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化工原理 蒸发
适用于黏度较小的（小于0.05Pa·s）、蒸发量较大、易受热分解的热 敏性溶液者；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。
（2）降膜式蒸发器
料液是从蒸发器的顶 部加入，在重力作用下沿 管壁成膜状下降，并在此 过程中蒸发增浓，在其底 部得到浓缩液。
降膜式蒸发器可以蒸 发浓度较高、粘度较大（ 0.05～0.45 Pa·s）、蒸发 量较小、热敏性的物料。 但因液膜在管内分布不易 均匀，传热系数比升膜式 蒸发器的较小，仍不适用 易结晶或易结垢的物料。
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。
强制循环型
2、单程型（膜式）
（1）升膜式蒸发器
料液在加热管内受热汽化， 生成的蒸汽在加热管内高速上升 （常压下汽速为20～50m/s，减 压 下 汽 速 可 达 100 至 160m/s 或 更 大些）。溶液被上升的蒸汽所带 动，沿管壁成膜状上升并继续蒸 发，汽、液混合物在分离器内分 离。
加热管直径约 为25～50mm， 管长和管径之 比约为100～
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
化工原理 蒸发汇总
式中 x0，x——分别为料液、完成液的质量分数 。
7.2.1 单效蒸发的计算
• （2）热量衡算 • 时， 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出
DHs Fh0 ( F W )h WH Dhs Ql
D( H s hs ) F ( h h0 ) W ( H h) Ql
减压（真空）蒸发。
② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸
7.1 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 ② 溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。 有些物料具有热敏性，有些则具有较大的黏度或具有较强的 腐蚀性等等，需要根据物料的这些特性，设计或选择适宜结 构的蒸发器。 ③ 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作是大量耗热
W, H, T
Fx 0 ( F W ) x
x0 W F ( 1 ) 水分蒸发量： x
加料 （1）
二次蒸汽
F , x 0 , t0 , h 0 D, Ts, Hs
加热蒸汽
蒸发室
加热
(F - W), x, t,h, c
完成液
Fx 0 完成液的浓度： x F W
（2）
D, Ts, hs
式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程 度（或生蒸汽的利用率）。
7.2.1 单效蒸发的计算
• （3）蒸发器传热面积的计算 由传热速率方程得
Q A Kt m
式中
A ——蒸发器传热面积，m2； Q ——传热量，W； K——传热系数，W/m2· K； Δtm——平均传热温差，K。
由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热， Δtm=Ts - t，且蒸发器的热负荷Q = DR，所以有
《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。
化工原理之蒸发
♠
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。因此蒸发 器内需要足够的分离空间，必要时还需要除沫装置。
♠
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。
6
分类
(1) 单效蒸发与多效蒸发
在操作中一般用冷凝方法将二次蒸汽不断地移出，否 则蒸汽与沸腾溶液趋于平衡，使蒸发过程无法进行。若将单效蒸 发。若将二次蒸汽引到下一个蒸发器作为加热蒸汽，以利 用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。
• • • •
为了简便，常根据平均压力pm查出纯水的相应沸点 tpm，故因静压力而引起的温度差损失为 ∆ʹʹ=tpm- tpʹ 式中 tpm—与平均压力pm相应的纯水的沸点，℃； tpʹ—与二次蒸汽压pʹ相对应的水的沸点，即二次 蒸汽的温度，℃。 由于溶液沸腾时液层内混有气泡,故液层的实际密度 较式pm=pʹ+ρgl/2采用的纯液体密度要小，因此用式 ∆ʹʹ=tpm- tpʹ算出的∆ʹʹ值偏大。此外，当溶液在加热管内 的循环速度较大时 ，就会因流体阻力使平均压力增高， 而式pm=pʹ+ρgl/2中并没有考虑这项影响，但可以抵消前 述的部分误差。可见，由式∆ʹʹ=tpm- tpʹ求出的∆ʹʹ值仅为 估算值。
（2） 加压蒸发、常压蒸发、减压蒸发
蒸发操作可以在加压、常压、减压下进行。工业上的蒸 发操作经常在减压下进行，这种操作称为真空蒸发。
（3） 间歇蒸发和连续蒸发
根据蒸发操作的过程模式分类的。
应用
• 蒸发操作广泛应用于化工、石油化工、 制药、制糖、造纸、深冷、海水淡化及原 子能等工业中。
单效蒸发
• 溶液的沸点和温度差损失
化工原理蒸发分析
