完整版化工原理 第七章 蒸发
化工原理 08第七章蒸发与结晶
3．外热式蒸发器
外热式蒸发器的结构特点是把中 央循环管式蒸发器中管束较长的加热 室和分离室分开，这样，一方面降低 了整个设备的高度，另一方面由于循 环管没有受到蒸汽加热，加大了溶液 的密度差，且由于管子较长，从而加 快了溶液循环的速度（可达1.5m/s以 上）。
第七章 蒸发与结晶
安徽理工大学 张洪流
第一节 概述
蒸发是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使溶剂部分汽化从而达 到将溶液浓缩等生产目的的单元操作。蒸发操作广泛用于化工、轻工、 制药、食品等多种工业生产中。
蒸发操作在工业生产中主要作用有： （1）将稀溶液浓缩直接得到液体产品，或将浓缩液进一步加工处理获 取固体产品；例如电解法制得的稀烧碱溶液、蔗糖水溶液、果汁、牛奶、 抗生素溶液等的蒸发。 （2）获取溶液中的溶剂作为产品；例如海水蒸发制取淡水。 （3）同时制取浓缩液和回收溶剂；例如制药中浸取液的蒸发。
图7-5 列文蒸发器 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
5．强制循环型蒸发器
在一般的自然循环型蒸发器中，由于循 环速度较低，导致传热系数较小，且当溶液 有结晶析出时，易粘附在加热管的壁面上。 不适宜于处理粘度大、易结垢及有大量结晶 析出的溶液。为了提高循环速度，可采用强 制循环型蒸发器。它是利用外加动力（循环 泵）促使溶液循环，循环速度的大小可通过 调节循环泵的流量来控制，其循环速度一般 在2.5m/s以上。
7蒸发化工原理
降膜式
1200～3500
5/12/2020
26
第7章 蒸发
7.2.4 蒸发器的辅助设备
1 除沫器（汽液分离器）
蒸发操作时产生的二次 蒸汽，在分离室与液体分离 后，仍夹带大量液滴，尤其 是处理易产生泡沫的液体， 夹带更为严重。为了防止产 品损失或冷却水被污染，常 在蒸发器内（或外）设除沫 器。
图中（a）～（d）直 接安装在蒸发器顶部，（e ）～（g）安装在蒸发器外 部。
溶液的热稳定性：热稳定性差的物料，应选用滞料量少，停留时 间短的蒸发器，如各种膜式蒸发器
有晶体析出的溶液：选用溶液流动速度大的蒸发器，以使晶体在 加热管内停留时间短，不易堵塞加热管，如外热式、 强制循环蒸发器
5/12/2020
22
第7章 蒸发
易发泡的溶液：泡沫的产生，不仅损失物料，而且污染蒸发器，应 选用溶液湍动程度剧烈的蒸发器，以抑制或破碎泡沫，如外热式、强 制循环式、升膜式等；条件允许时，也可将分离室加大。
➢去除杂质。
溶剂S
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其它溶液， 而工业上处理的溶液大多为水溶液，所以本章仅讨论水 溶液的蒸发。
5/12/2020
2
7.1.2 蒸发流程
5/12/2020
第7章 蒸发
蒸发流程的两个必要的组成部分：
➢加热溶液使溶剂汽化—蒸发器 ➢不断除去气化的蒸发溶剂—冷凝器
适于处理易结垢，有晶体析出的溶液
5/12/2020
11
第7章 蒸发
（3）外热式蒸发器 这种蒸发器将加热室与分
离室分开，采用较长的加热管。
优点： ✓ 降低了整个蒸发器的高度，
便于清洗和更换； ✓ 循环速度较高，使得对流传
化工原理学--蒸发讲义
蒸发器的传热温差不仅与蒸汽压力、溶液沸点 有关，还存在温度差损失。
温度差损失的定义
蒸发操作中，有效传热温度差低于理论传热 温度差的值，称作温度差损失（Δ）。
冷凝器操作压力下水的饱和温度
理论传热温差：
t T t o
加热蒸汽的饱和温度
有效（实际）传热温差： t T t
温度差损失 ： t t
③蒸发器传热面积Ａ（传热速率方程）
7.3.1 物料衡算
设：蒸发过程没有溶质的损失
Fw0 (F W )w
W F (1 w0 ) w
F——物料量，kg/s W——蒸发水量，kg/s w0、w——料液、完成液的浓度（％质量）
7.3.2 热量衡算
1、溶液浓缩热不可忽略
Dr0 Fi0 (F W ) i WI Ql Dr0 F (i i0 ) W (I i) Ql
某一浓度溶液的杜林线与浓度为零的直线之间的 垂直距离即为相应压力下该溶液的沸点升高Δ´ 。
杜林线图中可得三个结论：
①溶液浓度小时， Δ´与压 强关系不大，可取常压下 数据 Δ´a 。
②浓度升高，溶液沸点显 著增加；
③不同压力下溶液的沸点与 同压强下溶剂的沸点成线 性关系
7.3.3.2 液柱静压头使溶液沸点升高
