第四章蒸发
第四章 真空蒸发镀膜法
第五节 蒸发源的类型
真空蒸发所采用的设备根据其使用目的不同 可能有很大的差别， 可能有很大的差别，从最简单的电阻加热蒸 镀装置到极为复杂的分子束外延设备， 镀装置到极为复杂的分子束外延设备，都属 于真空蒸发沉积的范畴。 于真空蒸发沉积的范畴。 在蒸发沉积装置中， 在蒸发沉积装置中，最重要的组成部分就是 物质的蒸发源。 物质的蒸发源。
第一节 真空蒸发镀膜原理
定义：真空蒸发镀膜(蒸镀) 一．定义：真空蒸发镀膜(蒸镀)是 在真空条件下， 在真空条件下，加热蒸发物质使 气化并淀积在基片表面形成固 之气化并淀积在基片表面形成固 体薄膜，是一种物理现象。 体薄膜，是一种物理现象。 广泛地应用在机械、电真空、 广泛地应用在机械、电真空、无 线电、光学、原子能、 线电、光学、原子能、空间技术 等领域。 等领域。 加热方式可以多种多样。 加热方式可以多种多样。
24
P (P ) v a
MT 22 P (Torr) ≅ 3.51×10 v 分子/(厘 2 ⋅ 秒 米 ) MT
分 /(厘 2 ⋅ 秒 子 米 )
m M −4 Rm = mRe = P ≅ 4.37×10 P (Pa) 克/(厘米2 ⋅ 秒 ) V V 2π RT T M ≅ 5.84×10 P (Torr) 克/(厘 2 ⋅ 秒 米 ) V T
三个基本过程： 四. 三个基本过程：
（1）加热蒸发过程，包括由凝聚相转变为气相（固相或液相 ）加热蒸发过程，包括由凝聚相转变为气相（ →气相）的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不同的 气相）的相变过程。 气相 饱和蒸气压，蒸发化合物时，其组合之间发生反应， 饱和蒸气压，蒸发化合物时，其组合之间发生反应，其中有 些组成以气态或蒸气进入蒸发空间。 些组成以气态或蒸气进入蒸发空间。 （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即这些粒 ）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运， 子在环境气氛中的飞行过程 飞行过程。 子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气 体分子发生碰撞的次数， 体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均自由程以及 从蒸发源到基片之间的距离，常称源-基距 基距。 从蒸发源到基片之间的距离，常称源 基距。 淀积过程， （3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即蒸气凝聚、 ）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程 即蒸气凝聚、 成核、核生长、形成连续薄膜。由于基板温度远低于蒸发源 成核、核生长、形成连续薄膜。 温度， 温度，因此沉积物分子在基板表面将发生直接从气相到固相 的相转变过程。 的相转变过程。
第四章-蒸发
法除去，否则不但损失物料，而且会对冷凝设备、蒸发器的传热面产生 污染，降低热流量
二、影响蒸发效率的因素
生产强度：单位时间、单位传热面积上所蒸发的溶剂或水Βιβλιοθήκη 量。（表示蒸发设备的效率）
W K t m U A i t
U——生产强度；W——蒸发量；A——蒸发器的传热面积
K——蒸发器的传热总系数；△tm——加热蒸汽饱和温度与溶液沸点之差
原理：料液预热到接近沸点时由
蒸发器底部送入，进入加热管时
立即受热沸腾汽化，溶液在高速 上升的二次蒸汽带动下，沿管壁 边呈膜状向上流动边蒸发。到达 分离室后，完成液与二次蒸汽分 离后由分离室底部排出。
气冷凝所致，而真空装置仅是抽吸蒸发系统泄漏的空气、物料及冷却
水中溶解的不凝性气体和冷却水饱和温度下的水蒸气等，冷凝器后必 须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射泵、 水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。
4、 常用的蒸发设备
（1）循环型蒸发器
特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶 液浓度接近于完成液浓度。
3 ）外热式蒸发器
操作流程（通常采用真空蒸发工艺）
先开真空阀，抽至一定真空度，
进料，关闭进料阀；
开启蒸气阀门，加热；