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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
化工原理-蒸发
蒸发蒸发操作的特点：蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩得到浓溶液的过程。
1.1蒸发的基本流程：蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不断除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
蒸发器实质上是一个换热器，由加热室和分离室两部分组成，加热室通常用饱和水蒸气加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离室分离后从蒸发器引出，为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器顶部设有气液分离用的除沫装置从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，在多效蒸发中，二次蒸汽用于下一效的物料加热。
冷却水从冷凝器顶加入，与上升的蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，不凝气体从顶部排出。
通常不凝气体来源有两个方面，料液中溶解的空气和系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。
料液在蒸发器中蒸浓达到要求后称为完成液，从蒸发器底部放出，是蒸发操作的产品。
1.1.2蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。
常压蒸发和减压蒸发根据操作压力不同，蒸发过程可以分为常压蒸发和减压蒸发，常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压力从冷凝器排出。
减压蒸发冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统中的不凝气需用真空泵抽出。
减压蒸发较常压蒸发具有如下优点：①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小；②可以蒸发不耐高温的溶液；③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂；④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。
但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置。
单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程分为单效蒸发和多效蒸发。
单效蒸发中加热蒸汽在冷凝器中用水冷却排出。
多效蒸发中，第一个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推，串联蒸发器的个数称为效数。
化工原理-蒸发
循环型蒸发器
列文式蒸发器
加热室上增设沸腾室， 溶液的沸腾传热有加热 室转移到沸腾室.
过 程 原
优点：避免加热管表面 结晶和结垢，适于粘度
理 大的溶液，传热系数大
与 装
缺点：液柱静压头引起
备 的温差损失大。
31
单程型蒸发器
升
膜
式
蒸
过 程 原
发 器
理
与
装
备
降 膜 式 蒸 发 器
33
单程型蒸发器
E1 E2
W1
W2
则 W1=D W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
过 程
W3=W2-E2=D-E1-E2
原 水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
理 与
D W 2 E1 1 E2
装
33 3
备 推广至n效： D W n 1 E1 n 2 E2 1 En 1
5
单效蒸发 物料衡算
水分蒸发量W
总物料衡算： F = L ＋W
过 溶质不变： F x0 Lx F W x
程
原 理
水分蒸发量：
W
F
1
x0 x
与
装 备
完成液浓度：
x F x0 F W
F x0 t0 h0 c0
D, Ts , Hs
W, T, H
蒸发室
加 热 L , x, 室 t , c, h
D, Ts, hs
装
备
35
单程型蒸发器 刮板式冷凝器
过 程 原 理 与 装 备
36
浸没燃烧式蒸发器
过 程 原 理 与 装 备
37
除沫器、冷凝器和真空装置 除沫器
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
化工原理蒸发
不同类型的蒸发器，各有特点，对溶液的适应性 也不相同，见P302表5-1。
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5.2 单效蒸发
5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 1.溶液的沸点
含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下纯 水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点高于纯 水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的 传热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称 为温度差损失，而且溶液浓度越高，温度差损失 越大
