化工原理 单效蒸发
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《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，
化工原理第5章蒸发2
'
t T t
tT t (T T ' ) (T t ) t T '
传热温度差损失实际就是溶液的沸点升高。 T： 加热蒸汽温度 t： 溶液沸点 ' T ： 二次蒸汽温度，即水的沸点
1
(2)、引起温度差损失的原因
① 溶液的沸点升高： 由于溶质的存在，使溶液蒸气压降低，所以溶液的沸点高于 纯水的沸点，二者之差称为溶液的沸点升高，记为 '。 ② 液体静压头的影响： 在有些蒸发器中，沸腾侧液层保持一定高度，由于液体静压 头的影响，下部溶液的沸点高于液面处溶液的沸点，由此引 起的沸点上升值记为 '' 。 ③ 二次蒸气流动阻力： 由于二次蒸气由蒸发器流入冷凝器时存在流动阻力，蒸发器 内的实际压力略大于冷凝器的压力，如计算中采用冷凝器内 二次蒸气的温度，则也需做相应校正，记为 '''。 总的温度差损失
(1)、水分蒸发量 单效蒸发所要计算的 (2)、加热蒸汽消耗量 (3)、蒸发器的传热面积
物料衡算 这些计算都可采用 热量衡算
传热速率方程
1、蒸发器物料衡算
求水分 蒸发量或完 成液浓度
原料液流量 F ㎏/h 原料液溶质浓度为 x0 （质量分率） 水蒸发量为 w ㎏/h 完成液流量 L ㎏/h 完成液中溶质浓度为 x1 （质量分率）
对上述蒸发器系统作能量衡算：
DH Fh0 WH / (F W )h1 Fh0 QL
H hw
D
WH / ( F W )h1 Fh0 QL
当溶液稀释热可忽略时，溶液的焓可用比热表示。 设以0℃为基准，即0℃时液体的焓为0。 则：冷凝液 料 液
hw c pwT
7化工原理蒸发qhs
1200-6000 1200-7000 1200-6000 1200-3500 600-2000
10
蒸发设备中的温差损失
蒸发纯溶剂的温差 tT Ts T
蒸发溶液的温差
t Ts t
tT t (Ts T ) (Ts t) t T
即温度差损失在数值上等于沸点升高。
过程原理与装备
t1
自蒸发器被减压至下一效加热
室的压力时，放出热量，少量
冷凝水自蒸发产生蒸汽，作为
下一效加热蒸汽，提高生蒸汽
的经济程度。
过程原理与装备
25
过程原理与装备
提高加热蒸汽经济性的措施 三、热泵蒸发器：
通过压缩机提高二次蒸汽的压力， 使饱和温度提高至原来的压力时， 重新送回蒸发器加热室。
26
蒸发设备
蒸发器： 自然循环
效数 单效 双效 三效 四效
D/W
1.1
0.57
0.4
0.3
五效 0.27
D/W—加热蒸汽利用率
16
多效蒸发流程
并流加料蒸发流程
优点： 后一效蒸发室压力较前效低， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效由于过热而自蒸 发(闪蒸）。
缺点： 后效溶液浓度较前效大，沸点又较低，粘度较大，后效传热 系数较前效小，后两效中尤为严重。
Q1 K1A1t1
Q2 K 2 A2t 2
三效总传热速率：
Q3 K 3 A3t3
Q Q1 Q2 Q3 K1A1t1 K 2 A2t 2 K 3A3t3
不考虑各效温差损失，假设： A1 A2 A3 A
K1 K2 K3 K
Q KA(t1 t 2 t3) KAtT tT —总传热温差
汽加以利用引入下一级蒸发器，
10
蒸发设备中的温差损失
蒸发纯溶剂的温差 tT Ts T
蒸发溶液的温差
t Ts t
tT t (Ts T ) (Ts t) t T
即温度差损失在数值上等于沸点升高。
过程原理与装备
t1
自蒸发器被减压至下一效加热
室的压力时，放出热量，少量
冷凝水自蒸发产生蒸汽，作为
下一效加热蒸汽，提高生蒸汽
的经济程度。
过程原理与装备
25
过程原理与装备
提高加热蒸汽经济性的措施 三、热泵蒸发器：
通过压缩机提高二次蒸汽的压力， 使饱和温度提高至原来的压力时， 重新送回蒸发器加热室。
26
蒸发设备
蒸发器： 自然循环
效数 单效 双效 三效 四效
D/W
1.1
0.57
0.4
0.3
五效 0.27
D/W—加热蒸汽利用率
16
多效蒸发流程
并流加料蒸发流程
优点： 后一效蒸发室压力较前效低， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效由于过热而自蒸 发(闪蒸）。
缺点： 后效溶液浓度较前效大，沸点又较低，粘度较大，后效传热 系数较前效小，后两效中尤为严重。
Q1 K1A1t1
Q2 K 2 A2t 2
三效总传热速率：
Q3 K 3 A3t3
Q Q1 Q2 Q3 K1A1t1 K 2 A2t 2 K 3A3t3
不考虑各效温差损失，假设： A1 A2 A3 A
K1 K2 K3 K
Q KA(t1 t 2 t3) KAtT tT —总传热温差
汽加以利用引入下一级蒸发器，
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。
《化工原理》第六章 蒸发.
