化工原理-蒸发
化工原理蒸发
化工原理蒸发
蒸发是一种常见的物质转化过程，是液体变为气体的过程。
在化工生产中，蒸发常用于从溶液中分离出溶质，或者将溶剂从溶液中回收的操作。
蒸发的原理是利用液体分子的热运动引起部分分子逃逸出液体表面，从而形成气体。
当液体处于开放容器中，溶剂分子会不断地从液体表面逸出并溶入空气中，使得溶液中的溶质浓度逐渐升高。
而当液体处于封闭容器中时，液体表面的溶质分子逸出后会与气体相平衡，形成溶解度平衡。
蒸发的速率受到多种因素的影响。
首先是液体的性质，液体的分子间作用力越小，蒸发速率越快。
其次是温度，温度越高，液体的分子热运动越剧烈，蒸发速率越快。
此外，湿度也会影响蒸发速率，湿度越低（即空气中水蒸气含量越低），蒸发速率越快。
在化工生产中，常用的蒸发设备有蒸发罐、蒸发器和蒸发冷凝器等。
蒸发罐是将液体加热使其蒸发，将蒸发的气体与溶质分离，获得溶质的设备。
蒸发器则是利用热量传导或传热介质将溶液加热使其蒸发的设备。
蒸发冷凝器则是用于将蒸发后的气体冷凝为液体，以便于回收溶质或溶剂。
蒸发技术在化工生产中具有广泛的应用。
例如，在制造盐的过程中，可以通过蒸发从盐水中分离出盐。
在制糖工业中，可以通过蒸发从甜汁中分离出糖。
此外，蒸发技术还可以用于回收有机溶剂，降低生产成本，并减少对环境的污染。
总结起来，蒸发是一种常见的物质转化过程，在化工生产中被广泛应用。
通过调控液体的性质、温度和湿度，以及使用适当的蒸发设备，可以实现溶质的分离和溶剂的回收，提高生产效率，降低生产成本。
化工原理-蒸发
发器的热损失为12000W，假设溶液的稀释热可忽略，不考虑C与C0 的区别，若K=1500 W/(m2.K)，
试求：（1）蒸发量W；（2）原料液温度分别为30℃。80℃与120℃
时的加热蒸汽消耗量D，并 比较它们的经济性；（3）30℃，80℃
，120℃进料下所需的传热面积A.
解：（1）蒸发量W
W=F(1-x0/x)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg/h
KAtm KATs t Wr
U W Q K tm
α2 → K, 不凝性气体排出， 增大u，A清除垢Ar层等可r增K。
焓--浓图
焓
一组温度线
杜林规则图 质量浓度线
溶液沸点
浓度
水沸点
6.4 溶液沸点和温度差损失 沸点升高原因：浓度↑， 液柱高度↑
Δ=t-T1ˊ t 溶液沸点， T1ˊ 相同压力下水的沸点 ， 二次蒸汽饱和温度。
有效温度差 Δt< 理论温度差ΔtT ΔtT-Δt=（Ts- T1ˊ）-（Ts- t）=Δ 沸点升高或温度差损失 Δ引起原因：1 溶液蒸汽压下降 Δˊ
2 液柱静压强Δˊˊ 3 管路流体阻力Δˊˊˊ T1ˊ根据冷凝室压强定 Δ=Δˊ+Δˊˊ+Δˊˊˊ T1ˊ根据蒸发室压强定 则Δ=Δˊ+Δˊˊ 温度差损失计算
加热室 A
完成液 L=F --W, x, t, c, h
冷凝液 D,Ts,hs
F W L D kg/h , x0 x 质量%, Ts, T1', t0 t, ℃, Hs hs H h kJ/kg , c0,c kJ/(kg.K) , Q l kJ/h
计算项目：蒸发量W kg/h ；加热蒸汽消耗量 D（Q）kg/h ； 蒸发器的传热面积 A m2
化工原理 第六章 蒸发
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主题
西
安 1、溶液沸点升高――杜林规则
交 大
’：与溶液的种类、浓度、蒸汽压
化
力有关
工 (1)手册上可以查到常压下的溶液沸点
原 (2)杜林规则：（压强影响）
理
电 子 课
tA tw
t
0 A
tw0
K
件
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主题
西
安 两种不同压力下溶液的沸点差与另 交 一种标准液体在相应压力下的沸点差的 大 比值为常数。
西
安
交
大 化
化工原理 第六章 蒸发
工
原
理
电
子
课
件
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主题
西
第一节 概 述