tW
tW′
纯水沸点，℃
线即可求得该溶液在其它压
强下的沸点。
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求解方法有两种：
总的温度差损失为三项之和，即Δ=Δ’ +Δ’’
+20Δ24’/10/’10 ’
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1).因溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失Δ′
设tA为仅考虑因溶质存在时引起蒸汽压下降时溶液 的沸点，则Δ′=tA-T′。Δ值的大小与溶液的种类、 浓度以及操作压强有关，通常采用两种方法计算：
(1).经验估算法(吉辛科法) 对常压下由于蒸汽压下降而引起的沸点升高Δa′进 行修正用于操作压强下的温度差损失。
冷凝水
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完成液
水
5
蒸发操作时，溶液由分离室底 部加入，沿中央循环管流向加
1.加热室 2.加热管 3.中央循环管 4.分离室 5.除沫器
不凝性气体
热室，在加热室垂直管束内通 过时与饱和蒸汽间接换热，被 加热至沸腾状态，汽液混合物
6.冷凝器 二次蒸汽
冷却水
沿加热管上升，达到分离室时
蒸汽与溶液分离。为与加热蒸 汽相区别，产生的蒸汽称为二 料液
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溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液， 其蒸汽压较同温度下纯水的低，即在相同的压强 下，溶液的沸点高于纯水的沸点，所以当加热蒸 汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水 的温度差，两者之差称为温度差损失，而且溶液 浓度越高，温度差损失越大
《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 第五章 蒸发
第五章蒸发evaporationξ5－1 蒸发过程概述1．蒸发的概念2．蒸发操作的目的3．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1．循环型蒸发器2．单程型蒸发器3．直接接触传热的蒸发器二.蒸发器的选型1、蒸发器改进与发展2、蒸发器性能的比较与选型ξ5－1 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。
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
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
第7章 化工原理蒸发
（2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂 如中药生产 中酒精浸出液的蒸发。
二．蒸发的概念
图7-1 液体蒸发的简化流程
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
D r o F c 0 (t t0 ) W r Q 损
蒸发器的热负荷为
Q Dro
7.3.3蒸发速率与传热温度差
蒸发速率： 通常用单位时间的蒸发量W表示。
蒸发过程的速率是由传热速率决定的。
Q D roK A (Tt)
溶液的沸点： 溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强，而且还与溶
质存在使溶液的沸点升高和蒸发器内液体的静压强有关。
第7章 蒸发
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 蒸发设备
多效蒸发
7.1 概述 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称为蒸发。
蒸发操作的基本要点
蒸发操作的基本要点是向蒸发器连续提供 足够的热量并及时移除汽化的溶剂。
蒸发操作的目的
度差之和远小于总温度差，故多效蒸发的生产强度远小于单效
蒸发。故多效蒸发是以牺牲生产强度来提高加热蒸汽的经济性
的。
对真空蒸发，提高冷凝器的真空度虽然增加了传热推动力， 提高了生产强度，但功耗增大。
冷凝器内的压强（或蒸发室空 间的压强）主要取决于什么？
蒸发室空间的压强约等于二次蒸汽冷凝器内的压强。而冷凝器内的压强， 不是仅取决于真空泵所能抽到的真空程度，因为真空泵及时抽出的主要是不 凝性气体。二次蒸汽在冷凝器内要及时的冷凝下来，因此，二次蒸汽冷凝器 内的压强（或蒸发室空间的压强）主要取决于冷凝器所使用的冷却水（直接 冷却）温度下的饱和蒸汽压。冷却水温度愈低，蒸发室所能达到的压强愈低。
化工原理第5章 蒸发
（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。
∆' ：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。
三、几个基本概念：