三、溶液的沸点和温度差损失
1.溶液的沸点
溶液中溶质不挥发，在相同的条件下溶液的蒸汽压比 纯溶剂的蒸汽压要低，因而相同压力下溶液的沸点总是比 相同压力下水的沸点，即二次蒸汽的温度高。例如，常压 下20%（质量分数）NaOH水溶液的沸点为108.5℃，而饱和 水蒸汽的温度为100℃ ，溶液沸点升高8.5℃。
1．水分蒸发量的计算
对图6-2所示单效蒸发器作溶质的衡算，得
Fw0 (F W )w1
或
W F1 w0 w1
（6-1）
第二节 单效蒸发
式中Biblioteka ——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。
第三节 多效蒸发
图6-4 逆流加料法的蒸发流程示意图
第三节 多效蒸发
优点： （1） 蒸发的温度随溶液浓度的增大而增高，这样各效 的黏度相差很小，传热系数大致相同； （2） 完成液排出温度较高，可以在减压下进一步闪蒸 增浓。 缺点： （1）辅助设备多，各效间须设料液泵； （2）各效均在低于沸点温度下进料，须设预热器（否 则二次蒸汽量减少），故能量消耗增大。 一般来说，逆流加料法宜于处理黏度随温度和浓度变化 较大的料液蒸发，但不适用于热敏性物料的蒸发。
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
1.溶液的沸点
溶液中溶质不挥发，在相同的条件下溶液的蒸汽压比 纯溶剂的蒸汽压要低，因而相同压力下溶液的沸点总是比 相同压力下水的沸点，即二次蒸汽的温度高。例如，常压 下20%（质量分数）NaOH水溶液的沸点为108.5℃，而饱和 水蒸汽的温度为100℃ ，溶液沸点升高8.5℃。
1．水分蒸发量的计算
对图6-2所示单效蒸发器作溶质的衡算，得
Fw0 (F W )w1
或
W F1 w0 w1
（6-1）
第二节 单效蒸发
式中Biblioteka ——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。
第三节 多效蒸发
图6-4 逆流加料法的蒸发流程示意图
第三节 多效蒸发
优点： （1） 蒸发的温度随溶液浓度的增大而增高，这样各效 的黏度相差很小，传热系数大致相同； （2） 完成液排出温度较高，可以在减压下进一步闪蒸 增浓。 缺点： （1）辅助设备多，各效间须设料液泵； （2）各效均在低于沸点温度下进料，须设预热器（否 则二次蒸汽量减少），故能量消耗增大。 一般来说，逆流加料法宜于处理黏度随温度和浓度变化 较大的料液蒸发，但不适用于热敏性物料的蒸发。
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
化工原理-蒸发(第五章2)
来衡量其生产能力。
Q KS T t1
2
二、蒸发器的生产强度
生产强度 单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，用
U表示，其单位为kg/（m2∙h），即
U W S
生产强度是评价蒸发器优劣的重要指标。 对于给定的蒸发量而言，生产强度越大，则所 需的传热面积越小，因而蒸发设备的投资越省。
3
二、蒸发器的生产强度
图5-16 并流加料的三效蒸发装置流程示意图
9
一、并流(顺流)加料法的蒸发流程
优点 后效蒸发室的压强要比前效的低，故溶液
在效间的输送可以利用效间的压强差，而不必 另外用泵。
后效溶液的沸点较前效的低，故前效的溶 液进入后效时，会因过热而自动蒸发(称为自蒸 发或闪蒸)，因而可以多产生一部分二次蒸汽。
10
多效蒸发的效数应有一定的限制： ①随着效数增加，温度差损失加大；
②随着效数的增加，虽然(D/W)min不断减小，
但所节省的蒸汽消耗量也越来越少； ③随着效数增加，蒸发强度不断降低，设
备投资费用增大。 最佳效数要通过经济权衡决定，单位生产
能力的总费用最低时的效数即为最佳效数。
20
第5章 蒸发
5.3 多效蒸发 5.3.1 多效蒸发的操作流程 5.3.2 多效蒸发的计算（自学） 5.3.3 多效蒸发和单效蒸发的比较 5.3.4 提高加热蒸汽经济性的其他措施
18
三、蒸发器的生产能力和生产强度
三效蒸发和单效蒸发的传热速率基本上相 同，因此生产能力也大致相同。
但生产强度不相同，即三效蒸发时的生产 强度(单位传热面积的蒸发量)约为单效蒸发时 的三分之一。
多效蒸发中，加热蒸汽经济性的提高是以 降低蒸发强度为代价换得的。
19
四、多效蒸发中效数的限制及最佳效数
Q KS T t1
2
二、蒸发器的生产强度
生产强度 单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，用
U表示，其单位为kg/（m2∙h），即
U W S
生产强度是评价蒸发器优劣的重要指标。 对于给定的蒸发量而言，生产强度越大，则所 需的传热面积越小，因而蒸发设备的投资越省。
3
二、蒸发器的生产强度