抽样检查，达到规定的浓缩程度
后，关闭真空系统，蒸气阀门， 室内恢复常压后，打开放料阀。
3 ）外热式蒸发器
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，使得对流传热系 数提高；
有利于蒸发进行。 有效成分耐热，溶剂无毒、无害、不易燃烧、无 经济价值者可用此方法。
（一）常用蒸发方法
第四章--蒸发器
越接近冷表面处饱和空气的状态，理想情况下出口空气的状态可以
达到点S的状态。
理想情况下空气与蒸发器冷表面的换热热流量max (KW )为：
max qm (h1 hs )
实际情况下的换热热流量为： qm (h1 h1)
接触系数s：s
h1 h1 h1 hs
只有部分传热面积与液态制冷剂相接触，表面传热系数 相对较小； 充液量少，润滑油容易返回压缩机；
依靠泵强迫制冷剂在蒸发器中 循环，液体循环速度大小由泵 调节，制冷剂循环量是蒸发量 的几倍，沸腾换热强度较高， 润滑油不易在蒸发器内积存。
依靠泵把制冷剂喷淋在传热面 上，蒸发器中制冷剂充灌量很 少，液柱高度不会对蒸发温度 产生影响。
交换热流量为：
ds （a t-ts）dA
式中：a 外表面的显热传热系数，W /(m2 K )
（t-ts） 湿空气与水膜之间的温度差，基本等于湿空气干球温度与
外壁面温度之差。
在微元面上的潜热交换热流量dl =（d-ds）rdA 式中： --传湿系数，kg/(m2 s)；
t0 Z p0 Z 系数，K / kPa，对于不同制冷剂仅为饱和温度t0的函数， 可查140页的表4 4。 3、制冷剂液体高度对蒸发器传热的影响。 4、制冷剂在微细内翅管中的沸腾换热： 传热的增强明显大于压降的增加，成本比较低。
微细内翅管剖面图
5、纯制冷剂在管内的沸腾换热
TP 1
d,ds 湿空气、水膜表面饱和湿空气的含湿量，kg / kg（干空气）； r--水的比潜热，J/kg。
在微元面上总交换热流量
d=ds dl [a (t ts ) (d ds )r]dA
引入路易斯数Le
第四章蒸发工序题库
第四章蒸发工序题库第四章蒸发工序第一节蒸发一、判断题1．多效蒸发的目的是提高产量（×）2．蒸发生产的目的，一是浓缩碱液，二是除去结晶盐。
（?）3．三效四体二段蒸发工序中，一效二次汽送往二效加热室，二效二次汽送往三效加热室，三效二次汽送往四效加热室。
（×）4．真空系统中，要尽量减少管道过长，弯头过多等因素，以减少不必要的真空度损失。
（?） 5．衡量一台测量仪表质量好坏的三个品质指标中，仪表的精度等级是最重要和最基本的。
精度越高，测量误差越小。
（?）6．蒸发量突然增大，易造成水喷射泵返水，因此蒸发器进出料应平稳，严防大起大落。
（?） 7．在三效顺流蒸发装置中，二效蒸发器液面控制过高，会导致蒸发器分离空间不足，造成三效冷凝水带碱。
（?）8．碱液在自然循环蒸发器中循环的方向是：在加热室列管内下降，而在循环管内上升。
（×） 9．交班者不仅可在现场进行交接班，也可在方便的地方进行交接班。
（×） 10．工业废渣是一种自然资源，要想方设法利用，以开辟新的原料来源，减少对环境的污染。
（?） 11．三效顺流蒸发装置中，一效冷凝水带碱，必定是一效加热室漏。
（×） 12．在标准蒸发器加热室中，管程走蒸气，壳程走碱液。
（×）13．对喷射冷凝水来说，在生产过程中，若空气量不变时，下水温度升高，水蒸气分压亦相应升高，导致排容量增加。
（?）14．衡量一台测量仪表质量好坏，常用三个重要品质指标，即仪表的精确度、变差和仪表的灵敏度。
（?）15．对蒸发装置而言，加热蒸气压力越高越好。
（×）16．蒸发的效数是指蒸发装置中蒸发器的个数。
（×）17．由于交班不清楚或者漏交，在交接班后造成的事故由接班者负责。
（×） 18．碱雾沫或者浓度高的碱蒸气可使人的气管和肺部受到严重损害，甚至发生肺炎。
（?） 19．电解液储存量过多，也影响气耗上升。
（?）20．对蒸发装置而言，加热蒸气压力越高越好。
化工原理自测题
第四章 蒸发1、用一单效蒸发器将2500kg/h 的NaOH 水溶液由10%浓缩到25%（均为质量百分数），已知加热蒸气压力为450kPa ，蒸发室内压力为101.3kPa,溶液的沸点为115℃，比热容为3.9kJ/(kg ·℃)，热损失为20kW 。
试计算以下两种情况下所需加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。
（１）进料温度为25℃；（2）沸点进料。
