化工原理-蒸发知识资料
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。
化工原理之蒸发
2）因加热管内液柱静压力而引起的温度差损失∆ʹʹ
• 某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液层，液层内 各截面上的压力大于液体表面压力，因此液层内溶液的沸 点高于液面的沸点。液层内部沸点与表面沸点之差即为液 柱静压力引起的温度差损失∆ʹʹ。为了简便，计算时往往以 液层中部的平均压力pm及相应的沸点tam为准，中部的压力 为 pm=pʹ+ρgl/2 式中 pm—液层中部的平均压力，pa; pʹ—液面的压力，即二次蒸汽的压力，pa; g—重力加速度，m/s2; l—液层深度，m。
谢谢观赏
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3)由于管路流动阻力而引起的温度差损失∆ʹʹʹ
• 多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热 蒸汽，因管道流动阻力使二次蒸汽的压力稍有降低，温度 也相应降低，一般约降1℃。例如前效二次蒸汽离开液面 时为95℃，经管路送到后效时降为94℃，致使后效的有效 温度差损失1℃，这种损失即为因管路流动阻力而引起的 温度差损失∆ʹʹʹ。∆ʹʹʹ的计算相当繁琐，一般取效间二次蒸 汽温度下降1℃，末效或单效蒸发器至冷凝器间下降 1~1.5℃。
例如：中药生产中酒精浸出液的蒸发。
特点
♠ 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的 溶剂（即纯水）的低。故加热蒸汽一定，蒸发溶液的 传热温度差要小于蒸发水的温度差。溶液中溶质含量 越高这种现象越显著。
பைடு நூலகம்
♠
溶液的性质
有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结 垢和产生泡沫，高温下易分解或聚合；溶液的 粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。 因此在设计蒸发器时，必须考虑溶液的性质在 蒸发过程中发生的变化。
• • • •
蒸发化学知识点
蒸发化学知识点蒸发是一种物质从液体相向气体相转变的过程。
在蒸发过程中，液体表面的分子获得足够的能量以克服吸引力，克服表面张力，从而进入气体相。
蒸发是自然界中常见的现象，也是许多化学实验和工业过程中的重要步骤。
下面将逐步介绍蒸发的相关知识点。
1.蒸发的原理：蒸发的发生是由于液体分子的热运动使得一部分分子具有足够的动能可以逃逸到液体表面之外。
液体中的分子在不断碰撞和运动的过程中，具有较高能量的分子会逃逸离开液体，形成蒸气。
蒸气与液体处于动态平衡状态，当蒸气的分子再次撞击液体表面时，也会重新进入液体相。
2.影响蒸发速率的因素：蒸发速率受到多个因素的影响，包括温度、表面积、湿度、气体流动等。
温度是影响蒸发速率最重要的因素，温度升高会增加液体分子的动能，提高蒸发速率。
表面积的增加也会加快蒸发速率，因为增大液体与气体接触的表面积。
相反，湿度和气体流动会减慢蒸发速率，因为高湿度会导致蒸气分压降低，而气体流动会带走已蒸发的分子。
3.蒸发与沸腾的区别：蒸发是在液体表面发生的，而沸腾是在整个液体体积内发生的过程。
蒸发是一个渐进的过程，而沸腾则是一个剧烈的过程，伴随着气泡的形成和破裂。
沸腾发生时，液体中的热量迅速传递给液体内部，使其迅速转化为气体。
沸腾点是指液体在一定的压力下开始沸腾的温度，与液体的性质有关。
4.蒸发的应用：蒸发在日常生活和工业中有广泛的应用。
在日常生活中，我们可以利用蒸发来加速衣物的干燥，通过蒸发器来增加室内空气的湿度。
在工业中，蒸发常用于制取盐类、糖类和溶剂的纯化过程，也用于水处理、果汁浓缩和食品加工等领域。
总结：蒸发是一种常见的物质转化过程，涉及到液体分子的热运动和逃逸。
蒸发速率受多种因素的影响，其中温度是最重要的因素。