图5-16 并流加料的三效蒸发装置流程示意图
9
一、并流(顺流)加料法的蒸发流程
优点 后效蒸发室的压强要比前效的低，故溶液
在效间的输送可以利用效间的压强差，而不必 另外用泵。
后效溶液的沸点较前效的低，故前效的溶 液进入后效时，会因过热而自动蒸发(称为自蒸 发或闪蒸)，因而可以多产生一部分二次蒸汽。
10
多效蒸发的效数应有一定的限制： ①随着效数增加，温度差损失加大；
②随着效数的增加，虽然(D/W)min不断减小，
但所节省的蒸汽消耗量也越来越少； ③随着效数增加，蒸发强度不断降低，设
备投资费用增大。 最佳效数要通过经济权衡决定，单位生产
能力的总费用最低时的效数即为最佳效数。
20
第5章 蒸发
5.3 多效蒸发 5.3.1 多效蒸发的操作流程 5.3.2 多效蒸发的计算（自学） 5.3.3 多效蒸发和单效蒸发的比较 5.3.4 提高加热蒸汽经济性的其他措施
18
三、蒸发器的生产能力和生产强度
三效蒸发和单效蒸发的传热速率基本上相 同，因此生产能力也大致相同。
但生产强度不相同，即三效蒸发时的生产 强度(单位传热面积的蒸发量)约为单效蒸发时 的三分之一。
多效蒸发中，加热蒸汽经济性的提高是以 降低蒸发强度为代价换得的。
19
四、多效蒸发中效数的限制及最佳效数
化工原理ch4-1概述 2单效蒸发与真空蒸发
2011-11-14
4.3.2 多效蒸发
（2）逆流流程图7-15 蒸汽流动方向： 3→2→1 溶液流动方向： 1→2→3
w1 µ 优点： > w2 > w3 w ↑， ↑，1 > µ 2 > µ 3 ， µ t1 > t 2 > t 3
µ t µ ， ↑， ↓， 1 < µ 2 < µ 3
µ 对
w
K ——蒸发器的总传热系数，w/m2·K； ——蒸发器的总传热系数 蒸发器的总传热系数， ·K；
——传热平均温差 传热平均温差， ∆t m ——传热平均温差，K。
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由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差 传热， ∆tm = T − t1 ，且蒸发器的热负荷 Q = Dr ，所以有
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4.1.3 蒸发操作的分类
按操作压力分：常压，加压，或者减压（真空） （ 1） 按操作压力分 ： 常压 ， 加压 ，或者减压（ 真空） 蒸发。 蒸发。 （2） 按效数分：单效蒸发和多效蒸发。 按效数分：单效蒸发和多效蒸发。 按蒸发模式分： （3） 按蒸发模式分：间歇蒸发与连续蒸发
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4.3.2 多效蒸发
（1）并流流程 优点： ① 由于前效的压强较后效高， ，料液可借此压 强差自动地流向后一效而无须泵送； ② ，溶液由前一效流入后一效处于过热状态会 放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生更多的二次蒸汽， 因此第三效的蒸发量最大。 缺点：溶液浓度， ， ↑， ↑，便使得 溶液温度， ， ↑， ↓，便使得
Fx0 x = 完成液的浓度： 完成液的浓度： 1 F − W
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4.2.2.2 加热蒸汽消耗量的计算
单效蒸发及计算范文
单效蒸发及计算范文单效蒸发是一种常见的蒸发操作过程，用于从溶液中分离溶剂和溶质。
在单效蒸发中，溶液在一个蒸发器中加热，使溶剂蒸发，然后凝结和收集。
单效蒸发的基本原理是根据溶剂和溶质之间的汽液平衡关系。
在溶液中，溶剂的蒸汽压与溶质的蒸汽压不同，溶剂的蒸汽压较高，因此在加热的过程中，溶剂会先蒸发，而溶质则会留在液相中。
通过控制加热温度和压力，可以实现溶剂和溶质的分离。
单效蒸发的计算涉及一些基本参数，如溶液的初始浓度、蒸发温度、蒸汽压、蒸发器的流量和效率等。
以下是一个简单的单效蒸发计算实例：假设我们有一种溶液，初始浓度为10%（质量分数），总体积为1000升。
我们希望通过单效蒸发把溶剂蒸发掉，从而得到更高浓度的溶液。
蒸发器的进料流量为100升/小时，效率为90%。
首先，我们需要确定溶液中的溶剂和溶质的组分和浓度。
假设这是一个水和盐的溶液，溶剂为水，溶质为盐。
根据溶液的初始浓度，我们可以得到溶液中的溶剂和溶质的质量。
溶液的初始质量为1000升*10%=100千克，其中溶剂的质量为100千克*(1-10%)=90千克，溶质的质量为100千克-90千克=10千克。
接下来，我们需要根据溶液的成分和性质确定溶剂和溶质的蒸汽压。
水的蒸汽压可以通过查找蒸汽压表得到，假设此温度下水的蒸汽压为5千帕。
盐的蒸汽压可以忽略不计，因为溶剂和溶质的蒸汽压差异较大。
