食工原理-第6章蒸发与结晶.
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加热蒸汽 （生蒸汽）
除沫器 蒸发室
加热室
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
加热蒸气和二次蒸气
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水
蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是
水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气， 后者称为二次蒸气。
三
分类
1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
第二节
一
单效蒸发
溶液的沸点升高和温度差损失
溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两
者之差，称为溶液的沸点升高。
稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液 柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。
溶液沸点升高的计算公式：
例：已知蒸发器中的蔗糖溶液质量浓度为50%,蒸发的操作压强 (绝对)为0.7105Pa,相应的水的沸点(二次蒸汽温度)为90℃。 问该溶液浓度效应的沸点升高是多少？
解：由饱和水蒸气性质表，查得在压强为0.7×105Pa时，水的汽化热r为 2283kJ/kg，则校正系数f为
0.0162 (273 90) 2 f 0.935 2283
单效蒸发：
将二次蒸气不再利用而
直接送到冷凝器冷凝以 除去的蒸发操作。
料液 加热蒸汽 （生蒸汽）
不凝性气体 冷却水 二次蒸汽
除沫器 蒸发室 冷凝器
加热室
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为
加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串 联蒸发操作称为多效蒸发。
引起的温度差损失为：
Δ″=tpm -tpo
tpm —与平均压强pm相对应纯水的沸点，℃
tT Ts T
T—纯水在操作沸点， ℃
Ts—加热蒸气的温度， ℃
例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150 ℃），蒸发室内 压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为t=115 ℃。其最大传热温度差? 有效温度差为多少？温度差损失为多少？ 则其最大传热温度差，用ΔtT来表示：
1
t T
饱和温度，℃
溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
t—溶液沸点 ℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T—与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的
非电解质溶液的 沸点升高远小于 电解质溶液
在文献和手册中，可以查到常压（ 1atm ）下某些溶液在不 同浓度时的沸点数据。(表6-1 不同浓度蔗糖沸点升高) 非常压下的溶液沸点则需计算，估算方法有两种。 •吉辛科公式
tA ′、tw′—分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点，℃ tA、tw—分别为压强pw 下溶液的沸点与纯水的沸点，℃ 常用水作为标准液体 一定浓度下溶液的沸点与相同压强下水的沸点呈直线关系，可以利
用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。
2 液柱静压强引起的温度差损失
液层内的溶液的沸点高于液面的沸点，液层内部沸点
与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。
简化处理：计算时以液层中部的平均压强 pm及相应的 沸点tAm为准，中部的压强为：
pm po
gH
2
式中 pm——液层中部的平均压强，Pa
po——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa
H——液层深度，m
常根据平均压强 pm查出纯水的相应沸点 tm′ ，故因静压强而
冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
四
蒸发操作的特点
传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 。 溶液性质：热敏性、腐蚀性、结垢性、泡沫、粘度等。 泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷 凝设备污染。
能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题 之一。
ΔtT=Ts-T=150-100=50℃
有效温度差为：
Δt=Ts-t=150-115=35℃
则温度差损失为：
即传热温度差损失 等于溶液的沸点与同 压下水的沸点之差。
溶液的沸点t （=T+ Δ ）
Δ= ΔtT- Δt =（ Ts-T）-（ Ts-t） =t-T =15 ℃
Δ
有效传热温度差Δt （=ΔtT- Δ ）
•杜林法则
(1)吉辛科公式
f a
式中 Δ′—操作条件下溶液的沸点升高，℃； f—校正系数，无因次。其经验计算式为：
a —常压下水溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值(或查表)求得，℃；
0.0162 273 t f r
2
t′—操作压强下二次蒸气的温度，℃； r —操作压强下二次蒸气的汽化热，kJ/kg。
由表6-1，得1个大气压下，50%的蔗糖溶液的浓度效应沸点升高值为2℃， 则
f 0 0.935 2 1.87℃
(2) 杜林规则 该规则认为：某溶液（或液体）在两种不同压力下
两沸点之差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，
其比值为一常数，即
t 'A t A k t 'w t w
t T
式中 Δ—溶液的沸点升高，℃ t —溶液的沸点，℃ T—与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃
传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。
计算公式为：
to t
Δt—传热的有效温度差， ℃
Δto —理论上的传热温度差， ℃
t Ts t
t — 溶液的沸点， ℃
第六章 蒸发与结晶
第一节
一 蒸发的定义
概
述
使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出
蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称
为蒸发，所用的设备称为蒸发器。
溶剂S
蒸发的目的 * 溶液浓缩 * 溶质分离 * 纯净溶剂制取
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
不凝ห้องสมุดไป่ตู้气体
二
蒸发操作过程
二次蒸汽
冷却水
冷凝器
蒸发器(加热室、蒸发室) 除沫器 冷凝器 料液 真空装臵
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′；(浓度 效应沸点升高) （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″； （3）因管路流体阻力而引起的温度差损失
。
冷却水
