8 Nhomakorabea四．蒸发操作的特点
2．热能的综合利用 蒸发时需要消耗大量加热蒸汽，而溶剂汽
化又产生相应量的二次蒸汽，因而强化与改善 蒸发器的传热效果，充分利用二次蒸汽的潜热， 应给予足够的重视。
图6-2 中央循环管式蒸发器 1―加热室；2―中央循环管； 3―蒸发室；4―外壳
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一、垂直短管型蒸发器
图6-3 悬筐式蒸发器 1―分离室；2―加热室； 3―除沫器；4―液沫回流 管
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二、垂直长管型蒸发器
图6-4 外加热式蒸发器 1―加热室；2―分离室； 3―循环管
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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
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四．蒸发操作的特点
3．溶液的工艺特性 蒸发过程中溶液的某些性质随着溶液的组
成而改变。有些物料在浓缩过程中可能析出结 晶、发泡、严重结垢、变性分解、黏度增高、 腐蚀性增大等。在选择蒸发工艺和设备时需要 认真考虑。
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第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器
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一、垂直短管型蒸发器
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二、垂直长管型蒸发器
图6-6 强制循环式蒸发器 1―加热管；2―循环泵； 3―循环管；4―分离室； 5―除沫器
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三、直接接触传热蒸发器
图6-7直接接触传热蒸发器 1― 燃 烧 室 ； 2― 点 火 管 ； 3―测温管；4―外壳
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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。
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二．热量衡算
加热蒸汽消耗量
Q D(H hc ) WH ' (F W )h1 Fh0 QL
冷凝水在饱和温度下排出时