然后，我们可以计算蒸发器中的蒸汽流量。
蒸汽流量等于进料流量乘以效率，即100升/小时*90%=90升/小时。
最后，我们可以计算蒸发的速率。
蒸发速率等于溶剂的质量除以溶剂的密度，再除以流量，即90千克/(90升/小时)=1千克/升。
通过这个例子，我们可以看到单效蒸发的计算包括了溶液的成分和浓度、蒸发温度、蒸汽压、流量和效率等参数的考虑。
根据实际情况，还可以进一步考虑热损失、传热系数等因素来优化蒸发过程。
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)
返回
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)
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、
化工原理蒸发.
4.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度
1、蒸发器的生产能力 生产能力 Q AKT t1 2、生产强度 单位时间单位传热面积上蒸发的水量 将蒸发装置（包括冷凝器、泵等辅助设备） 的总投资折算成单位传热面积的设备费表示。
W 生产强度 U A
4.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度
设Q损=0，料液预热至沸点加入，则t0=t=tb
Q Fcp0 (t1 t0 ) Wr
W Q 1 U Kt m A Ar r
4.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度
3、提高蒸发强度的措施 1、加大传热温差——真空蒸发 T 受锅炉额定压强限制
tm T t1
t1 真空蒸发
将二次蒸汽引入冷器冷凝 一般须用真空泵不断将不凝 性气体抽除。
1、蒸发水量的计算
因溶质蒸发过程不挥发，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
4.2.1 单效蒸发设计计算
Fx0 ( F W ) x1 Lx1
水分蒸发量：
二次蒸汽
原料F, x0, t0, cp0 , h0 W, T/,H/ 蒸发室 加 热 室
x0 W F (1 ) x1
蒸 发 器 的 型 式 标准式（自然循环） 标准式（强制循环） 总传热系数K, W/(m2· K) 600-3000 1200-6000
悬筐式
外热式（自然循环） 外热式（强制循环） 升膜式 降膜式 刮板式
600-3000
1200-6000 1200-7000 1200-6000 1200-3500 600-2000
0 )与 或者说溶液在两种压力下的沸点之差( t A t A
溶剂在相应的压力下沸点之差( t t 0 )的比值为 W W 一常数。即： t t 0
化工原理第5章_蒸发
最常用的为杜林法则，即一定浓度的某种溶液的沸点为相 同压强下标准液体的沸点的线性函数。由于不同压强下水的 沸点可水蒸汽表查得，故一般取纯水为标准液体。根据杜林 法则，以溶液的沸点tA 纵坐标，以同压强下水的沸点tW为横 坐标，只要已知某溶液在两个压强下的沸点值，并查出这两 个压强下纯水的沸点，即可作图得一直线，其直线方程为：
（二）按操作压强 1．常压蒸发：蒸发器加热室溶液侧的操作压强略高于大 气压强，此时系统中不凝气体依靠其本身的压强排出。 2．真空蒸发：溶液侧的操作压强低于大气压强，要依靠 真空泵抽出不凝气体并维持系统的真空度。其目的是为了降低 溶液的沸点和有效利用热源。与常压蒸发相比，真空蒸发可以 使用低压蒸汽或废热蒸汽作热源；减小系统的热损失，有利于 处理热敏热性物料，在相同热源温度装置下可提高温度差。但 溶液沸点的降低会使其粘度增大，沸腾时传热系数将降低；且 系统需用真空装置，因而会增加一些额外的能量消耗和设备。
第五章
蒸发
第 1节
概述
定义：工程上把采用加热方法，将含有不挥发性溶质（通 常为固体）的溶液在沸腾状态下，使其浓缩的单元操作称为蒸 发。即溶液浓缩过程。 特点： 被蒸发的溶液是由不挥发的溶质（多为固体）与可 挥发的溶剂组成，所以蒸发操作实际上是不挥发溶质与挥发性 溶剂相分离的过程。
进行蒸发操作的设备称为蒸发器。 化工厂中、制药过程中多以蒸发水溶液为主，故本章只讨 论水溶液的蒸发。 蒸发操作广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领域。
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。
化工原理上第5章蒸发小结
qm,wi )
i 1
qm,0w0 (qm,0 qm,w )wn i 1,2,n 1 j n
（2）加热蒸汽消耗量
单
双
qm,w 1
2
qm,v 0.91
1.75
三效仿
3 2.5
四效
4 3.33