7.2 蒸发设备（Evaporation Devices） 7.2.1 常用蒸发器
一、循环型蒸发器
（The Circulation Evaporator）
1、垂直短管式
（中央循环管式蒸发器）
循环动力：密度差
优点： 结构简单，操作可靠，
传热效果好，造价低；
缺点：循环速度低，易积污垢，
操作周期短，清洗不便。
W F (1 w0 ) w
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
陈敏恒《化工原理》(第3版)(上册)章节题库-蒸发(圣才出品)
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书第7章蒸发一、选择题1．真空蒸发时，冷凝操作压强最低极限取决于（）。
A．冷凝水的温度B．真空泵的能力C．当地大气压力D．蒸发器的蒸发水量【答案】A2．在蒸发操作中，平流加料流程主要适用于（）的场合。
A．粘度随温度和浓度变化较大的场合；B．粘度不大的溶液；C．蒸发过程中容易析出结晶的场合。
【答案】C3．为了提高蒸发器的生产强度，主要应设法（）。
A．采用多效蒸发B．采用额外蒸汽引出C．加大蒸发器的有效温度差D．增加传热面积【答案】C二、填空题1．采用多效蒸发流程所得到的蒸汽经济性的提高是以______为代价的。
【答案】降低生产能力2．在双效蒸发系统中，将1000kg/h，质量分率为10%的稀溶液浓缩到50%，其理论蒸汽用量约为______kg/h，若第一效的蒸发水量为400kg/h，溶液离开第一效蒸发器的浓度为______。
【答案】800；16.67%3．有一台单效蒸发器，原来的加热介质为压力为0.5MPa的饱和蒸汽，沸点加料，若改用压力为0.4MPa的饱和蒸汽加热，其生产强度将______，原因是______；单位蒸汽消耗量将______，原因是______。
【答案】下降；传热温差减小；基本不变；两种压力蒸汽的冷凝潜热基本相同4．蒸发过程中沸点升高的主要原因有______；多效蒸发的典型流程有______。
【答案】溶液沸点较纯溶剂沸点高、液柱静压头导致沸点升高、二次蒸汽流动阻力损失等；并流加料、逆流加料、平流加料和错流加料等5．单效蒸发器将F＝2000kg/h，W0＝10％（质量分数）的原料液浓缩到35％（质量分数），料液沸点进料，忽略热损失。
蒸发器的传热面积A＝20m2，K＝1000W/（m2·℃），蒸发室压强下水的饱和汽化潜热r＝2330kJ/kg，则蒸发水量为______kg/h，有效温差为______℃。
【答案】1428.6；46.26．为了使蒸发器更适合用于蒸发黏度较大、易结晶或结垢严重的溶液，并提高溶液循环速度以延长操作周期和减少清洗次数，常采用______蒸发和______蒸发。
大学化学《化工原理 蒸发》课件
pm p p p gL / 2
p：液面上的压强； L：加热管底部以上液层高； ρ：液体的平均密度。
§7.2 单效蒸发
14
＝t( pp) t( p)
3. 管道流体阻力产生压降的影响
p < p′ 二次蒸汽饱和温度↓
⊿'''＝1℃ （三） 蒸发器的生产能力和生产强度
生产能力: 单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率 Q
（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；
（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。
（3）设备的清洗和维修也不够方便。 应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。
§7.4 蒸发设备
2. 悬筐式蒸发器（自然循环型）
优点：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。
适用于易结晶或结垢溶液的蒸发
23
二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，
操作费比单效蒸发小； 注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，
效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，
设备费比单效蒸发大。
效数越多，设备费增大的幅度越大。
§7.3 多效蒸发
§7.4 蒸发设备
34
缺点：
❖液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求 加热蒸汽有较高的压力。