总温度差损失为：
料液
加热蒸汽
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
除沫器 蒸发室
加热室
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
加热蒸气和二次蒸气
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水
蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是
水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气， 后者称为二次蒸气。
三
分类
1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
第二节
一
单效蒸发
溶液的沸点升高和温度差损失
溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两
者之差，称为溶液的沸点升高。
稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液 柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。
溶液沸点升高的计算公式：
例：已知蒸发器中的蔗糖溶液质量浓度为50%,蒸发的操作压强 (绝对)为0.7105Pa,相应的水的沸点(二次蒸汽温度)为90℃。 问该溶液浓度效应的沸点升高是多少？
解：由饱和水蒸气性质表，查得在压强为0.7×105Pa时，水的汽化热r为 2283kJ/kg，则校正系数f为
0.0162 (273 90) 2 f 0.935 2283
单效蒸发：
将二次蒸气不再利用而
直接送到冷凝器冷凝以 除去的蒸发操作。
料液 加热蒸汽 （生蒸汽）
不凝性气体 冷却水 二次蒸汽
除沫器 蒸发室 冷凝器
加热室
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为
加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串 联蒸发操作称为多效蒸发。
引起的温度差损失为：
Δ″=tpm -tpo
tpm —与平均压强pm相对应纯水的沸点，℃
tT Ts T
T—纯水在操作沸点， ℃
Ts—加热蒸气的温度， ℃
例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150 ℃），蒸发室内 压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为t=115 ℃。其最大传热温度差? 有效温度差为多少？温度差损失为多少？ 则其最大传热温度差，用ΔtT来表示：
1
t T
饱和温度，℃
溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
t—溶液沸点 ℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T—与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的
非电解质溶液的 沸点升高远小于 电解质溶液
在文献和手册中，可以查到常压（ 1atm ）下某些溶液在不 同浓度时的沸点数据。(表6-1 不同浓度蔗糖沸点升高) 非常压下的溶液沸点则需计算，估算方法有两种。 •吉辛科公式
tA ′、tw′—分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点，℃ tA、tw—分别为压强pw 下溶液的沸点与纯水的沸点，℃ 常用水作为标准液体 一定浓度下溶液的沸点与相同压强下水的沸点呈直线关系，可以利
用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。
2 液柱静压强引起的温度差损失
液层内的溶液的沸点高于液面的沸点，液层内部沸点
与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。
简化处理：计算时以液层中部的平均压强 pm及相应的 沸点tAm为准，中部的压强为：
pm po
gH
2
式中 pm——液层中部的平均压强，Pa
po——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa
H——液层深度，m
常根据平均压强 pm查出纯水的相应沸点 tm′ ，故因静压强而
冷却水 料液 加热 蒸汽 冷凝水
水
完成液
并流多效蒸发器
四
蒸发操作的特点
传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 。 溶液性质：热敏性、腐蚀性、结垢性、泡沫、粘度等。 泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷 凝设备污染。
能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题 之一。
ΔtT=Ts-T=150-100=50℃
有效温度差为：
Δt=Ts-t=150-115=35℃
则温度差损失为：
即传热温度差损失 等于溶液的沸点与同 压下水的沸点之差。
溶液的沸点t （=T+ Δ ）
Δ= ΔtT- Δt =（ Ts-T）-（ Ts-t） =t-T =15 ℃
Δ
有效传热温度差Δt （=ΔtT- Δ ）
•杜林法则
(1)吉辛科公式
f a
式中 Δ′—操作条件下溶液的沸点升高，℃； f—校正系数，无因次。其经验计算式为：
a —常压下水溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值(或查表)求得，℃；
0.0162 273 t f r
2
t′—操作压强下二次蒸气的温度，℃； r —操作压强下二次蒸气的汽化热，kJ/kg。
由表6-1，得1个大气压下，50%的蔗糖溶液的浓度效应沸点升高值为2℃， 则
f 0 0.935 2 1.87℃
(2) 杜林规则 该规则认为：某溶液（或液体）在两种不同压力下
两沸点之差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，
其比值为一常数，即
t 'A t A k t 'w t w
t T
式中 Δ—溶液的沸点升高，℃ t —溶液的沸点，℃ T—与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃
传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。
计算公式为：
to t
Δt—传热的有效温度差， ℃
Δto —理论上的传热温度差， ℃
t Ts t
t — 溶液的沸点， ℃
第六章 蒸发与结晶
第一节
一 蒸发的定义
概
述
使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出
蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称
为蒸发，所用的设备称为蒸发器。
溶剂S
蒸发的目的 * 溶液浓缩 * 溶质分离 * 纯净溶剂制取
溶剂S 溶质A（不挥发）
加热
不凝ห้องสมุดไป่ตู้气体
二
蒸发操作过程
二次蒸汽
冷却水
冷凝器
蒸发器(加热室、蒸发室) 除沫器 冷凝器 料液 真空装臵
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′；(浓度 效应沸点升高) （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″； （3）因管路流体阻力而引起的温度差损失
。
冷却水
总温度差损失为：
料液
加热蒸汽
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器