安
交 一、蒸发的概念：
大 化 工
挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾 －→ 溶剂部分汽化；溶液浓缩
原
热量供给→汽化→热量衡算 传热
理特
速率
电 子
点 蒸汽移出→浓缩→物料衡算
方程
课
沸腾现象 溶液→沸点升高
件
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任务：(1)计算水分蒸发量（二次蒸汽量）
W kg/h
子
(2) 加热蒸汽消耗量D kg/h
课
(3)蒸发器传热面积S
件
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主题
西
安
交
一、单效蒸发器的计算
大
化
物料衡算
工
热量衡算
原
理
传热速率方程
电
沸点升高关系式
子
课
件
化工原理蒸发
化工原理蒸发
蒸发是化工过程中常见的一种分离技术，它利用物质在加热的条件下从液态转
变成气态的特性，实现了液体混合物的分离和浓缩。
蒸发技术在化工工业中有着广泛的应用，涵盖了食品加工、化学工业、环境保护等多个领域。
在化工原理蒸发中，液体混合物首先被加热至其沸点以上，使得部分液体蒸发
成为气体。
然后，通过冷凝器将气体冷却，使其再次变成液体，从而实现了混合物中不同组分的分离。
这一过程中，蒸发器和冷凝器是两个关键的设备，它们的设计和操作直接影响到蒸发过程的效率和成本。
在蒸发过程中，选择合适的蒸发器类型对于实现高效的分离和浓缩至关重要。
常见的蒸发器类型包括单效蒸发器、多效蒸发器、膜蒸发器等。
每种类型的蒸发器都有其适用的场景和特点，化工工程师需要根据具体的情况选择合适的设备。
另外，冷凝器的设计也是影响蒸发效率的重要因素之一。
通过合理的冷却系统
设计和运行参数的优化，可以有效地提高冷凝效率，减少能源消耗，降低生产成本。
除了设备的选择和设计，蒸发过程中的操作条件也对分离效率起着重要的作用。
例如，控制蒸发器的进料流量和温度，调节冷凝器的冷却水流量和温度等操作参数都会影响到蒸发过程的效率和产品质量。
总的来说，化工原理蒸发是一种重要的分离技术，它在化工工业中有着广泛的
应用。
通过合理选择设备、优化设计和操作条件，可以实现高效的分离和浓缩，为化工生产提供了重要的支持和保障。
《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。
蒸发 化工原理
蒸发化工原理
蒸发是一种常见的物质从液态到气态的相变过程，广泛应用于化工工艺中。
蒸发是通过加热液体使其产生蒸汽，将液体中的溶质分离出来。
这一过程主要依靠液体分子之间的相互作用力的克服和蒸汽与环境之间的质量传递完成。
在化工原理中，蒸发的实现方式多种多样，如单效蒸发、多效蒸发、闪蒸、蒸发结晶等。
其中，单效蒸发是最简单的一种方式，通过加热液体，使其沸腾产生蒸汽，然后分离出液体中的溶质。
多效蒸发则是在单效蒸发的基础上，将蒸汽传导给下一个蒸发器加热新的液体，从而提高热能利用效率。
蒸发过程中，液体分子的动能逐渐增高，能量不断转化为蒸汽的动能，导致液体温度升高。
当液体温度超过其饱和蒸汽压时，液体开始沸腾，产生大量蒸汽。
蒸汽与液体之间的传质过程是通过蒸汽在气液界面上的传递完成。
蒸汽与液体之间的传质速率取决于温度差、接触面积、液体流动情况等因素。
蒸发的应用广泛，常见于海水淡化、废水处理、食盐生产、化工中间体的提纯等工艺中。
通过蒸发，可以实现对溶液中的溶质进行分离和浓缩，提高产品的纯度和品质。
蒸发工艺的设计和优化对于提高产品的产量和质量具有重要意义。
化工原理学--蒸发讲义
化工原理学–蒸发讲义一、引言蒸发是化工过程中常见的分离技术之一，广泛应用于化工工业中。
本文档将介绍蒸发的基本原理、工艺分类以及蒸发过程中的关键参数和操作要点。
二、蒸发原理蒸发是利用物质从液态到气态的相变过程进行分离的方法。
常见的蒸发原理有以下几种：1.热量传递：通过向被蒸发物提供热量，使其温度提高，使得分子动能增加，从而从液态转变为气态。
2.汽化：分子在液面上获得足够的动能，克服表面张力，从液面进入气相。
3.质量传递：蒸发过程中，溶质向蒸汽传输，实现溶质的分离。