1.生蒸汽：即新鲜加热蒸汽。 生蒸汽： 生蒸汽 2.二次蒸汽：蒸出的蒸汽。 二次蒸汽： 二次蒸汽 3.单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操 单效蒸发： 单效蒸发 作。 4.多效蒸发：将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，作 多效蒸发： 多效蒸发 为加热蒸汽以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效 蒸发。 。 5.生产能力：单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量。 生产能力： 生产能力 6.生产强度：单位传热面积的蒸发量，即单位时间、单位传 生产强度： 生产强度 热面积蒸发的水份量 [ kg ]
化学蒸发知识点总结
化学蒸发知识点总结一、蒸发的分子角度在液体中，分子的平均速度不同，有些分子速度较快，有些速度较慢。
快速的分子具有较高的动能，当它们运动到液体表面时可能克服液体的表面吸引力直接进入气相。
蒸发时，处于液体表面的分子被气相吸走，同时液体因失去这部分分子而降温。
液体温度越高，其分子的平均速度就越大，有更多的分子具有较大的动能，所以蒸发速度就越快。
二、温度对蒸发的影响在液体表面和气相之间建立联系是蒸发过程的最大障碍，温度对蒸发过程起着主导作用。
加热液体使其温度升高，分子的平均动能增大，因此蒸发速度加快。
液体温度越高，蒸发速度就越快，同时蒸发速度不仅取决于液体的温度还取决于液体的密度，液体越稀薄，蒸发越容易发生。
此外，液体的表面积越大，蒸发速度也越快。
所以，在实际生产场景中，为了提高蒸发速度，可以通过调节液体温度、密度和表面积来优化蒸发过程。
三、蒸发过程中的能量变化蒸发是一种吸热过程，当液体蒸发时，与蒸发有关的能量来源于液体内部的分子动能和表面蒸气的热运动。
随着液体分子逃出液面，液面附近的能量较大，这些分子有了较大的动能，液体内部因为失去了这么多分子而减少这么多能量，所以蒸发是一种吸取蒸发所需要的热能。
四、化学蒸发在工业生产中的应用在化工生产中，蒸发是一种重要的分离过程。
它通常用于从溶液中分离出溶质，或者从混合物中分离出组分。
蒸发可以将液体中的溶质浓缩，同时还可以净化液体。
因此，在化工生产中，蒸发技术被广泛应用于化学工艺中的溶剂回收、废水处理、食品工业和制药工业中。
在溶剂回收方面，蒸发通常是通过加热液体以使其蒸发，然后将蒸气冷凝成液体回收。
这种方法可以节约能源，同时减少化工生产中废弃物的产生。
在废水处理方面，蒸发是一种有效的污染物去除技术。
通过蒸发，水蒸气可以从含有污染物的水中分离出来，然后再将水蒸气冷凝成液体，得到干净的水。
这种方法对于处理含有重金属、有机物等难降解物质的废水具有很好的效果。
在食品工业和制药工业中，蒸发也被广泛应用。
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蒸发
蒸发操作的特点：蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩得到浓溶液的过程。
1.1蒸发的基本流程：蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不断除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
蒸发器实质上是一个换热器，由加热室和分离室两部分组成，加热室通常用饱和水蒸气加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离室分离后从蒸发器引出，为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器顶部设有气液分离用的除沫装置从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，在多效蒸发中，二次蒸汽用于下一效的物料加热。
冷却水从冷凝器顶加入，与上升的蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，不凝气体从顶部排出。
通常不凝气体来源有两个方面，料液中溶解的空气和系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。
料液在蒸发器中蒸浓达到要求后称为完成液，从蒸发器底部放出，是蒸发操作的产品。
1.1.2蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。
常压蒸发和减压蒸发根据操作压力不同，蒸发过程可以分为常压蒸发和减压蒸发，常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压力从冷凝器排出。
减压蒸发冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统
中的不凝气需用真空泵抽出。
减压蒸发较常压蒸发具有如下优点：①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小；②可以蒸发不耐高温的溶液；③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂；④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。
但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置。