蒸发与沸腾的区别在于发生的位置和过程的剧烈程度。
蒸发在日常生活和工业中有广泛的应用。
通过了解蒸发的原理和相关知识点，我们可以更好地理解和应用这一常见的化学现象。
蒸发操作的知识点总结
蒸发操作的知识点总结一、蒸发的基本原理1. 蒸发是一种自然现象，是物质从液态转变为气态的过程。
当液体表面的分子动能足够高时，它们会克服液体的表面张力，从而脱离液体表面进入气体状态。
2. 液体的蒸汽压取决于液体的种类、温度和环境压力。
当液体的蒸汽压等于环境压力时，液体开始蒸发。
这也是液体沸点的定义。
3. 蒸发速率受到多种因素的影响，包括液体的表面积、温度、相对湿度、空气流动速度等。
通常情况下，蒸发速率与温度呈正比，与相对湿度和空气流动速度呈负比。
二、蒸发操作的应用领域1. 工业生产中，蒸发操作广泛应用于制药、化工、食品加工、酿造、印染、纸浆造纸等行业。
例如，用蒸发器可以将溶液中的溶质浓缩到一定的浓度，从而得到高纯度的产品。
2. 在环境保护中，蒸发操作可用于处理工业废水、污泥脱水、空气净化等。
通过蒸发技术，可以将水分和有机物质从废水中分离出来，实现废水的净化和资源化利用。
3. 在实验室研究和设备维护中，常常需要进行样品制备、溶剂去除、溶液浓缩等操作。
蒸发器可以有效地实现这些操作。
三、蒸发操作的设备和原理1. 蒸发器的分类：按照热源可分为外加热蒸发器和蒸发冷却器，按照压力可分为大气压蒸发器和真空蒸发器，按照工作原理可分为单效、多效和特殊效应蒸发器等。
2. 外加热蒸发器：利用外部热源加热被蒸发物，使其蒸发并将蒸发物与水蒸气分离出来。
常见的外加热蒸发器有搅拌式蒸发器、热风蒸发器、卧式蒸发器等。
3. 蒸发冷却器：利用蒸发造成的冷却效应来降低介质温度，将被冷却的介质与冷却介质在设备内部交换热量，实现冷凝或降温。
常见的蒸发冷却器有冷凝器、蒸发器、蒸发冷却塔等。
4. 大气压蒸发器：工作环境的压力与大气压相近的蒸发器。
适用于温度比较低、对温度敏感的物质。
5. 真空蒸发器：工作环境的压力低于大气压的蒸发器，通常工作温度较高。
适用于需要降低沸点的材料。
四、蒸发操作的优化方法1. 提高温度：提高蒸发操作的温度，可以加速蒸发速率，缩短处理时间。
化工原理课件7.蒸发
设Q损=0，料液预热至沸点加入，则t0=t=tb
Q Fc p (t t0 ) Wr
U
W A
Q Ar
1 r
Ktm
7. 蒸发
7.3.2 蒸发设备的生产强度
二、提高生产强度的措施 1、加大传热温差——真空蒸发
T 受锅炉额定压强限制
t T t0
将二次蒸汽引入冷器冷凝
溶液沸点升高与杜林规则；单效蒸发原理及计算； 提高加蒸汽经济程度的措施；蒸发器的结构及选用。 3、本章学习的难 点
单效蒸发计算 。
7. 蒸发
7.1 概述
一、概念
蒸发——含有不挥发性溶
液在沸腾条件下受热，使部分
溶剂汽化为蒸汽的操作。
蒸发操作的基本概念： 加热蒸汽(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
t0 真空蒸发 一般须用真空泵不断将不凝
性气体抽除。
优点：(1)t0 U
(2)适用于热敏性物料
(3)可利用中、低温位的水蒸汽作热源
缺点： (1)t0 K (2)设备费 ， 动力费
7. 蒸发
7.3.2 蒸发设备的生产强度
2、提高蒸发器的传热系数K (1)合理设计蒸发器，使U循提高 (2)及时排除加热室中不凝性气体 (3)经常清除垢层等
每1kg加热蒸汽所能蒸发的水量，W/D。
蒸发操作的经济性很大程度上取决于二次蒸汽的利
用。
(1)多效蒸发
2、节能措施
(2)额外蒸汽的引出 (3)二次蒸汽的再压缩 (4)冷凝水热量利用
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7. 蒸发
7.2 蒸发设备
7.2.1 蒸发器 7.2.2 蒸发器的传热系数 7.2.3 蒸发辅助设备
《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。
《化工原理》第六章 蒸发.