解：（1） 求水蒸发量W应用式（4-1）kg/h 1500)25.01.01(2500)1(10=-=-=x x F W（2）求加热蒸汽消耗量应用式（4-4） r Q Wr t t FC D L010')(++-=由书附录查得450kPa 和115℃下饱和蒸汽的汽化潜热为2747.8和2701.3kJ/kg 则进料温度为25℃时的蒸汽消耗量为：kg/h 18208.2747102.71005.41078.88.27473600203.27011500)25115(2500465=⨯+⨯+⨯=⨯+⨯+-⨯=D 单位蒸汽消耗量由式（4-5a ）计算，则21.1=W D原料液温度为115℃时kg/h 15008.27473600203.270115002=⨯+⨯=D单位蒸汽消耗量0.12=W D由以上计算结果可知，原料液的温度愈高，蒸发1 kg 水所消耗的加热蒸汽量愈少。
2、试计算30%（质量百分数，的NaOH 水溶液在60 kPa （绝）压力下的沸点。
解：''ΔT t A +=T ‘查 蒸汽在600kPa 下的饱和温度为85.6℃，汽化潜热为2652kJ/kg'Δ由式（4-9） 常''f ΔΔ=可求其中 f 由式（4-10）求得，即785.01.2652)2736.85(0162.0')273'(0162.02=+=+=r T f查附录 常'Δ为160℃则 常'Δ=160-100=60℃1.47785.060'=⨯=∴Δ℃即 7.1321.476.85=+=A t ℃3、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCl 2水溶液，已知完成液浓度为35.7％（质分数），密度为1300kg/m 3，若液面平均深度为1.8m ，加热室用0.2MPa （表压）饱和蒸汽加热，求传热的有效温差。
第四章 大气中的水分
Ei E过冷却水面-E冰面
冰分子脱出冰面所受 的束缚比水分子脱出 水面的束缚大
E冰面 E过冷却水面 100%
冰晶和过冷却水滴共存情况在云中很普遍 冰晶效应 如果实际水汽压处于两者的饱和水汽压之间:
es (过冷却水滴) ea (实际水汽) es (冰晶)
蒸发
凝华
水滴不断蒸发而减小，冰晶因不断凝华而 增大，在冰和水之间水汽转移现象。 冰晶效应：这种由于冰水共存引起冰水间的 水汽转移的作用
E＞e 未饱和 蒸发 E=e 饱和 动态平衡 E＜e 过饱和 凝结
4
水 融解线
蒸发线
升华线
水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条 件下: (1)水只存在于0℃以上的区域，冰只存在于0℃ 以下的区域，水汽虽然可存在于0℃以上及以下的区 域，但其压强却被限制在一定值域下。
蒸发过程：较大动能水分子脱出液面使液面温 度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供给热 量，这部分热量等于蒸发潜热L，L 与温度t有如下 的关系：
第四章 大气中的水分
凝结
水汽输送
凝结
降水
蒸发 植物蒸腾
湖
降水
地表径流 地下径流
蒸发
海洋
下渗
地球上水分循环过程对地-气系统的热量平衡和 天气变化起着非常重要的作用
（一） 蒸发和凝结的基本原理
大气中 （二） 地表面和大气中的凝结现象 的水分
（三） 降水及人工影响天气
（一）蒸发和凝结的基本原理
1、水相变化
辐射雾多发生 在夜长、气温低的 冬季。只要满足条 件，在大部分地区 均可形成。
29
（4）混合冷却：当温差较大，且接近饱和的两 团空气水平混合后，也可能产生凝结。由于饱和水 汽压随温度的改变呈指数曲线形式，就可能使混合 后气团的平均水汽压比混合气团平均温度下的饱和 水汽压大。
石油产品分析第四章
50%馏出温度，表示汽油的平均蒸发 性。 50%的馏出温度越低，平均蒸发性越 好，启动时燃烧汽油量越多（发热量越 多），缩短发动机的升温时间并减少耗 油量。 车用汽油的50%馏出温度还影响汽油 发动机的加速性能和工作的稳定性。
90%馏出温度，表示汽油中重质组分 含量的多少。 重组分多，气化状态差，燃烧不完全。 我国规定车用汽油的90%馏出温度不 高于190 ℃。 终馏点表示燃料中最重馏分的沸点。 此点温度高，易稀释润滑油，增大机 械磨损。燃烧不完全，会在气缸上形成 油渣沉积或堵塞油管。
分子数与返回变成液体的分子数恰好相 等时，容器中的液相与气相就保持相对 平衡(动态平衡简称动平衡)，称之为饱和 状态，此时液面上的蒸气称之为饱和蒸 气;而在气液两相未达到动平衡时液面上的蒸气称为不
饱和蒸气。