单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程分为单效蒸发和多效蒸发。
单效蒸发中加热蒸汽在冷凝器中用水冷却排出。
多效蒸发中，第一个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推，串联蒸发器的个数称为效数。
①多效蒸发的经济性多效蒸发时，除末效外，各效的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽加以利用，因而和单效相比，相同的生蒸汽量D可蒸发更多的水量W，亦即提高了生蒸汽的经济性W/D。
如前所述，在若干假定条件下，单效时的W/D约为1。
同理，双效时约为2，三效时约为3，等等。
考虑实际情况，根据经验，不同效数时生蒸汽的经济性大致如下表：表1-1 生蒸汽经济性W/D的经验值
效数单效双效三效四效五效W/D 0.91 1.75 2.5 3.33 3.70 正由于多效蒸发时生蒸汽的经济性较高，所以在蒸发大量水分时广泛采用多效蒸发。
但上表也说明，当效数增加时，W/D值虽然增加，但并不和效数成正比。
②多效蒸发的代价首
先，多效蒸发时需要多个蒸发器，为便于制造和维修，各蒸发器的传热面积常相同，此时，多效蒸发的设备费近似和效数成正比。
因此，多效蒸发时生蒸汽经济性的提高是以设备费为代价的。
其次，当生蒸汽的压力（温度）和冷凝器的压力（温度）给定时，不论单效或多效蒸发，其理论传热温度差均为Δtr=T-T′。
这里，T和T′分别为加热蒸汽和冷凝器处二次蒸汽的温度。
换句话说，理论传热温差与效数无关，多效蒸发只是将上述传热温度差按某种规律分配至各效。
而且，多效蒸发的每一效都存在沸点上升或传热温度差损失，因而各效有效传热温度差之和——总有效传热温度差必然小于单效时的有效传热温度差，结果导致多效时的生产能力小于单效。
间歇蒸发和连续蒸发间歇蒸发有两种操作方法：①一次进料，一次出料②连续进料，一次出料工业上大规模的生产过程通常采用的是连续蒸发。
1.1.3蒸发器的生产强度与蒸汽的经济性（一）蒸发器的生产能力与生产强度1、蒸发器的生产能力蒸发器的生产能力可用单位时间内蒸发的水分量来表示。
由于蒸发水分量取决于传热量的大小，因此其生产能力也可表示为
rtKSrQWm W—蒸发器的生产能力，kg/h；Q—蒸发器的传热速率，kJ/h；r—操作压力下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg；
2、蒸发器的生产强度蒸发器的生产强度U简称蒸发强度，是指单位时间单位传热面积上所蒸发的水量，kg/(m2·h) SWU 若为沸点进料，且不计热损失，根据' mWrDrtKAQ，
则'm rtKSWU
由上式可知，若蒸发操作的压力一定，则二次蒸气的汽化热r‘也可视为常数，因此，欲提高蒸发器的生产强度，主要途径是提高总传热系数K和传热温度差Δtm（T－t1）。
前者，上面已述。
提高传热温度差的方法: 采用真空蒸发或选用高温热源，如高温导热油、熔盐或用电加热等。
3、提高蒸发强度的途径（1）提高传热温度差mt提高传热温度差可提高热源的温度或降低溶液的沸点等角度考虑，工程上通常采用真空蒸发或高温热源来实现。
（2）提高总传热系数蒸发器的总传热系数主要取决于溶液的性质、沸腾状况、操作条件以及蒸发器的结构等。
这些已在前面论述，因此，合理设计蒸发器以实现良好的溶液循环流动，及时排除加热室中不凝性气体，定期清洗蒸发器（加热室内管），均是提高和保持蒸发器在高强度下操作的重要措施。
（二）加热蒸汽的经济性蒸发过程是一个能耗较大的单元操作，通常把能耗也作为评价其优劣的另一个重要评价指标，或称为加热蒸汽的经济性，它的定义为1kg蒸汽可蒸发的水分
量，即：rrWDe提高加热蒸汽的蒸汽性通常可以选择多效蒸发。
（三）提高加热蒸汽经济程度的其他措施多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，除此之外，还可以采用以下措施来提高生蒸汽的经济程度。
1.二次蒸汽的部分利用（额外蒸汽的引出）在单效蒸发中，若能将二次蒸汽引出一部分，作为其他设备热源加以利用（如用来预热原料液），则对蒸发装置来说，能量消耗已降至最低限度，
只是将加热蒸汽转变为温度较低的二次蒸汽而已。
同理，对多效蒸发，如果将末效蒸发器的二次蒸汽有效的利用，也可大大提高加热蒸汽的利用率。
2.冷凝水显热的利用蒸发装置消耗大量蒸汽必随之产生数量可观的冷凝水。
此冷凝液排出加热室外可用以预热料液，也可像图7-19所示将冷凝水减压，减压至下一效加热室的压力。
使之用过热产生自蒸发现象。
汽化的蒸汽可与二次蒸汽一并进出入后一效的加热室，于是，冷凝水的显热得以部分地回收利用。
3.二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）在单效蒸发中，二次蒸汽在冷凝器中冷凝除去，蒸汽的潜热即完全除去，很不经济。
考虑此二次蒸汽通过热泵（即压缩机）绝热压缩，使其p↑，T↑，然后再送回原来的蒸发器中作为加热蒸汽，则其潜热可得到反复利用。
但是，要达到较好的经济效益，压缩功的压缩比不能太大，即二次蒸汽的压力和温度需提高的愈多，压缩比愈大，愈不经济。
这样，二次蒸汽的温升不可能高，传热推动力不可能大，而所需的传热面积则必然较大。
对于沸点升高大的溶液的蒸发，热泵蒸发器的经济程度大为降低。
由此可知，热泵蒸发量不适用沸点上升比较大的情况。
此外，压缩机的投资费用较大，需要维修保养，这些缺点也在一定程度上限制了它的使用。