❖设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
4. 强制循环蒸发器
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。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 能耗大。
§7.4 蒸发设备
35
（二）单程型蒸发器
化工原理课件7.蒸发
7. 蒸发
7.3.1 加热蒸汽的利用率
1、并流加料 、 物料与二次蒸汽同方向 相继通过各效。 相继通过各效。 优点： 各效压强逐效降 优点：(1)各效压强逐效降 低，料液可藉此压差自动 地流向后效。 地流向后效。 (2)末效负压操作，完成液 末效负压操作， 末效负压操作 完成液t 能量利用较为合理。 低，能量利用较为合理。 缺点： 缺点：末效 x ↑, t ↓⇒ µ ↑↑, 传热条件差 ⇒ A末 ↑
7. 蒸发
7.1 概述
二、蒸发操作的工程目的 1、 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 、 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 2、蒸发—结晶联合操作以获得固体溶液 、蒸发 结晶联合操作以获得固体溶液 3、脱除杂质，制取纯净的溶剂。 3、脱除杂质，制取纯净的溶剂。 三、蒸发操作的特点 目的： 目的：物质的分离 实质：热量传递。 实质：热量传递。 特点：含有不挥发溶液的沸腾传热。 特点：含有不挥发溶液的沸腾传热。
7. 蒸发
7.2.1 蒸发器
2、降膜式 、 其结构原理与升膜式类似。 其结构原理与升膜式类似。区别在 料液在蒸发器顶部加入， 于：料液在蒸发器顶部加入，底部得 到完成液； 到完成液；加热管顶部装有液体分布 器，以使液体成膜；对浓度较高，粘 以使液体成膜；对浓度较高， 度较大溶液也适用；结构较复杂。 度较大溶液也适用；结构较复杂。适 宜粘度50~450mPa.s。不易结晶的料液。 宜粘度 。不易结晶的料液。 降膜式液体分布
7. 蒸发
7.1 概述
一、概念 蒸发——含有不挥发性溶 蒸发 含有不挥发性溶 液在沸腾条件下受热， 液在沸腾条件下受热，使部分 溶剂汽化为蒸汽的操作。 溶剂汽化为蒸汽的操作。 蒸发操作的基本概念： 蒸发操作的基本概念： 加热蒸汽(生蒸汽 加热蒸汽 生蒸汽) 生蒸汽 二次蒸汽 单效蒸发 多效蒸发 常压蒸发 加压蒸发 减压蒸发
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。
化工原理蒸发分析
汇报人：
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
添加章节标题
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
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
化工原理课件7.蒸发
节能效果：降低 能耗、减少排放、 提高生产效率
减排措施：采用清 洁能源、减少废气 排放、回收利用废 热等
采用高效 蒸发器， 提高蒸发 效率
优化工艺 流程，减 少能耗
采用节能 型设备， 如变频器、 节能泵等
回收利用 废热，如 冷凝水、 废气等
加强设备 维护，减 员技能， 减少操作 失误和能 耗浪费
物料的密度：影响蒸发操作 的液位和流速
物料的沸点：影响蒸发操作 的温度和压力
物料的粘度：影响蒸发操作 的传热和流动阻力
物料的表面张力：影响蒸发 操作的液滴形成和液滴尺寸
蒸发过程优化与节 能减排
蒸发过程能耗：主 要包括加热蒸汽、 冷却水、电能等
优化方法：采用高 效蒸发器、优化工 艺参数、提高传热 效率等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
食品加工：利用蒸发原理将食品中 的水分去除，得到干燥食品
环境控制：利用蒸发原理将空气中 的水分去除，得到干燥空气，用于 环境控制和空气净化
蒸发操作方式
定义：液体在常温常压下，通过与空气接触，自然蒸发成气体的过程。 特点：蒸发速度慢，蒸发量小，适用于低浓度、低沸点液体的蒸发。 应用：食品加工、医药生产、化工生产等领域。 注意事项：控制蒸发温度、防止液体飞溅、防止空气污染等。
原理：通过加热使液体沸腾， 产生蒸汽，将液体转化为蒸汽