2.影响油品饱和蒸气压的因素 油品含轻组分越多，饱和蒸气压越 高。在一定温度下，油品的馏分越重， 饱和蒸气压越小，而油品的组成是随汽 化率不同而改变的。在一定量的油品汽 化过程中，由于气相中轻组分含量多， 因此当汽化率增加时，则液相组成逐渐 变重，其蒸气压不断降低。
恩氏蒸馏测定操作简单、迅速，结果易 重合，对评定石油产品特别是评定轻质 油品的使用性质、控制产品质量和检查 操作条件等都有着重要的实际意义。
2.减压蒸馏 减压蒸馏是采用真空设施，利用各组分 相对挥发度的不同，使混合物在低于正 常沸点的情况下得到分离的过程。 适用于在常压下蒸馏可能分解的石油产 品，如燃料油、蜡油、重油等重质馏分 的馏程。即适用于测定最高温度达 400℃时，能部分或全部蒸发的石油产 品的沸点范围。
3.判断发动机燃料贮存和运输时的损失 油品含轻组分越多，其饱和蒸气压越高， 在储存运输和使用过程中蒸发损失也越大。 当贮存、灌注及运输汽油时，轻质馏分总会 有损失，根据汽油饱和蒸气压可判断出轻质 馏分的损失程度。汽油的蒸气压越大，在贮 存时的蒸发损失也越大。这不仅造成损失大， 还污染环境，而且增大了着火的危险性。 4.判断发动机燃料启动性能的好坏 蒸气压过低会影响油料的启动性能并减 少了燃烧性能良好的轻组分。因此根据不同 的季节分别规定了对蒸气压的要求(例如国 家汽油标准就分别规定了冬季和夏季的蒸气 压指标)。
蒸发
(2)经济性 结论： ▲多效蒸发的生蒸气经济性 （W/D） 理论值与效数成正 比，其经验值也随效数增多而增加，但不成正比。
加热蒸汽 D,Ts,H
加热室
冷凝液
D,Ts,hc
完成液（FW),w1,t1,c1,h
1
单效蒸发的物料衡算，热量衡算 示意图
2、加热蒸汽消耗量的计算
对蒸发器进行热量衡算得：
DH Fh0 WH 'Lh1 D hc QL 或Q D(H hc ) WH 'Lh1 Fh0 QL 式中Q 加热蒸汽消耗量，kg / h H 加热蒸汽的焓，kJ / kg H ' 二次蒸汽的焓，kJ / kg
逆流加料流程
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
料液
完成液
水
逆流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。 这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度 随温度变化较大的物料。
平流加料流
料液
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
水
平流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各 效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
三、蒸发操作的分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
4蒸散发过程模拟解析
方法四：波文比-能量平衡法
蒸发量计算公式：
E Re L
Bowen（1926）将水汽从水面进入空气的蒸发和扩散过 程类比于单位热能从水表面进入空气的传导过程，引入 了波文比（Bowen Ratio）的概念
B Rh Re
波文比的计算：B
T e
γ:干湿表常数； △T：温差； △e：气压差
方法四：波文比-能量平衡法
1926年，波文(Bowen) 提出 以能量守恒为基础，即考虑水体得到、损耗和储存的 能量。对任一水体，能量平衡方程可写为：
Rw Rs Rr Rl Rh Re Rv Ra
Rw：水体储能的增量；Rs：到达水面的总太阳辐射； Rr：反射的太阳辐射；Rl：大气和水体之间的净长波 辐射交换；Rh：从水体到大气的干热交换；Re：用 于蒸发的能量；Rv：蒸发水体带走的能量平流；Ra： 进入水体的净能量平流
2m高度处水汽压
E 0.18 0.098u10 e0 e 2
10m高度处的平均风速 雪面温度的饱和水汽压
二 冰雪蒸发
美国中央西拉雪实验室（Central Sirra Laboratory） 公式
Zb高度处的平均风速
E 0.0063 za zb
1/ 6
e0 ea ub
方法三：空气动力学法
1939年，桑斯威特(Thornthwatie)和霍尔兹曼 (Holzman)利用近地面边界层相似理论，提出计算蒸 发的空气动力学方法 假定：下垫面均匀，动量、热量和水汽传输系数相等
这一假定是蒸发理论的又一突破 但是，假定也将此方法的应用局限在较小的范围内， 因为实际中大部分下垫面都是非均一的，粗糙的下 垫面必定对湍流场产生复杂影响，所以计算中往往 存在较大误差