二、蒸发过程的沸点升高和传热温差损失 1、沸点升高 （1）溶质的存在，溶液的饱和蒸气压下降，沸点上升 （2）溶液的静压头，引起沸点升高。 （3）蒸汽流动过程中的阻力损失，造成的沸点升高。
t0 ) qm,wr L r0
若沸点进料，忽略热损失时， t0 t L 0
qm,v
qm,wr r0
qm,w r 1 qm,v r
即蒸发多少水分，则消耗多少蒸汽。
2、多效蒸发过程
（1）总蒸发水量 qm,w qm,wi
qm,w
qm,0 (1
x0 xn
适用于粘度随流体温度和浓度变化较大的物料，不适于 热敏性物料。
3、平流加料流程（料液并行加入各蒸发器）
适用于易析出结晶的物料。
若二次蒸汽温度由蒸发室压力查取时，则没有 ' ' '
2、传热温差损失 溶液沸点升高，对蒸发过程的影响表现为减少了蒸发过
程的传热温差。 三、多效蒸发的流程 1、并流流程 （1）料液输送利用各效压力差，不必设泵； （2）后一效沸点比前效低，过热，产生自蒸发（闪蒸） （3）各效传热系数相差较大，前几效大，后几效小。 2、逆流加料流程 （1）料液输送，各效间用泵（低压至高压） （2）无自蒸发，且多消耗部分热（料液升温） （3）各效传热系数较为均匀。
第5章 蒸发
一、单效蒸发和多效蒸发
i 1
qm,0w0 (qm,0 qm,w )wn i 1,2,n 1 j n
（2）加热蒸汽消耗量
单
双
qm,w 1
2
qm,v 0.91
1.75
三效仿
3 2.5
四效
4 3.33
二、蒸发过程的沸点升高和传热温差损失 1、沸点升高 （1）溶质的存在，溶液的饱和蒸气压下降，沸点上升 （2）溶液的静压头，引起沸点升高。 （3）蒸汽流动过程中的阻力损失，造成的沸点升高。
t0 ) qm,wr L r0
若沸点进料，忽略热损失时， t0 t L 0
qm,v
qm,wr r0
qm,w r 1 qm,v r
即蒸发多少水分，则消耗多少蒸汽。
2、多效蒸发过程
（1）总蒸发水量 qm,w qm,wi
qm,w
qm,0 (1
x0 xn
适用于粘度随流体温度和浓度变化较大的物料，不适于 热敏性物料。
3、平流加料流程（料液并行加入各蒸发器）
适用于易析出结晶的物料。
若二次蒸汽温度由蒸发室压力查取时，则没有 ' ' '
2、传热温差损失 溶液沸点升高，对蒸发过程的影响表现为减少了蒸发过
程的传热温差。 三、多效蒸发的流程 1、并流流程 （1）料液输送利用各效压力差，不必设泵； （2）后一效沸点比前效低，过热，产生自蒸发（闪蒸） （3）各效传热系数相差较大，前几效大，后几效小。 2、逆流加料流程 （1）料液输送，各效间用泵（低压至高压） （2）无自蒸发，且多消耗部分热（料液升温） （3）各效传热系数较为均匀。
第5章 蒸发
一、单效蒸发和多效蒸发
化工原理 蒸发
说明：
★如果采用蒸发器中的二次蒸气饱和温度 T ， 则溶液的沸点：
t T ' ' '
' 溶液蒸汽压降低引起的沸点升高
' ' 液柱静压头引起的沸点升高
★如果采用冷凝器中的二次蒸气温度 T ' ' ，则：
t T ' ' ' ' ' ' ' '
' ' ' 为由于流动阻力引起的温度差损失。
强制循环式 升膜式蒸发器 降膜式蒸发器 单 程 式 （ 膜 式 ） 刮板式蒸发器
效果、缓和溶液结垢情况。
------ 特点：①溶液在蒸发器中只
升-降膜式蒸发器
直接接触式蒸发器：浸没燃烧蒸发器
通过加热室一次，不作循环 流动，停留时间短，适宜热 敏性物质。 ②溶液通过加热室时， 在管壁上呈膜状流动，该流 动传热效果最佳，故习惯上 又称为液膜式蒸发器。
传热速率与蒸发量的关系受进料情况影响： • 沸点进料 • 低于沸点进料 • 高于沸点进料 强化？
• 生产强度：单位时间、单位面积的蒸发量。U=W/A。 ------评价蒸发器优劣的重要指标
沸点进料，不计热损失：Q=Wr’= KA⊿t U=K⊿t / r’
★提高传热系数的方法
特点：热阻有三个方面造成，主要在管内垢层及管内沸腾 给热一方。但须注意及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝 性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加。 提高传热系数的措施： 1、定期清理垢层； 2、减缓垢层形成； ★加热微量阻垢剂； ★在处理有结晶物析出的物料时，可加入少量晶种（结晶颗 粒），使结晶尽可能在溶液主体中进行，而不是在加热面进行； ★添加表面活性剂：表面活性剂降低了相界面之间的张力， 从而产生了润湿、抗再黏附作用。既增大了沸腾给热系数、又可 使沸腾侧的加热面不易结垢层。 3、加快管内流体的循环速度（α↑、减缓结垢）：自然循环→ 强制循环；扩大管内沸腾环状流动区；降低单程汽化率，避免局 部浓度过高等。
清华大学化工原理06第六章蒸发
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.