特点：速度快，效率高，适用 于热敏性物料
设备：蒸发器、冷凝器、泵、 管道等
应用：食品、医药、化工等行 业
减压蒸发：通过降低压力使液 体蒸发，如真空蒸发、减压蒸 馏等
加热蒸发：通过加热使液体 蒸发，如蒸馏、煮沸等
自然蒸发：通过自然环境进 行蒸发，如晾晒、风干等
采用高效蒸发器，提高蒸发效率 采用热泵技术，降低能耗 采用冷凝水回收技术，减少废水排放 采用废热回收技术，提高能源利用率 采用清洁能源，减少化石燃料使用 采用智能化控制系统，优化蒸发过程
化工原理《蒸发》ppt
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） 蒸发过程分类：1.加压蒸发、常压蒸发和减压蒸发 2.单效蒸发与多效蒸发 3.间歇蒸发和连续蒸发 蒸发操作的特点：1.溶液沸点升高 2. 热能的综合利用 3.溶液的工艺特性
6.2 蒸发设备
蒸发设备及其大致分类见下图示：
特点是溶液沿加热管壁呈膜装流 动而进行传热和蒸发，一次通过 加热室即可达到所要求的组成。 其突出优点是传热效率高，蒸发 速度快，溶液在蒸发器内停留时 间短，特别适用于热敏性物料的 蒸发。 垂直短管型蒸发器
Ⅱ.蒸发器的基本结构、操作特性及适用场合。
◆应重点掌握的内容 Ⅲ.蒸发过程计算（以单效为重点，包括溶液沸点升 高、物料衡算、热量衡算、传热面积计算等。） Ⅳ.蒸发操作的强化及节能途径。了解更多蒸发的流 程、与单效蒸发的比较及效数的限制。 ◆学习方法：在全面掌握传热知识的基础上，从分析蒸发操作的特点入手，理解 蒸发器结构特点及其多样性（适应物料工艺特点）、蒸发过程计算的复杂性（溶 液沸点升高）、提高蒸发器的生产强度的措施、蒸发操作的节能途径。
作用是能及时 排出加热室的 冷凝水，且能 阻止加热蒸汽 由排出管逸出， 同时却能排出 加热系统的不 凝性气体。
面安装真空系统，抽出冷凝器中的不凝性气体，一维持其所需的真空度。
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。（其广泛应用于化工、轻工、制药、生物、食品 等行业）
工业上被蒸发 的溶液居多， 故本章以水溶 液为重点。
蒸发的目的：1.制取增浓的液体产品 （如牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩） 2.纯净溶液的制取（如淡化海水）
强制循环式蒸发 器，v循环 =2~5m/s, λ总 =1000~6000W/ (m2· ℃）
《蒸发化工原理》PPT课件
11/28/2020
14
2 单程型(膜式)蒸发器 溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通
过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸 发器。
优点： •溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料 的蒸发； •整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度， 因而这种蒸发器的有效温差较大。
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。
不适于处理能被燃烧气污染及热敏性的 溶液。
11/28/2020
20
（2）螺旋管蒸发器
在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部 流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并流流动，由 于加热管当然螺旋形状，在中等高度的设备中 可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中 产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为 此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施 加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并 强化高粘情况下的热传递。
适用于达到高浓度和高粘度。为获得高的蒸发 比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。
11/28/2020
21
7.2.2 蒸发器的选型
