第一节 蒸发与蒸发器

W = F·(1 -
w0 w1
)
溶剂的蒸发量
式中：原料液中溶质的质量分数 w0 由生产任务决定(已知)，完成液中 溶质的质量分数 w1 及原料液的流量 F由生产工艺所决定(已知)。这样，利 用上式便可求得操作中溶剂的蒸发量。
同理，将物料衡算式移项、整理可得：
w1 =
F·w0 F-W
完成液的浓度
例1 溶剂的蒸发量
二次蒸气 W
料液 F w0 加热蒸气
冷却水
冷凝液 水
L w1 完成液
分离器 缓冲罐
冷凝器 真空泵
根据物料衡算有：
F·w0 = L·w1 = (F - W)·w1
移项：
= F·w1 - W·w1
W·w1 = F·w1 - F·w0
W·w1 = F ( w1 - w0 )
则：
W
=
F·(
w1 w1
w0
)
成液的温度为 t1，热容为 C1，焓为 h1； 二次蒸气的温度为 T’，焓为 H’；热损耗
F w0
料液 t0 C0 h0
加热蒸气
为 QL。加热蒸气的消耗量为 D，温度为
D Ts H
Ts，焓为 H；冷凝液的焓为 hC。
根据热量衡算有：
DH + Fh0 = WH’ + Lh1 + Dhc + QL 移项、整理得：
w0 为原料液中溶质的质量分数 L 为完成液的流量（kg·h-1） w1 为完成液中溶质的质量分数
冷凝液
L w1 完成液
W 为溶剂的蒸发量（kg·h-1）
将物料衡算式移项、整理得：
F·w0 = (F - W)·w1 = F·w1 - W·w1
W·w1 = F·w1 - F·w0 = F(w1 - w0)
表面的一种缓慢的气化(evaporization)现象。 在工程上，常将含不（难）挥发溶质的溶液在
沸腾状况下，使其浓缩的单元操作称为蒸发。
H2O H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O H2O
在生物化工生产中，蒸发常用于“原料液或Fra Baidu bibliotek产品的浓缩”、“回收
溶剂或萃取剂”和“获取纯净产品”等三个方面。
例如：用浸提－结晶法从岩菖蒲中岩提取白菜素
DH - Dhc = WH’ + Lh1 + QL - Fh0
则，加热蒸气消耗量：
D=
WH’ + Lh1 - Fh0 + QL H - hc
二次蒸气 W T’ H’
QL
D Ts hc
冷凝液 L w1 t1 C1 h1 完成液
若料液的浓缩热不大，则 H’ 可取 t1 温度下的饱和蒸气焓。 r’ 为 二次蒸气的气化潜热；而加热蒸气的气化潜热 r = H - hc。则，加热蒸 气的消耗量（上式）可写为：
D W
=
r’ r
程度。
例2 加热蒸气的消耗量
某厂用单效真空蒸发器连续蒸发 NaOH 水溶液。已知，蒸发器的进 料量为 2000 kg/h，料液浓度为 10%(质量分数)，蒸发采取沸点进料， 完成液浓度为 48.3%(质量分数)，其密度为 1500 kg/m3 ，加热蒸气压 强为 0.3 MPa(表压)，冷凝器的真空度为 51kPa，加热室管内液层高度 为 3m。若蒸发器的热损失为加热蒸气量的 5%，求加热蒸气的消耗量。
二次蒸气 W r’
冷却水
料液 F w0
加热蒸气 Dr
冷凝液 水
L w1 完成液
假设：NaOH 水溶液溶液的浓缩热不大，在沸点进料的条件下，加热
D=
Wr’ + Lh1 - Fh0 + QL r
由于：
Lh1 - Fh0 = FC0(t1 - t0) （料液吸收的热量） 则：
D=
FC0(t1 - t0 )+ Wr’ + QL r
对于沸点进料（t1 = t0），并且不考虑热损失。则：
D
=
Wr’ r
蒸发操作的单位蒸气消耗量（蒸气的经
或：
济性），表示在蒸发操作中加热蒸气的利用
= F·(1 -
w0 w1
)
= 2000×(1 -
10 48.3
)
= 1586(kg·h-1)
F 料液
w0
加热蒸气
即：水（溶剂）的蒸发量 W = 1586kg·h-1
二次蒸气 W
冷凝液 L w1 完成液
⑵加热蒸气消耗量的计算
如图所示，若蒸发采取沸点进料，料
液的沸点为 t0，热容为 C0，焓为 h0；完
第五章 蒸发与干燥及其设备
第一节 蒸发与蒸发器 第二节 干燥与干燥器 第三节 真空冷冻干燥
第一节 蒸发与蒸发器
Evaporate and evaporate the machine
一、概述 二、蒸发的计算原理 三、蒸发器
一、概述
1.蒸发
所谓蒸发(evaporation) 是指，蒸发是液体在任何温度下发生在液体
强），其沸点高于纯溶剂的沸点。
⑵物料物性改变 在浓缩过程中，物料物性的改变是多方面的，这些改变常常影响蒸
发操作。 如：物料中溶质或杂质易产生沉积或结晶形成垢，影响操作中的传
热；有些溶质是热敏性物质，在温度较高的条件下，易变质。
⑶气化潜热较大 蒸发过程是一个溶剂的气化过程。由于溶剂的气化往往有较大的潜
热，因此蒸发过程在生产中是一个耗能较大的单元操作。
3.蒸发操作的分类
蒸发操作的分类方法很多，一般习惯按其重要特征进行分类。常见的 有：
常压蒸发
⑴按操作压强分类 加压蒸发
减压（真空）蒸发
⑵按效数分类
单效蒸发 多效蒸发
料液 加热蒸气
⑶按进料操作分类
间歇蒸发 连续蒸发
多效蒸发
二、蒸发的计算原理
1.单效蒸发
溶剂
原料
（岩菖蒲）
浸提
浸提液
冷凝
蒸气
蒸发浓缩
回收C2H5OH
浓缩液 结晶
产品
（岩白菜素）
渣
母液
2.蒸发的几个重要特点
在工程上，蒸发是在加热的条件下，将混合物中的部分溶剂分离出 来，而溶质仍然保留在混合物中，这就使得蒸发往往具有如下几个方面 的特点。即：
⑴沸点升高 由于溶液中含有不（难）挥发性溶质，使得溶液在相同条件下（压
蒸发的设计计算是在给定生产任务和操作条件下，确定溶剂的蒸发量
及加热蒸气的消耗量，计算蒸发器所需的传热面积。
⑴溶剂蒸发量的计算 如右图所示，单效蒸发的物料衡算式
二次蒸气 W
可写为： F·w0 = L·w1 = (F - W)·w1
溶质的量 溶质的量
料液 F w0 加热蒸气
式中： F 为原料液的流量（kg·h-1）
某厂用单效真空蒸发器连续蒸发 NaOH 水溶液。已知，蒸发器的进 料量为 2000kg/h，料液浓度为 10% (质量分数)，采取沸点进料，完成 液浓度为 48.3 %(质量分数)，完成液的密度为 1500 kg/m3 ，加热蒸气 压强为 0.3 MPa (表压)，冷凝器的真空度为 51 kPa，加热室管内液层 高度为 3m。求水的蒸发量。