1.溶液的沸点
溶液中溶质不挥发，在相同的条件下溶液的蒸汽压比 纯溶剂的蒸汽压要低，因而相同压力下溶液的沸点总是比 相同压力下水的沸点，即二次蒸汽的温度高。例如，常压 下20%（质量分数）NaOH水溶液的沸点为108.5℃，而饱和 水蒸汽的温度为100℃ ，溶液沸点升高8.5℃。
1．水分蒸发量的计算
对图6-2所示单效蒸发器作溶质的衡算，得
Fw0 (F W )w1
或
W F1 w0 w1
（6-1）
第二节 单效蒸发
式中Biblioteka ——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。
第三节 多效蒸发
图6-4 逆流加料法的蒸发流程示意图
第三节 多效蒸发
优点： （1） 蒸发的温度随溶液浓度的增大而增高，这样各效 的黏度相差很小，传热系数大致相同； （2） 完成液排出温度较高，可以在减压下进一步闪蒸 增浓。 缺点： （1）辅助设备多，各效间须设料液泵； （2）各效均在低于沸点温度下进料，须设预热器（否 则二次蒸汽量减少），故能量消耗增大。 一般来说，逆流加料法宜于处理黏度随温度和浓度变化 较大的料液蒸发，但不适用于热敏性物料的蒸发。
管道阻力引起的温度差损失 。 ，其''' 值一般取为1℃
第三节 多效蒸发
一、多效蒸发的操作原理
由蒸发器的热量恒算可知，在单效蒸发器中每蒸发1㎏的水需要 消耗1㎏多的生蒸汽。在大规模的工业生产中，水分蒸发量很大，需 要消耗大量的生蒸汽。如果能将二次蒸汽用作另一蒸发器的加热蒸汽， 则可减少生蒸汽消耗量。由于二次蒸汽的压力和温度低于生蒸汽的压 力和温度，因此，二次蒸汽作为加热蒸汽的条件是：该蒸发器的操作 压力和溶液沸点应低于前一蒸发器。采用抽真空的方法可以很方便地 降低蒸发器的操作压力和溶液的沸点。每一个蒸发器称为一效，这样， 在第一效蒸发器中通入生蒸汽，产生的二次蒸汽引入第二效蒸发器， 第二效的二次蒸汽再引入第三效蒸发器，以此类推，末效蒸发器的二 次蒸汽通入冷凝器冷凝，冷凝器后接真空装置对系统抽真空。于是， 从第一效到最末效，蒸发器的操作压力和溶液的沸点依次降低，因此 可以引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为 前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽，这就是多效蒸发
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。
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 第五章 蒸发
加热室 D, Ts ,hs
完成液 L，t，h, c
按教材上的符号写： 忽略c p 0，c p1差别，且H ′ − c p1t1 ≈ r ′ D= FcP 0 ( t1 − t0 ) + wr ′ + QL r
三、加热面积A的计算 加热面积 的计算
bdo do do 1 1 = + RO + + Ri + Ko αo λdm di αidi
理论上： 理论上： 一效1kg蒸汽→1kg水 蒸汽→ 一效 蒸汽 水
一、多效蒸发流程
并流流程 逆流流程 按料液与二次蒸汽的走 向分为 错流流程 平流流程
并流流程： 并流流程：
思考： 大小顺序？ 思考：P1、 P2、 P3大小顺序？
P1 > P2 > P3 T1 > T2 > T3
完成液
逆流多效蒸发器
∆tm = Ts − t = Ts − T − ∆
冷却水
证明： 证明：
多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。 多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。 料液
T
P
单效： 单效：Q = KA∆t m
三效： 三效：Q1 = K1 A ∆t m 1 3 A Q2 = K 2 ∆t m 2 3 A Q3 = K 3 ∆t m 3 3
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
5、蒸发过程总结 、 1）、实质是传热过程 ） 2）、沸点升高，传热温差小于蒸发纯 ） 沸点升高， 溶剂 3）、重视体系特性 ） 结垢、 结垢、结晶 热敏物质 粘度与腐蚀性等
二、单效蒸发器的计算 物料衡算 热量衡算 传热速率方程 沸点升高关系式
单效蒸发器的计算
已知： 已知：F、x0、t0、x 计算内容： 计算内容： L、 W、加热蒸汽量 、加热面积 、加热蒸汽量D、
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
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添加标题
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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.