选型时，一般考虑以下原则： 溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度变化的情况，是选型时很重 要的因素。 高粘度的溶液应选用对其适应性好的蒸发器，如强制循环型、降 膜式、刮板搅拌薄膜式等；
③溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸 点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性，等等。需 要根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备。
11/28/2020
4
7.1.4 蒸发操作的分类
1.按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发
陈敏恒《化工原理》(第3版)(上册)名校考研真题-蒸发(圣才出品)
第7章蒸发一、选择题1．装满乙醚的瓶上接一垂直长管与周围大气相通。
管内的扩散是乙醚蒸发速度的决定因素，假定乙醚蒸气通过静止的空气而扩散。
若管的长度和直径都增加一倍，则乙醚每秒蒸发量（kg/s）将变为原来的几倍？（）[浙江大学2011年研]【答案】B【解析】扩散是蒸发速度的决定因素，单向扩散的计算公式为()(),1221A Z A A BMD P N P P RT Z Z P =⋅－－Z 2－Z 1增加为原来的一倍，扩散面积A＝πd 2/4，则蒸发速度正比于221Z Z d -，即变为原来的2倍。
2．为了工业化蒸发浓缩粘度偏高的稀磷酸水溶液，应采取的适宜蒸发方式是（）。
[中南大学2012年研]A．并流多效真空蒸发B．单效常压蒸发C．逆流多效真空蒸发D．单效真空蒸发【答案】C【解析】逆流加料适宜处理黏度随温度和组成变化较大的溶液。
二、填空题1．有一台单效蒸发器，原来的加热介质压力为0.5MPa的饱和蒸汽，沸点加料，若改用压力为0.4MPa的饱和蒸汽加热，其生产强度将______；单位蒸汽消耗量将______。
[浙江大学2011年研]【答案】减小，增大【解析】加热蒸汽压力减小，则蒸汽冷凝潜热减小，生产能力减小，则生产强度减小，单位蒸汽消耗量增大。
2．蒸发过程中哪两种情况可以引起蒸发器内沸点升高：______、______；多效蒸发的优点是：______。
[中山大学2010年研]【答案】溶液蒸汽压下降，加热管内液柱静压力；提高了经济效益（加热蒸汽的利用率）。
【解析】溶液的沸点升高与溶液类别、组成和操作压力有关。
多效蒸发时，蒸发等量的水分所需的加热蒸汽较单效时少，从而提高了蒸汽利用率，即经济效益。
化工原理-第七章-蒸发要点
化工原理-第七章-蒸发一.选择题1.蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。
BA. 生蒸汽；B. 二次蒸汽；C. 额外蒸汽2. 蒸发室内溶液的沸点（）二次蒸汽的温度。
BA. 等于；B. 高于；C. 低于3. 在蒸发操作中，若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。
AA. 减压；B. 常压；C. 加压4. 在单效蒸发中，从溶液中蒸发1kg水，通常都需要（）1kg的加热蒸汽。
CA. 等于；B. 小于；C. 不少于5. 蒸发器的有效温度差是指（）。
AA. 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差；B. 加热蒸汽与二次蒸汽温度之差；C. 温度差损失6. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）。
CA. 传热温度差；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数；D. 传热面积；7. 中央循环管式蒸发器属于（）蒸发器。
AA. 自然循环；B. 强制循环；C. 膜式8. 蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。
BA. 列文式；B. 膜式；C. 外加热式；D. 标准式9. 多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操作费用是随效数的增加而（）。
AA. 减少；B. 增加；C. 不变10. 蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）。