新课标人教版蒸发PPT教学课件
B. H2O2被还原成H2O.
C.该反应不属于氧化还原反应 D.此反应可用于检验Cr2O72-
练习 2
已知药剂乌洛拖品是一 种生物碱,该共价化合物含 C .H .N三种元素,每个分子内有四个N原子,且四个N原 子排列成内空的四面体(如白磷分子),每两个N原子间都 镶嵌着一个C原子,又知其分子内没有C-C单键和C=C不 饱和键,则
单键 双键和 叁键
共价键： 键长 键能 键角
极性键 非极性键 A-B A-A
共价键理论要点：
1、饱和性： 如：Ｈe Ｃ ４价；Ｈ １价；Ｏ ２价。 ＣＨ４ ＣＨ３ ＣＨ５ －ＣＨ３ 化合价与价键数有区别
2、方向性：
例1
例2
二、分子结构
常见”分子”的结构
Cl2 、O2 、N2 . H2O 、 CO2 、 NH3 .P4
结束ห้องสมุดไป่ตู้
水 和 酒 精 自 然 蒸 发
蒸 发 吸 热 的 应 用
影 响 蒸 发 快 慢 的 因 素
洒水车
在夏日的都市， 洒水车给人们带 来一阵阵的清 凉．
一、化学键
化学键
离子键: 离子化合物--离子晶体 共价键： 金属键：
离子键的形成过程 ：
共价键的形成过程 ：
配位键的形成过程 ：
共价键的键参数
影响蒸发快慢的因素（点击演示视频）
影响蒸发快慢的因素
液体的温度． 液体的表面积． 液体表面的空气流动．
想一想：
加快蒸发的具体办法． 减慢蒸发的具体方法．
影响蒸发快慢的因素
不同的液体在相同的情况下蒸发快慢也不同．
水和酒精的蒸发比较（点击进行视频演示）
洒水车
（点击观看图片）
蒸发吸热
液体在汽化的过程中需要吸收热量． 蒸发是汽化的一种方式同样需要吸收热 量． 蒸发吸热的应用（点击进行视频演示）
第四章 冷凝器和蒸发器
板式换热器（冷凝器、蒸发器）
Outlet refrigerant Inlet water
Inlet refrigerant Outlet water
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板式换热器（冷凝器、蒸发器）
A向 A B B向
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
制冷剂 水
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23
2014/6/2
二、冷凝器的热工性能
1. 不同冷凝器的传热性能比较
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卧式壳管式冷凝器的主要优点
传热系数较高，耗水量较少，操作管理方便，但是要 求冷却水的水质要好，清洗水垢时不太方便，需要停 止冷凝器的工作。 这种冷凝器一般应用在中、小型制冷装置中，特别是 压缩式冷凝机组中使用最为广泛。
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（3）套管式冷凝器
套管式冷凝器一般用于小型 氟利昂制冷机组，例如柜式空调 机、恒温恒湿机组等。
（1）立式壳管式冷凝器
工作原理： 水:冷却水从上部通入管内，吸热后排 入下部水池。顶部有配水箱和带斜 槽的导流管嘴。 通过斜槽沿切线方 向流入管中，沿管壁螺旋状向下流 动，形成一层水膜，提高冷却效果， 还可节水。 制冷剂：从中部进入管束外空间，冷 凝液沿管外壁流下，聚集于底部， 从出液管流出。 特点：占地小，无冻结危险，可安装 在室外，便于清除铁锈和污垢，对 水质要求不高；冷却水量较大，体 积笨重，多用于氨系统。
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空冷式冷凝器特点：
3. 采用空冷式冷凝器时，由于夏季室外温度较高，冷 凝温度较高，为获得同样的制冷量，压机的容量大
20%，且运行费用较高。
4. 空冷式机组多用于小型和移动式制冷机组及缺水地 区的氟利昂系统中。 5. 应防止冬季运行压力过低，蒸发器缺液，制冷能力 降低。
第四章 蒸发与蒸散 41 蒸发机制
第四章 蒸發與蒸散
© KTLee
1
4.1 蒸發機制 蒸發機制是遵循 Fick 第一定律(Fick’s first law) 的水汽分子擴散過程，蒸發量與風速以及水汽壓力 對飽合水汽壓力之差值成正比，其關係可表示為
E = K eVa (es − e )
式中E為蒸發率[L/T]；es與e分別為飽和水汽壓力與 水面上層空氣之水汽壓力；Va為風速；Ke為氣體擴 散係數。其中es與T之關係如
第四章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
蒸發與蒸散 蒸發機制 自由水面之蒸發估計方法 蒸散機制 蒸發散估計方法 減少蒸發散方法