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%
原蒸发量低，二次蒸汽做为加热 蒸汽。
理论上：
一效1kg蒸汽1kg水 二效1kg蒸汽2kg水
沸点汽3kg水 不同压力下的值。
实际上：D/W 1 2 3 4 5
1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
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
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 KSt KS(T t1)
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 / Sr ' K t / r '
Δt↑ 饱和蒸汽压↑ 操作压力↓ 不凝气
(T t1) (T2 t2) (T3 t3)
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。
*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。
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。
提高K 结垢 i：物性、操作条件
2、单效与多效的比较 QL=0，浓缩热Cp0 = Cp1， 沸点进料。
单效蒸发浓缩的原理
单效蒸发浓缩的原理
单效蒸发浓缩是利用液体蒸发的原理，通过加热将水转化为蒸汽，然后将蒸汽冷凝成液体的过程，从而实现溶液的浓缩。
具体原理可分为以下几个步骤：
1. 将溶液加热至沸点，使其中的水分开始蒸发。
2. 蒸汽被导入蒸发器内部，将蒸汽与溶液进行接触，使溶液中的水分继续蒸发。
3. 蒸汽在蒸发器内部冷却，并变成了液体状，此时液体中含有浓缩后的溶质。
4. 通过收集液体并排出水分，实现对溶液的浓缩。
单效蒸发浓缩的优点在于操作简便，设备易于维护，适用于对低浓度溶液进行浓缩。
但是，它的能耗较高，且浓缩效果不如多效蒸发浓缩明显。
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温度差损失Δ＝ΔtT－Δt=(Ts-T)-(Ts-t)=t-T
溶液的沸点t=T+Δ,有效传热温度差Δt=ΔtT-Δ
温度差损失原因：〈〈12〉〉溶蒸液发的器沸中点液升柱高静压头的影响 〈3〉流体摩擦阻力损失
⑴ 溶液的沸点升高与杜林规则
将1atm下的沸点升高
杜林(Duhling)规则：溶液的沸点与同温度 近似地作为其它压力
若为沸点进料，即t0 t1,并忽略热损失和比热C1和C0的差别，则有：
D Wr r
或 D r Wr
由于蒸汽在t1和T下的潜热r和r相差不大,
D W
r R
1
②溶液的浓缩热不可忽略
（3）蒸发Байду номын сангаас传热面积的计算
A Q DR K (Ts t1 ) K (Ts t1 )
1 K
1
i
Ri
1
o
Ro
5.3 2 蒸发设备中的温度差损失
Q H s hs
9.87 105
2728 556.51000
0.455kg / s 1640kg / h
2·求料液流量F
DH s Fh0 WH (F W )h1 Dhs QL
查NaOH的焓浓图得：料液的焓h0＝120kJ/kg,完成液的焓 h1＝540kJ/kg
又热损失 QL＝0·03Q 0.03 9.87 105 29600W 29.6kW
h1=c1t1,h0=c0t0代入热量衡算C式1＝：4.187 1－0.5＋2.01 0.5＝3.1
0·455（2728－556·5）＋F 3·75 35＝F－W 3·1100＋2681W＋29·6
178·7F＋2371W＝958·4 将W＝0·6F代入，解得：F＝0·6kg/s,W=0·36kg/s
蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)时，饱和蒸汽的温度为 59·7℃，焓为2605kJ/kg，
二次蒸汽的焓为：H=2605+1.88(100-59.5)=2681kJ/kg
1·加热蒸汽消耗量D
Q KA(Ts t) 1000 30 (132.9 100) 9.87 105W / m2
D
％的NaOH水溶液浓缩至50％。已知加热用饱和水蒸气的压力为 294kN/m2(绝压)，蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)，溶液的沸点 为100℃，又蒸发器的总传热系数为1000W/m2.K，热损失可取为传