BA. 越少；B. 越大；C. 不变11. 采用多效蒸发的目的是为了提高（）。
BA. 完成液的浓度；B. 加热蒸汽经济程度；C. 生产能力12. 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是用增加（）换取的。
AA. 传热面积；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数13. 多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效温度差就（）。
AA. 越小；B. 越大；C. 不变14. （）加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低。
AA. 并流；B. 逆流；C. 平流15. 对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（）蒸发器。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化工原理-第七章-蒸发一.选择题1. 蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。
BA. 生蒸汽；B. 二次蒸汽；C. 额外蒸汽2 .蒸发室内溶液的沸点（二次蒸汽的温度。
B A. 等于； B. 咼于； C. 低于3 .在蒸发操作中，若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。
AA. 减压；B. 常压；C. 加压4 .在单效蒸发中，从溶液中蒸发1kg水，通常都需要（）1kg的加热蒸汽。
C A. 等于； B. 小于； C. 不少于5 .蒸发器的有效温度差是指（)o AA. 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差；B.加热蒸汽与二次蒸汽温度之差；C. 温度差损失6. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）o CA. 传热温度差；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数；D. 传热面积；7. 中央循环管式蒸发器属于（）蒸发器。
AA. 自然循环；B. 强制循环；C. 膜式8. 蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。
BA. 列文式；B.膜式；C.外加热式；D.标准式9. 多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操作费用是随效数的增加而（）o AA. 减少；B. 增加；C. 不变10. 蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）o BA. 越少；B. 越大；C. 不变11. 采用多效蒸发的目的是为了提高（）BA. 完成液的浓度；B.加热蒸汽经济程度；C.生产能力12. 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是用增加（）换取的。
AA. 传热面积；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数13. 多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效温度差就（）o AA. 越小；B. 越大；C. 不变14. （）加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低。
AA. 并流；B. 逆流；C. 平流15. 对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（）蒸发器。
CA. 中央循环管式；B. 列文式；C. 升膜式二.填空题1. 蒸发是浓缩溶液的单元操作。
2. 为了保证蒸发操作能顺利进行，必须不断的向溶液供给热能—,并随排除气化出来的溶剂蒸汽—o3. 蒸发操作中，造成温度差损失的原因有:⑴溶质的存在使蒸气压下降，沸点升高，⑵液柱静压强引起，________⑶管道流体阻力导致。
4. 蒸发器的主体由—加热室 _和__蒸发室__组成。
5. 在蒸发操作中，降低单位蒸气消耗量的主要方法有：采用多效蒸发, ____ 真空蒸发_, _____加强设备保温。