4.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度
1、蒸发器的生产能力 生产能力 Q AKT t1 2、生产强度 单位时间单位传热面积上蒸发的水量 将蒸发装置（包括冷凝器、泵等辅助设备） 的总投资折算成单位传热面积的设备费表示。
W 生产强度 U A
4.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度
设Q损=0，料液预热至沸点加入，则t0=t=tb
Q Fcp0 (t1 t0 ) Wr
W Q 1 U Kt m A Ar r
4.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度
3、提高蒸发强度的措施 1、加大传热温差——真空蒸发 T 受锅炉额定压强限制
tm T t1
t1 真空蒸发
将二次蒸汽引入冷器冷凝 一般须用真空泵不断将不凝 性气体抽除。
1、蒸发水量的计算
因溶质蒸发过程不挥发，且蒸发过程是个定态过程， 单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
4.2.1 单效蒸发设计计算
Fx0 ( F W ) x1 Lx1
水分蒸发量：
二次蒸汽
原料F, x0, t0, cp0 , h0 W, T/,H/ 蒸发室 加 热 室
x0 W F (1 ) x1
蒸 发 器 的 型 式 标准式（自然循环） 标准式（强制循环） 总传热系数K, W/(m2· K) 600-3000 1200-6000
悬筐式
外热式（自然循环） 外热式（强制循环） 升膜式 降膜式 刮板式
600-3000
1200-6000 1200-7000 1200-6000 1200-3500 600-2000
0 )与 或者说溶液在两种压力下的沸点之差( t A t A
溶剂在相应的压力下沸点之差( t t 0 )的比值为 W W 一常数。即： t t 0
化工原理蒸发
不同类型的蒸发器，各有特点，对溶液的适应性 也不相同，见P302表5-1。
2024/10/10
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5.2 单效蒸发
5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 1.溶液的沸点
含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下纯 水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点高于纯 水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的 传热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称 为温度差损失，而且溶液浓度越高，温度差损失 越大
tW
tW′
纯水沸点，℃
线即可求得该溶液在其它压
强下的沸点。
2024/10/10
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求解方法有两种：
总的温度差损失为三项之和，即Δ=Δ’ +Δ’’
+20Δ24’/10/’10 ’
30
1).因溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失Δ′
设tA为仅考虑因溶质存在时引起蒸汽压下降时溶液 的沸点，则Δ′=tA-T′。Δ值的大小与溶液的种类、 浓度以及操作压强有关，通常采用两种方法计算：
(1).经验估算法(吉辛科法) 对常压下由于蒸汽压下降而引起的沸点升高Δa′进 行修正用于操作压强下的温度差损失。
冷凝水
2024/10/10
完成液
水
5
蒸发操作时，溶液由分离室底 部加入，沿中央循环管流向加
1.加热室 2.加热管 3.中央循环管 4.分离室 5.除沫器
不凝性气体
热室，在加热室垂直管束内通 过时与饱和蒸汽间接换热，被 加热至沸腾状态，汽液混合物
6.冷凝器 二次蒸汽
冷却水
沿加热管上升，达到分离室时
蒸汽与溶液分离。为与加热蒸 汽相区别，产生的蒸汽称为二 料液
2024/10/10