热量的3％，试计算加热蒸汽消耗量D和料液处理量F。
解：查加热蒸汽的温度Ts=132·9℃，焓Hs＝2728kJ/kg,hs=556.7kJ/kg
0.455 2728 120F 2681W 540F W 0.455 556.5 29.6
整理后得： 420F＋2141W＝958·4
联物立料求衡解算上：两式W：＝F＝1 0·ww5106kFg/s,W0.6=F0.6F=0.34kg/s
3·不考虑浓缩热求F
C0＝4·187 1－0·2＋2·01 0·2＝3·75
解：1atm水的沸点为100 ℃，查图， 50％NaOH溶液的沸点为142℃
19.6kPa水的沸点为59.7 ℃，查图， 50％NaOH溶液的沸点为100℃
Δ 142 100 42C Δ 100 59.7 40.3C
⑵ 液柱静压头和加热管内摩擦损失 对溶液沸点的影响
加热管内的溶液压强高于液面上方的压强(即蒸发室内的压强p)
D F(h1 h0 ) W (H h1) QL H s hs
①忽略浓缩热 h1 c1t1, h0 c0t0
D F (C1t1 C0t0 ) W (H C1t1 ) QL 考虑到H s hs rH, Hs hCs 1t1 r,故得
D F (C1t1 C0t0 ) Wr QL r
蒸发设备中的传热温度差Δt=Ts-t。Ts为加热蒸汽的温度 （如300kPa的蒸汽，温度为133.3 ℃ ),t为溶液的沸点。
若蒸发室内压力为1atm,蒸发的是水（其沸点T为100℃），则 ΔtT=Ts-T=133.3-100=33.3℃ 如蒸发的为30％NaOH溶液，其沸点为115℃，则 Δt＝Ts-t=133.3-115＝18.3℃。
取加热管内溶液平均深度L/2处的压强为： p p p gL
2
液柱静压头所引起的温度差损失为： T T
( pp )
( p)
加热管内摩擦损失引起的温度差损失一般为： 10 C
总温度差损失为：Δ (Δ Δ Δ)
t T Δ T (Δ Δ Δ)
蒸发器中的传热温度差为：
t Ts t (Ts T ) ( ) (Ts T )
下溶剂的沸点成线性关系。
下的沸点升高。
tA
t
0 A
K
tw
t
0 w
tA
t
0 A
K (tw
t
0 w
)
式中t
A和t
0 代表某液体（或溶液）在两种不同压力下的沸点，
A
t
w和t
0 w
代表某标准液体在相应压力下的沸点。
溶液沸点升高：
t t
溶液
水
例：蒸发浓度50％NaOH溶液，若蒸发室压力分别为1atm和
19.6kN/m2（绝压），试求△′。
5.3.3 真空蒸发
⑴在减压下溶液的沸点较在常压下的为低，因此可以 提高加热蒸汽与沸腾液体间的温度差，于是可相应 减小蒸发器的传热面积。
⑵可以利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽。 ⑶可用来浓缩不耐高温的溶液。 ⑷由于溶液的沸点降低，蒸发器损失于外界的热量 较小。
例：有一传热面积为30m2的多效蒸发器，将35℃、质量浓度为20
5.3 单效蒸发
5.3.1 单效蒸发的计算
已知进料的浓度、温度、进料量， 完成液的浓度，加热蒸汽压力和冷 凝器的压力，求：
①水分蒸发量；
②加热蒸汽消耗量；
③蒸发器的传热面积；
(1) 物料衡算
Fw0 (F W )w1 W F(1 w0 )
w1
w1
Fw0 F W
（2）热量衡算
DH s Fh0 F W h1 WH Dhs QL
溶液的沸点t=T+Δ,有效传热温度差Δt=ΔtT-Δ
温度差损失原因：〈〈12〉〉溶蒸液发的器沸中点液升柱高静压头的影响 〈3〉流体摩擦阻力损失
⑴ 溶液的沸点升高与杜林规则
将1atm下的沸点升高
杜林(Duhling)规则：溶液的沸点与同温度 近似地作为其它压力
若为沸点进料，即t0 t1,并忽略热损失和比热C1和C0的差别，则有：
D Wr r
或 D r Wr
由于蒸汽在t1和T下的潜热r和r相差不大,
D W
r R
1
②溶液的浓缩热不可忽略
（3）蒸发Байду номын сангаас传热面积的计算
A Q DR K (Ts t1 ) K (Ts t1 )
1 K
1
i
Ri
1
o
Ro
5.3 2 蒸发设备中的温度差损失
Q H s hs
9.87 105
2728 556.51000
0.455kg / s 1640kg / h
2·求料液流量F
DH s Fh0 WH (F W )h1 Dhs QL
查NaOH的焓浓图得：料液的焓h0＝120kJ/kg,完成液的焓 h1＝540kJ/kg