6. 蒸发操作按蒸发器内压力可分为：_加压一_,_常压一_,_真空__蒸发。
7. 蒸发操作中，加热蒸气放出的热量主要用于：（1）二次蒸汽气化所需的潜垫（2）预热原料液（3）补偿蒸发器的热损失。
8. 并流加料的多效蒸发装置中，各效的蒸发量略有增加，其原因是料液从前一效进入后一效时有_自蒸发_。
9. 蒸发器的生产强度是指_单位传热面积上单位时间内所蒸发的水分量。
10. 蒸发器的生产能力是指_单位时间内蒸发的水分量_。
11. 单程型蒸发器的特点是溶液通过加热室一次,—_不作一—循环流动，且溶液沿加热管呈_膜状流动，故又称为_液膜式_蒸发器。
12. 降膜式蒸发器为了使液体在进入加热管后能有效的成膜，在每根管的顶部装有_液体分布器_。
13. 自然循环蒸发器内溶液的循环是由于溶液的_受热程度不同，而引起的一密度差异所致。
14. 标准式蒸发器内溶液的循环路线是从中央循环管_下降_，而从其它加热管_上升，其循环的原因主要是由于溶液的_受热程度一不同，而引起的_密度差异_所致。
三•问答题1998- 2005-提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪？①提高沸腾集热系数；②降低单程气化率；③高速流体使污垢不易沉积1999- 2007-什么是蒸发设备的生产强度单位传热面的蒸发量U=W/A=Q/Ar2001--循环型蒸发器中，降低单程气化率的目的是什么①降低溶液在加热壁面附近的局部浓度增高现象；②缓加热面上结垢现象。
2006--蒸发操作节能的措施①多效蒸发；②额外蒸汽的引出；③二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）；④冷凝水热量的利用2007--提高蒸发器生产强度的途径有哪些？①加大传热温差；②提高蒸发器的传热系数；③加热蒸汽的利用率1- 蒸发操作不同于一般环热过程的主要点有哪些？溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其他单元操作相比节能更重要2- 为什么要尽可能扩大管内沸腾时的汽液环状流动的区域 因为该区域的给热系数最大3- 分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。
成液浓度，加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等 单效间歇蒸发起先小，生产能力大4- 多效蒸发的效数受哪些限制经济上限制：W/D 的上升达不到与效数成正比, 技术上限制： 必须小于T-t0，而T-t0是有限的5- 比较单效与多效蒸发之优缺点单效蒸发生产强度高，设备费用低，经济性低。
多效蒸发经济性 四•计算题1.采用标准蒸发器将 10%的NaOH 水溶液浓缩至25% (质量分数)。
蒸发室的操作压 力为50 kPa ，试求操作条件下溶液的沸点升高及沸点。
解：溶液的沸点升高及沸点均按完成液来计算。
查得水的有关数据为 压力p /kPa 温度t /C 汽化热r/(kJ *g -1) 101.3 100 5081.22304.5在101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为113.07 C 。
常压下溶液的沸点升高为△尹(113.07 - 100)C =13.07 C50 kPa 时，溶液的沸点升高可用两种方法计算。
(1) 用杜林规则在杜林线图的横标 81.2 C 作垂直线交组成为 25%的杜林线，再由该点查得纵标的温度 为93 C,此即50kPa 下溶液的沸点t A 。
=(93 - 81.2 )C =11.8 C (2) 用式6-17经验公式估算2f a = 0.0162 (81213.07 C =11.5 C2304.5则溶液的沸点升高为 11.8 C, 50kPa 下的沸点为93 C 。
两种方法计算结果相差不大。
2. 用连续操作的真空蒸发器将固体质量分数为4.0%的番茄汁浓缩至30% ,加热管内液柱的深度为2.0 m ，冷凝器的操作压力为 8 kPa ，溶液的平均密度为 1 160 kg/m 3，常压下溶点为t B 41.341.3 1 1.5 43.8设原料液浓度，温度，完 W/A 的下降与效数成反比快;质存在引起的沸点升高=1 C,试求溶液的沸点t B 。
解：8 kPa 压力下对应二次蒸汽温度为 41.3 C,水的汽化热为2497 kJ/kg 。
取冷凝器到蒸发室的温差损失 =1.5 C 。
溶质引起的沸点升高取常压下数据，即=1 C 。