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溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液， 其蒸汽压较同温度下纯水的低，即在相同的压强 下，溶液的沸点高于纯水的沸点，所以当加热蒸 汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水 的温度差，两者之差称为温度差损失，而且溶液 浓度越高，温度差损失越大
《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-蒸发知识
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
加热 蒸汽 冷凝水
D
料
完成液
20/30
§6.3 多效蒸发
Q Q1 Q2 Q3 KAt m 1 t m 2 t m 3 KAt m
Ts
D 逆流 W D W W并流
§6.3 多效蒸发
平流流程：
平流流程优、缺点： 料液 ① 各效独立进料，传热状 况均较好； ②物料停留时间较短
思考： 粘度随浓度变化很大的料 液，宜采用哪一种流程？ 平流、逆流或错流
加热 蒸汽
T1
1 2
T2
3
T3
P 冷却水
冷凝水
水
完成液
平流多效蒸发器
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
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冷却水
冷凝器 除沫器 蒸发室 加热室
中央循环管
冷凝水 水
浙江大学本科生课程 化工原理
第六章 蒸发
完成液 单效蒸发器
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§6.1
概述
不凝性气体
冷却水
4、蒸发操作的特点：
传质—传热
料液
二次蒸汽 除沫器 蒸发室 加热室
冷凝器
*能耗大 *从进口到出口传热温差 加热蒸汽 逐渐减小 （生蒸汽） （∵浓度↑，沸点↑） *易结垢、粘度逐渐变大 而使传热条件恶化
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
二次蒸汽
冷却水 料液 加热 蒸汽
T1
1 2
冷凝水
T2
T3
P
3
水
完成液
并流多效蒸发器
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
14/30
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。
化学蒸发知识点总结
化学蒸发知识点总结一、蒸发的分子角度在液体中，分子的平均速度不同，有些分子速度较快，有些速度较慢。
快速的分子具有较高的动能，当它们运动到液体表面时可能克服液体的表面吸引力直接进入气相。
蒸发时，处于液体表面的分子被气相吸走，同时液体因失去这部分分子而降温。
液体温度越高，其分子的平均速度就越大，有更多的分子具有较大的动能，所以蒸发速度就越快。
二、温度对蒸发的影响在液体表面和气相之间建立联系是蒸发过程的最大障碍，温度对蒸发过程起着主导作用。
加热液体使其温度升高，分子的平均动能增大，因此蒸发速度加快。
液体温度越高，蒸发速度就越快，同时蒸发速度不仅取决于液体的温度还取决于液体的密度，液体越稀薄，蒸发越容易发生。
此外，液体的表面积越大，蒸发速度也越快。
所以，在实际生产场景中，为了提高蒸发速度，可以通过调节液体温度、密度和表面积来优化蒸发过程。
三、蒸发过程中的能量变化蒸发是一种吸热过程，当液体蒸发时，与蒸发有关的能量来源于液体内部的分子动能和表面蒸气的热运动。
随着液体分子逃出液面，液面附近的能量较大，这些分子有了较大的动能，液体内部因为失去了这么多分子而减少这么多能量，所以蒸发是一种吸取蒸发所需要的热能。
四、化学蒸发在工业生产中的应用在化工生产中，蒸发是一种重要的分离过程。
它通常用于从溶液中分离出溶质，或者从混合物中分离出组分。
蒸发可以将液体中的溶质浓缩，同时还可以净化液体。
因此，在化工生产中，蒸发技术被广泛应用于化学工艺中的溶剂回收、废水处理、食品工业和制药工业中。
在溶剂回收方面，蒸发通常是通过加热液体以使其蒸发，然后将蒸气冷凝成液体回收。
这种方法可以节约能源，同时减少化工生产中废弃物的产生。
在废水处理方面，蒸发是一种有效的污染物去除技术。
通过蒸发，水蒸气可以从含有污染物的水中分离出来，然后再将水蒸气冷凝成液体，得到干净的水。
这种方法对于处理含有重金属、有机物等难降解物质的废水具有很好的效果。
在食品工业和制药工业中，蒸发也被广泛应用。
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t