又热损失 QL＝0·03Q 0.03 9.87 105 29600W 29.6kW
h1=c1t1,h0=c0t0代入热量衡算C式1＝：4.187 1－0.5＋2.01 0.5＝3.1
0·455（2728－556·5）＋F 3·75 35＝F－W 3·1100＋2681W＋29·6
178·7F＋2371W＝958·4 将W＝0·6F代入，解得：F＝0·6kg/s,W=0·36kg/s
蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)时，饱和蒸汽的温度为 59·7℃，焓为2605kJ/kg，
二次蒸汽的焓为：H=2605+1.88(100-59.5)=2681kJ/kg
1·加热蒸汽消耗量D
Q KA(Ts t) 1000 30 (132.9 100) 9.87 105W / m2
D
％的NaOH水溶液浓缩至50％。已知加热用饱和水蒸气的压力为 294kN/m2(绝压)，蒸发室的压力为19·6kN/m2(绝压)，溶液的沸点 为100℃，又蒸发器的总传热系数为1000W/m2.K，热损失可取为传
热量的3％，试计算加热蒸汽消耗量D和料液处理量F。
解：查加热蒸汽的温度Ts=132·9℃，焓Hs＝2728kJ/kg,hs=556.7kJ/kg
0.455 2728 120F 2681W 540F W 0.455 556.5 29.6
整理后得： 420F＋2141W＝958·4
联物立料求衡解算上：两式W：＝F＝1 0·ww5106kFg/s,W0.6=F0.6F=0.34kg/s
3·不考虑浓缩热求F
C0＝4·187 1－0·2＋2·01 0·2＝3·75
解：1atm水的沸点为100 ℃，查图， 50％NaOH溶液的沸点为142℃
19.6kPa水的沸点为59.7 ℃，查图， 50％NaOH溶液的沸点为100℃
Δ 142 100 42C Δ 100 59.7 40.3C
⑵ 液柱静压头和加热管内摩擦损失 对溶液沸点的影响
加热管内的溶液压强高于液面上方的压强(即蒸发室内的压强p)
D F(h1 h0 ) W (H h1) QL H s hs
①忽略浓缩热 h1 c1t1, h0 c0t0
D F (C1t1 C0t0 ) W (H C1t1 ) QL 考虑到H s hs rH, Hs hCs 1t1 r,故得
D F (C1t1 C0t0 ) Wr QL r
蒸发设备中的传热温度差Δt=Ts-t。Ts为加热蒸汽的温度 （如300kPa的蒸汽，温度为133.3 ℃ ),t为溶液的沸点。
若蒸发室内压力为1atm,蒸发的是水（其沸点T为100℃），则 ΔtT=Ts-T=133.3-100=33.3℃ 如蒸发的为30％NaOH溶液，其沸点为115℃，则 Δt＝Ts-t=133.3-115＝18.3℃。
取加热管内溶液平均深度L/2处的压强为： p p p gL
2
液柱静压头所引起的温度差损失为： T T
( pp )
( p)
加热管内摩擦损失引起的温度差损失一般为： 10 C
总温度差损失为：Δ (Δ Δ Δ)
t T Δ T (Δ Δ Δ)
蒸发器中的传热温度差为：
t Ts t (Ts T ) ( ) (Ts T )
下溶剂的沸点成线性关系。
下的沸点升高。
tA
t
0 A
K
tw
t
0 w
tA
t
0 A
K (tw
t
0 w
)
式中t
A和t
0 代表某液体（或溶液）在两种不同压力下的沸点，
A
t
w和t
0 w
代表某标准液体在相应压力下的沸点。
溶液沸点升高：
t t
溶液
水
例：蒸发浓度50％NaOH溶液，若蒸发室压力分别为1atm和
19.6kN/m2（绝压），试求△′。
5.3.3 真空蒸发
⑴在减压下溶液的沸点较在常压下的为低，因此可以 提高加热蒸汽与沸腾液体间的温度差，于是可相应 减小蒸发器的传热面积。
⑵可以利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽。 ⑶可用来浓缩不耐高温的溶液。 ⑷由于溶液的沸点降低，蒸发器损失于外界的热量 较小。
例：有一传热面积为30m2的多效蒸发器，将35℃、质量浓度为20
5.3 单效蒸发
5.3.1 单效蒸发的计算
已知进料的浓度、温度、进料量， 完成液的浓度，加热蒸汽压力和冷 凝器的压力，求：
①水分蒸发量；
②加热蒸汽消耗量；
③蒸发器的传热面积；
(1) 物料衡算
Fw0 (F W )w1 W F(1 w0 )
w1
w1
Fw0 F W
（2）热量衡算
DH s Fh0 F W h1 WH Dhs QL