则溶液的沸的计算如下:P m PLg 2与43.8 C 相对应的压力 p =9.25 kPa1160 2.0 9.81 ,则p m 9.25kPa=20.63 kPa1000 2与P m 对应的溶液沸点为 60.7 C,即卩t B =60.7 C 3•在一连续操作的单效蒸发器中将 NaOH 水溶液从10%浓缩至45% （质量分数），原料液流量为1 000 kg/h 。
蒸发室的操作绝对压力为50 kPa （对应饱和温度为 81.2 C ）,加热室中溶液的平均沸点为 115 C,加热蒸汽压力为 0.3 MPa （133.3 C ）,蒸发器的热损失为12 kW 。
试求（1）水分蒸发量；（2） 60 C 和115 C 两个加料温度下加热蒸汽消耗量及单位 蒸汽耗用量。
解：（1）水分蒸发量W F （1 x °） 1000 （1 kg/h=777.8 kg/hx 1 0.45（2）加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量 用焓浓图计算。
10%NaOH 水溶液 60 C 的焓 220 kJ/kg , 115 C 的焓为 440 kJ/kg ; 45% NaOH 水溶液 115C 的焓 545kJ/kg ; 115C 水蒸汽的焓为 2702.5kJ/kg, 0.3 MPa 下 r=2168.1 kJ/kg 。
60 C 加料时D WH （F W ）0 Fh 0 Qr777.8 2702.5 (1000 777.8) 545 1000 220 3600 122168.1D 943.9 e W 777.8115 C 加料时D 777.8 2702.5 (1000 777.8) 545 1000 440 3600 12 kg/h =842 4kg/h 2168.1842.4 e 777.8显然，随加料温度提高， D 及e 值均下降。
4.在单效蒸发装置中， 将1/4的二次蒸汽用来预热原料液。
原料液的流量为1 000kg/h ,温度从20 C 升到70 C,其比热容 C 0=3.96 kJ/（kg ?C ）。
完成液的组成为 0.28 （质量分数， 下同）。
已知溶液的沸点为 98 C,蒸发室内二次蒸汽温度为 91 C,加热蒸汽温度为125 Co忽略蒸发装置的热损失。
试求（1 ）传热的有效温差和温差损失；（2）原料液的组成X 0 ；（ 3）加热蒸汽消耗量和经济性。
解：（1）有效温差和温差损失t m T t 125 98 C =27 Ct 1 T 98 91 C =7C(2 )料液组成91 C 下蒸汽的冷凝热 r 2281.6 kJ/kgFC p0 (t t 。
)1000 3.96 (70 20) kJ h 1.98 105 kJ h1.2141.083W4 198°°°kg/h=347.1 kg/h 2281.6W F(1X o) 1000 (1 _^)kg/h 347.1kg/h x , 0.28X o 0.1828(3) 加热蒸汽消耗量及其经济性98 C 和 125 C 的相变热分别为 2263.4kJ/kg 和 2191.8kJ/kg Wr DFC po* t) Q L 347.1 22634 1000 3.96 (98 70),丄小 E W D 347.10.8486409.05•在单效真空蒸发器中将牛奶从15%浓缩至50% (质量分数)，原料液流量为F=1500kg/h ，其平均比热容 C °=3.90 kJ/(kg ?C )，进料温度为30 C 。
操作压力下，溶液的沸点为 65 C,加热蒸汽压力为105 Pa (表压)。
当地大气压为101.3 kPa 。
蒸发器的总传热系数 K °=1 160 W/(m 2?C )，其热损失为8 kW 。
试求(1)产品的流量；(2)加热蒸汽消耗量；(3)蒸发 器的传热面积。
解：(1)产品流量X 0F(1 —)1500 (1X 1(2) 65 C 下水的汽化热为 r =2343.4 kJ/kg201.3 kPa 下的蒸汽冷凝热 r=2204.5kJ/kg , T=120.3 C 忽略牛奶的稀释热，则1050 23434 1500 390 (65 30) 3600 82204.5=1222 kg/h1222 e1.1641050(3)蒸发器的传热面积Q 1500 3.90 (65 30) 1050 2343.4 kJ/h=2.665 X 106kJ/h=740 kW t m T t B 120.3 65 C =55.3 C3S 0Q 740 10m 2=11.54 m 2K 0 t m 1160 55.36•在双效并流蒸发装置上浓缩盐的水溶液。