三、蒸发工艺分类蒸发可以按照不同的工艺特点进行分类，常见的工艺分类有以下几种：1.单效蒸发：只有一个蒸发器，需要连续供热。
2.多效蒸发：多个蒸发器串联，利用蒸发过程中的余热进行供热，节约能源。
3.MVR蒸发：机械蒸发再生(MVR)是一种通过压缩蒸发蒸汽回收系统中高温低压蒸汽能量的蒸发技术，能够显著提高能源利用率。
4.蒸发结晶：通过调节蒸发条件，使得被蒸发物溶解度降低，产生结晶。
四、蒸发过程关键参数在进行蒸发过程时，需要关注以下几个关键参数：1.温度：蒸发过程中，溶质溶解度随温度变化而变化，对温度的控制非常关键。
2.压力：蒸发器内的压力可以影响蒸发速率和温度，需要根据不同的溶质选择合适的压力。
3.流量：蒸发器的进料流量和蒸汽流量需要合理控制，以确保蒸发过程的稳定性和效率。
4.浓度：蒸发过程中溶质的浓度变化对产物的质量和分离效果有重要影响，需要进行精确控制。
五、蒸发操作要点在进行蒸发操作时，需要注意以下几个要点：1.选用合适的蒸发器：根据被蒸发物的特性选择合适的蒸发器，如单效蒸发器、多效蒸发器或MVR蒸发器等。
2.控制进料浓度：进料浓度的控制可以影响蒸发效果和产物质量，需要根据具体情况进行调整。
3.控制供热温度：供热温度对蒸发速率和产物质量有重要影响，需要根据被蒸发物的特性选择合适的供热温度。
4.控制蒸汽压力：蒸汽压力的控制可以影响蒸发速率和蒸发温度，需要根据具体情况进行调整。
蒸发化工原理及应用
蒸发化工原理及应用蒸发是一种将液体转变为气体的过程，涉及到物质的能量转移和相变。
它在化工工业中有着广泛的应用，包括蒸馏、浓缩、脱水和结晶等。
本文将详细介绍蒸发的化工原理及应用。
首先，我们来了解蒸发的化工原理。
蒸发是通过加热液体使其沸腾，从而使液体内部的分子获得足够的能量，克服表面张力和大气压强的作用，从液态转变为气态。
在液体表面形成气泡，液态分子脱离液体进入气相，这个过程被称为沸腾。
蒸发是沸腾过程的一种特殊形式，其液态分子在不沸腾的情况下，通过表面散射进入气相。
蒸发涉及到能量的转移，其过程中液态分子吸收热量从而增加其能量。
这里的热量可以以多种方式提供，常见的有电加热、直接火燃烧、蒸汽加热等。
蒸发是一个自发的过程，具有热力学上的驱动力。
液体中高能量的分子有机会逃逸到气相中，从而降低液体的内能，使其更加稳定。
同时，蒸发的速度与温度和压力有关，温度越高、压力越低，液体分子的能量越大，蒸发速度越快。
蒸发过程中往往伴随着质量转移，因此蒸发被广泛应用于化工工业中的各个领域。
以下是一些常见的蒸发应用：1. 蒸馏：蒸馏是一种将混合物中两种或多种不同挥发性的成分分离的方法。
通过加热混合物，使其其中的一种或几种组分蒸发，然后通过冷凝收集产生的蒸汽，从而得到纯净的组分。
常见的蒸馏设备有精馏塔和托普科夫塔等。
2. 浓缩：浓缩是一种将溶液中的溶质浓缩的方法。
通过加热溶液，使溶剂蒸发，从而使溶质在体积减少的过程中浓缩。
浓缩可以用于生产浓缩果汁、浓缩奶等各种食品和饮料。
3. 脱水：脱水是将液体中的水分子去除的过程。
在食品和化工行业中，脱水可以使产品更加稳定和经济。
常见的脱水方法有真空脱水和气体吹脱水。
4. 结晶：结晶是一种通过蒸发溶液中溶质浓度超过其饱和度而使溶质结晶出来的方法。
通过加热溶液蒸发其中的溶剂，使溶质浓度超过饱和度，使溶质结晶沉淀。
结晶是制备无机盐、有机化合物等纯品的重要方法。
除了以上几个应用，蒸发在许多其他领域也有广泛的应用，例如海水淡化、污水处理、腐蚀防护等。
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07蒸发
传热温差损失 tT t (T0 T ) (T0 t) t T
溶液沸点
t T
有效传热温差 t tT
温度差损失的原因 ： ① 溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂（水）
在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯溶剂（水）高； ② 蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管是产生的摩