蒸發散是指地表上所有液態或固態的水轉變成大 氣中水汽之歷程，因此其中包含河川、海洋、祼露土 壤以及植物表面等液態水之蒸發現象，以及經由植物 根系吸收水份，而後散失水份於葉面之蒸散現象。
E= Δ En + γ p Ea Δ +γ p
式中E為蒸發率；En為應用淨輻射量計算所得之蒸發 率；Ea為應用質量傳遞法計算所得之蒸發率。若上述 E、En與Ea之單位均為cm/day，則Δ與γp均為mb/℃。
第四章 蒸發與蒸散 © KTLee
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4.2.5 蒸發皿量測法 決定自由水面蒸發最直接的方法，為利用蒸發皿 量測蒸發率。一般蒸發皿是以鍍鋅鐵或其它合金製成 ，蒸發皿內之水位變化可利用高精度鉤尺量測而得。 美國氣象局之A型陸皿(class A land pan)，直徑為4 ft， 高為10 inch；通常皿內水位常保持約7 ~ 8 inch。 自由水面的蒸發量應低於蒸發皿之實際量測量， 所以 E = CpEp 式中Cp為蒸發皿係數(pan coefficient)，Ep為蒸發皿實 際量測量；美國之年平均Cp值約為0.7。
[Qs (1 − a ) + Qa ] − [Qb + Qh + Qe ] = Qt
第4章-蒸发条件下的土壤水分运动.讲课讲稿
如果未知函数改用土壤水吸力s，则相应的定解
问题为
K
s
ds dz
1 E
解为：z
s
0
s
1
0
dS
E/K
s
z0
为了对上式进行积分，Gardner（1958）
将导水率用下面的函数形式表示：K
s
sm
a1
a2
。
再令 E / a1 a2 1
从而
z
1 sm
ds
4.3 定水位条件下均质土壤的稳定蒸发
4.3.1 稳定蒸发条件下土壤的含水率及吸力分布
4.2 土壤蒸发的三个阶段及定解问题
4.2.2 蒸发条件下土壤水运动的定解问题
(2) 边 界 条 件
1）当土柱底部为不透水层，显然土壤水通量在底部 边界处为0，即
J wz L 0;
2）又如土柱底部为浅层地下水，地下水处土壤基质势
为0，即 m zL 0
3）又如实为无限长土柱但只分析有限长土柱，且蒸发
Ks
aa21/s，m上式可H近似aE1取aE11为a2 ：1
arctan
EsH 2 a1 a2E
当m=2时，由上一幻灯片中（1）可得:
H
a1 E
arctansH
E a1
4.3 定水位条件下均质土壤的稳定蒸发
ez
EDv
ed
e0
d
(3)
式中：
Dv为水汽在干土层中的扩
散系数，与土壤质地、 结构有关；
ed 为干土层以下蒸发区的
水汽压力，与有关；
d 为干土层厚度。
干土层 e0
d
ed
From Eqn. (2) & Eqn. (3)
MVR蒸发系统的运行管理
第四章MVR蒸发系统的运行管理（一）按操作规程步骤进行系统开停机等操作。
1、系统开机（1）开机检查：①确认电柜开关及PLC系统已正常供电；②根据进水化验数据设置运行参数，或采取其他措施；③检查装置主体设施及配套设备、蒸汽及循环水正常以及管道阀门；（2）系统开机：①进料流程：打开装置进料提升泵向结晶分离器进料，提前调整好进料泵回流阀，确认进料电动阀在结晶分离器液位到达4m时（分离器第一排试镜）,关闭进料泵；进料过程中，手动全开不凝气排放阀，进料完成关闭。
②预热：开启强制循环泵，频率由20Hz缓慢提升至48Hz；开启蒸汽总阀并由疏水阀排出蒸汽冷凝水，再调节减压阀出口压力至0.1-0.15Mpa，即正常供应蒸汽；打开旁通阀开度100，预热系统浓水及蒸汽管道；打开不凝气排放阀，开度15%-20%，排出系统内空气；冷凝水罐液位达到0.6m时，自动运行冷凝水泵及电动阀，保持回流阀50%开度；结晶分离器液位在4m状态下，料液温度达到95℃及以上时，即完成系统预热，此时可以关闭蒸汽。
③蒸发开始：全开旁通阀，设置不凝气阀为自动，控制强制换热器壳程压力在145Kp左右时自动开不凝气阀；做好蒸汽压缩机开机检查，蜗壳排水，开启辅油泵，压缩机散热风扇，15Hz启动蒸汽压缩机并缓慢提频到开机电流，之后缓慢关闭旁通阀（启动压缩机之前需熟读说明书及熟悉压缩机）；启动喷淋水泵，调节水泵出口阀门流量大小控制压缩机出口温度低于120℃；④蒸汽压缩机运行正常后，关闭车间蒸汽电动阀；调整出料泵进出口阀，适度开启回流阀，开启出料泵；⑤系统运行时，自动控制冷凝水罐及结晶分离器液位在0.6m和4m（具体根据现场实际液位来定），结晶分离器自动或手动补料时，需要缓慢进料，不能造成系统温度突降，适当可开启车间蒸汽电动阀补充热量。
开机完成后现场人员认真如实做好记录中控人员每两小时抄录一次数据并发群，现场人员30分钟进行一次现场巡查，有异常及时汇报。
⑥注意事项：蒸汽压缩机定期保养，不能长时间低于30hZ运行。
第四章 油品蒸发性能的分析