W (I ct) Wr
D
r0
r0
或
D I ct r 1
W
r0
r0
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 A Q 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； t m——平均传热温差，K。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
蒸发器中的传热温差等于 tm(T0 t) ，当加热蒸汽的温度 T0 一定 （如用47k kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽，T0 150 ℃），若蒸 发室的压力为1atm而蒸发的又是水（其沸点 T 100℃）而不是溶液， 此时的传热温差最大，用 tT 表示：
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发。
7.1 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知：在 相同温度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的压力下，溶 液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定时，蒸发溶液时 的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小，而溶液的浓度越大，这种影 响就越显著。 ② 节约能源 ③ 物料的工艺特性 本章的重点就是研究上述问题，同时还考虑从二次蒸汽中分离 夹带液沫的问题。
化工原理第5章 蒸发
一、其主要目的有以下几个方面：
1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶） 制取固体产品。 2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩 脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等； 3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。
二、蒸发操作必须具备的条件
1.蒸发操作所处理的溶液具有挥发性，而溶质不具有挥 发性。 2.要不断地供给热能合溶液沸腾汽化。由于溶质的存在， 使蒸发过程中溶液的沸点温度高于纯溶剂的沸点。（本书中的 纯溶剂指纯水） 3.溶剂汽化后要及时地排除。否则，溶液上方蒸气压力增 大后，影响溶剂的汽化。若蒸气与溶液达到平衡状态时，蒸发 操作将无法进行。
∆' ：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。
四、蒸发操作的特点
1.有相变化的恒温传热 蒸发器的加热管壁一侧为用加热蒸汽去加热管子另一侧的 溶液，因此加热蒸汽会放出热量，冷凝为液相；而管子另一侧 的溶液会吸收热量沸腾，从而由液相变为气相。所以操作时两 者均有相转变，但温度不变，故蒸发操作属于有相变化的恒温 传热。 2.溶液沸点升高 含有不挥发溶质水溶液的蒸气较同条件下纯溶剂（本书中 为纯水，以后不再说明）的低，故沸点较同条件下水的沸点 高，溶液浓度越高这种现象越严重。
《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-蒸发
化工原理-蒸发1. 引言蒸发是化工过程中常用的一种分离技术，通过加热液体使其转化为气体，并经过冷凝得到回收物质的方法。
蒸发广泛应用于多个行业，如化工、食品、制药等。
本文将介绍蒸发的原理、工艺和应用，并探讨蒸发过程中的关键参数和影响因素。
2. 蒸发原理蒸发是一种物质从液体相向气体相的转变过程。
在蒸发过程中，液体分子通过克服表面张力从液体表面逸出，形成气体。
蒸发过程中液体的分子能量分布是一个连续的谱，具有不同的速度。
在蒸发的过程中，能量较高的分子会从液体表面逸出，使得液体内部分子的平均能量降低，从而使液体温度降低。
在蒸发过程中，温度的提高会加速分子能量的增加，从而使得蒸发速度增加。
同时，蒸发速率还受到液体表面积、液体性质等因素的影响。
3. 蒸发工艺蒸发工艺通常包括以下几个步骤：3.1 加热蒸发过程中，需要加热液体以增加其能量，使液体分子获得足够的能量逸出液体表面。
加热可以通过蒸汽、电加热或火焰等方式实现。
3.2 汽化在液体加热过程中，当液体获得足够的能量后，液体分子会逸出液体表面形成气体。
这个过程称为汽化。
3.3 冷凝蒸发产生的气体经过冷凝，使其重新变为液体。
冷凝可以通过冷却器或传热器实现，将气体中的热量传递给冷却介质，使气体冷凝成液体。
3.4 回收通过冷凝得到的液体可以进行回收利用，以达到分离和纯化的目的。
回收液体通常需要进一步处理，去除杂质和溶剂等。
4. 蒸发过程的关键参数蒸发过程中的关键参数包括：4.1 温度温度是控制蒸发速率的关键参数。
提高温度可加快分子能量增加的速度，从而增加蒸发速率。
4.2 压力蒸发过程中的压力与温度有关，通常通过控制压力来控制蒸发速率。
较低的压力可以降低液体的沸点，从而增加蒸发速率。
4.3 液体性质液体的性质对蒸发速率也有影响。
液体的表面张力、粘度和热导率等参数会影响蒸发速率的大小。
4.4 流动状态蒸发过程中的流动状态也会影响蒸发速率。
流动状态可以增加液体表面积，促进分子从液体表面逸出，从而增加蒸发速率。
化工原理蒸发
化工原理蒸发蒸发是一种重要的物理现象，广泛应用于化工工业生产中。
蒸发是指液体变成气体的过程，液体分子由表面获得足够的热能后，克服液面压强将分子破坏，从而转变成气体的过程。
蒸发是温度和气体分子速度的函数。
在蒸发过程中，液体的温度越高，液体分子的平均动能越大，分子脱离液体的能力越强，蒸发速度就越快。
液体内能较大，液面上的分子能获得较高的平均动能，液体温度越高，蒸发速度越快。
此外，还受到压强、表面积、液体种类、分子大小等因素的影响。
蒸发对热量的需求主要来自于表面液体分子获得热能增加其动能。
当液体的温度高于溶质的沸点时，液体分子能直接转变为气体，此时称为沸腾。
蒸发速度取决于温度、流动情况和液面积等因素。
在化工生产中，蒸发是一种常见的分离和浓缩技术。
化工产品中，有时需要分离不同种类或相同种类的物质，蒸发技术能有效地实现这一目的。
蒸发浓缩是指通过蒸发液体中的溶质，将液体中的溶质浓缩成为溶质较大的产物。
蒸发浓缩技术不仅可以在化工行业中应用，还广泛运用在石油、食品、制药等行业。
在蒸发浓缩过程中，需要注意以下几点。
首先，要选择合适的蒸发器。
蒸发器的选择应根据物料的性质、流量、浓度等因素进行匹配。
其次，在蒸发过程中，要控制液位。
高液位会导致较长的停留时间，影响生产效率；低液位则会导致蒸发器热量过大，造成过热，甚至倒灌现象。
再次，要选择合适的蒸汽压力。
提高蒸汽压力可以增加蒸发速度，但同时也增加了能源的消耗。
因此，需要在经济性和工艺要求之间进行权衡。
此外，还有蒸汽流量、冷却水温度等因素需要控制。
蒸发是一种重要的化工原理，广泛应用于化工工业生产中的分离和浓缩技术。
通过合理选择蒸发器、控制液位和蒸汽压力等因素，可以提高蒸发效率，实现生产的经济性和工艺要求。
蒸发技术的应用不仅可以提高产品的质量和纯度，还可以减少无用的废料产生，具有重要的环保意义。
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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△ tr二T-「。
这里，T和「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 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△ tm （T-11 ）。
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 f, T f,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。