教学内容及课时安排：§4–1 馏程2课时教学过程[板书] 第四章油品蒸发性能的分析[讲述] 学习任务1、了解燃料油的使用要求；2、理解各评定指标的基本概念；3、掌握各评定指标的意义、测定方法和计算方法，形成单项测定的操作技能。
[讲述]蒸发性能又称为气化性能，它是指液体在一定的温度下能否迅速蒸发为蒸气的能力。
对于内燃机燃料，为什么要测试燃料的蒸发性能呢？内燃机内燃烧前要经过雾化，气化及与空气形成可燃混合气的过程，蒸发性能是保障。
油品的蒸发性能可用馏程、蒸汽压等指标评定，即为本章节的内容。
[板书] 第一节馏程一、测定馏程的意义1．馏程(1)沸点[讲述]纯液体物质在一定温度下具有恒定的蒸气压。
[提问]温度越高，纯液体物质蒸气压？[讲述]当饱和蒸气压与外界压力相等时，液体表面和内部同时出现气化现象，这一温度称为该液体物质在此压力下的沸点。
通常所说的沸点是指液体物质在压力为101.325kPa下的沸点，又称为正常沸点。
[板书] (2)沸程[讲述]石油是一个沸点连续的多组分混合物。
在外压一定时，油品的沸点范围，称为沸程。
[板书] (3)馏程在规定条件下，蒸馏100ml试油建立的馏出体积百分数与所对应的馏出温度的关系，从初馏点到终馏点这一温度范围，叫做馏程。
[板书] (4)馏分在某一温度范围蒸出的馏出物，称为馏分，如汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分及润滑油馏分等。
温度范围窄的称为窄馏分，温度范围宽的称为宽馏分。
[板书]2．馏分组成油品蒸馏测定中馏出温度与馏出体积分数相对应的一组数据，称为馏分组成。
例如，初馏点，10％点、50％点、90％点和终馏点等，生产实际中常统称为馏程。
馏分组成是石油产品蒸发性大小的主要指标。
[板书]3．测定馏程的意义（1）馏程是判断石油馏分组成，可作为建厂设计的基础数据。
（2）馏程是装置生产操作控制的依据（3）根据馏程可以评定汽油发动机燃料的蒸发性，判断其使用性能。
①10%馏出温度可以判断汽油中轻组分的含量，它反映汽油发动机燃料的低温启动性能和形成气阻的倾向。
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第四章蒸发
第一节概述
一、蒸发操作及其在工业中的应用
蒸发操作主要用于提高溶质的浓度；浓缩溶液和回收溶剂；获得纯净的溶剂等。
二、蒸发操作的特点
蒸发操作是将溶液加热至沸点，使其中挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。
蒸发操作进行的条件是供给溶剂汽化所需的热量，并将产生的蒸气及时排除。
蒸发器的加热室通常采用间壁式换热器，其两侧为恒温。
蒸发过程的特点是（与传热相比较）：
1 •因溶液沸点升高等因素会引起温度差损失；
2.因蒸发过程耗热量很大，所以应充分考虑热能利用；
3.因处理物料性质不同，故需充分考虑物料的特性及工艺条件，再选择或设计适宜的蒸发器。
三、蒸发操作的分类
可按蒸发模式、按操作条件（压力）及效数等进行分类。
第二节单效蒸发与真空蒸发
一、单效蒸发流程
蒸发器由加热器和蒸发室组成，此外还需除沫器、冷凝器等。
二、单效蒸发的设计计算
1.蒸发水量的计算
蒸发操作中，由于溶质是不挥发物质，因此，蒸发前后其质量不变，对它作物料衡算,
可得蒸发量，即
r %
羽=------- 7
完成液的浓度为
2.加热蒸气消耗量的计算
加热蒸气用量由热量衡算确定。
若只利用加热蒸气的冷凝潜热，则冷凝液在饱和温度下排出，其用量为
若溶液为沸点加热，且不计热损失，则为
D=一
式中：D/W称为单位蒸气消耗量，r '为加热蒸气的冷凝潜热;
r为二次蒸气的冷凝潜热。
3.蒸发器传热面积的计算
气的温度；ti 为溶液的沸点，此值需通过计算获得。
若蒸发操作的热源为饱和水蒸气，则 T 可由水蒸气表查得。
溶液的沸点ti,通常是根据冷凝器的压力 p,查饱和水蒸气表得二次蒸气得冷凝温度
T ,
再计算出各种温度差损失
后，用下式计算：
温度差损失包括： a.溶液的沸点升高—
:常为溶液在常压下因溶质存在而较纯溶剂(水)的沸点升高值，即 心-■ .-1 -，
其中tA 为常压下溶液的沸点，可由手册查取。
若蒸发操作在加压或真空条件下进行，则
丄常需乘以校正系数
“62字
式中T 和r '均指操作压力下二次蒸气的饱和温度和汽化潜热。
b.液柱静压头引起的溶液沸点升高 ]
蒸发器加热室中有一定液位，因液面下的压力比液面表面压力高，则液面下的沸点比 液面上的高，二者之差称为液柱静压头引起的溶液沸点升高，以
表示，其值用料液高度
斛_齐% 一呂"
一半处的压力
二
，并用-：进行近似计算，
式中t av 、応分别为P av 、p /压力水蒸气的饱和温度。
C.管道阻力产生压降引起的温度差损失
该损失是二次蒸气由分离室出口到冷凝器之间的压降所造成的温度差损失, =1 Co 因此，蒸发过程中的总温度差损失 -为
溶液的沸点t i
(2)总传热系数K 的确定 蒸发器的总传热系数可按下式计算
在蒸发操作中传热的平均温度差应为
,称为有效温度差，式中T 为加热蒸
通常取」
上式影响K值各因素中，往往是R i和〉i成为其设计和操作中的主要问题。
由于蒸发过程中，加热面处溶液中的水分汽化，浓度上升，因此溶液很易超过饱和状态，溶质析出并包
裹固体杂质，附着于表面，形成污垢，所以R往往是蒸发器总热阻的主要部分。
为降低污
垢热阻，工程中常采用的措施有：加快溶液循环速度，在溶液中加入晶种和微量的阻垢剂等。
影响:i的因素很多，如溶液的性质，沸腾传热的状况，操作条件和蒸发器的结构等。
提高:i的有效办法是增加溶液的循环速度和湍动程度等。
通常总传热系数K仍主要靠现场实测确定，设计时也可查表取值估计。
三、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
Q二筑m
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，
2
kg/(m • h)
w
II二- -
A
若为沸点进料，且不计热损失，根据
W也―
= ―L
则丿 -
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△ t m(T-t i)o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。
第三节多效蒸发
采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后
一效的加热蒸气。
一、多效蒸发流程
1.并流流程即加热蒸气和原料液均顺次流经各效。
这种加料的特点是前一效到后一
效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度会随效数
的增加而增大，使传热系数逐效下降，所以并流加料不适宜处理随浓度增加而增加较高的物料。
2.逆流流程即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。
这种加料的特
点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度随温度变化较大的物料。
3.平流流程即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效中加入和排出。
这种流程适用于处理易结晶物料。
二、多效蒸发设计计算
多效蒸发需要计算的内容有：各效蒸发水量、加热蒸气消耗量及传热面积。
由于其效数多，未知数也多，所以计算远较单效蒸发复杂。
因此目前已采用电子计算机进行计算。
但基本依据和原理仍然是物料衡算，热量衡算及传热速率方程。
鉴于计算中出现未知参数，因此常采用试差法，其步骤如下：
1.根据物料衡算求出总蒸发量；
2.根据经验设定各效蒸发量，再估算各效溶液浓度。
通常各效蒸发量可按各效蒸发量相等的原则设定，即
并流加料的蒸发过程，由于有自蒸发现象，则可按如下比例设定:
若为两效若为三效
根据设定得到各效蒸发量后，即可通过物料衡算求出各完成液的浓度；
3.设定各效操作压力以求各效溶液的沸点。
通常按各效等压降原则设定，即相邻两效间的压差为：
4.应用热量衡算求出各效的加热蒸气用量和蒸发水量；
5.按照各效传热面积相等的原则分配各效的有效温度差，并根据传热效率方程求出各效
的传热面积；
6.校验各效传热面积是否相等，若不等，则还需重新分配各效的有效温度差，重新计算, 直到相等或相近时为止。
三、多效蒸发效数的限制
单效和多效蒸发过程中均存在温度差损失。
若二者的操作条件相同，即加热蒸气压力和
冷凝器压力相同时，多效蒸发的温度差损失较单效时的大，而且效数越多，温度差损失将越
大。
不难理解，随着效数的增加，分配到各效的有效温度差就越小，这将导致设备的生产强
度下降。
若欲完成一定的生产强度，则设备加热面积必须增大，使投资增加。
通常，工程上以三效为多。
四、蒸发过程的经济性和节能
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，或称为加热蒸气的经济性，其定义为1kg蒸气可蒸发的水分量，即
额外蒸气的引出，供其它设备使用，可大大提高其经济性，同时还降低了冷凝器的负荷，减少冷却水量。
采用热泵蒸发也是提高经济性、减少能耗的有效措施。
此外，充分利用冷凝水和冷凝水显热也是工程上采用的方法，不过它不适用于蒸气直接冷凝的场合。
第四节蒸发设备
一、了解各种蒸发器的工作原理、结构、操作特点和应用范围
二、了解蒸发器的选型原则
三、了解蒸发器附属设备的工作原理、结构及应用场合熟悉蒸发过程与设备的强化途径及开发新型设备的创新思路。