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
t 取决于： 冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室 内液层深度，因此，t >T。
△ =t -T-----传热温度差损失
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
9/30
§6.2
单效蒸发器的计算
引起传热温差损失△的原因：
（1） 溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂 相比）------杜林规则 查图步骤：P→水的沸点→由杜林线查 得某一浓度下的溶液沸点。
完成液
逆流多效蒸发器
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
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§6.3 多效蒸发
错流流程：
错流流程优、缺点： ① 兼有并、逆流的优点； ②操作复杂；
二次蒸汽
T1
料液
T2
T3
幻灯片1目录
第六章 蒸发
§6.1 §6.2 §6.3 §6.4 §6.5 概述 单效蒸发器的计算 多效蒸发 提高生蒸汽热能利用程度的措施 蒸发设备
浙江大学本科生课程 化工原理
第六章 蒸发
1/30
第六章
§6.1 概述 1、什么是蒸发?
将含有不挥发性溶质的 稀溶液中部分溶剂汽化、除 去的单元操作，称为~。
第六章 蒸发
8/30
§6.2
三、加热面积A的计算
单效蒸发器的计算
1 1 b 1 K值约为1000~4500W/m2K Ra1 Ra 2 KA h1 A1 kAm h2 A2
冷却水
T
P
Q KAt m
Q DR
料液
P
s
t m Ts t Ts T 加热蒸汽 D, T ,
T
P
料液 加热蒸汽
P
D , Ts , R
t
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
第六章 蒸发
浙江大学本科生课程 化工原理
12/30
§6.3 多效蒸发
一、多效蒸发及其流程
并 流 流 程 逆 流 流 程 按料液走向分 错 流 流 程 平 流 流 程
二次蒸汽
冷 料液 加热 蒸汽
T1
1 2
冷凝水
冷却水
冷凝器 除沫器 蒸发室 加热室
中央循环管
冷凝水 水
浙江大学本科生课程 化工原理
第六章 蒸发
完成液 单效蒸发器
3/30
§6.1
概述
不凝性气体
冷却水
4、蒸发操作的特点：
传质—传热
料液
二次蒸汽 除沫器 蒸发室 加热室
冷凝器
*能耗大 *从进口到出口传热温差 加热蒸汽 逐渐减小 （生蒸汽） （∵浓度↑，沸点↑） *易结垢、粘度逐渐变大 而使传热条件恶化
冷却水
T
P
P
t m Ts t Ts T
料液
t 取决于： 冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室 内液层深度，因此，t >T。
加热蒸汽
D , Ts , R
t
冷凝水 水
△ =t -T-----传热温度差损失
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第六章 蒸发
完成液 单效蒸发器
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冷却水
二次蒸汽
D r W R
汽化1kg水所消耗的蒸汽量， 其值约为1。实际上
D, Ts ,Hs 加热室 D, Ts ,hs
第六章 蒸发
完成液 L，t，h, c
7/30
D/W=1.1
浙江大学本科生课程 化工原理
§6.2
单效蒸发器的计算
b. 有明显浓缩热的体系 先按 情况a 计算，然后再校正。ຫໍສະໝຸດ 浙江大学本科生课程 化工原理
T2
T3
P
3
思考：P1、 P2、 P3大小顺序？
P1 P2 P3 T1 T2 T3
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完成液
并流多效蒸发器
13/30
§6.3 多效蒸发
并流流程： 并流流程优、缺点： ① 料液可自动流入 下一效，无需泵输送 ； ②溶液会发生闪蒸而 产生更多的蒸汽； ③传热推动力依次减 小； ④ K依次减小；
料液
蒸发
冷却水
2、蒸发操作的目的 （1）获得浓缩的溶液 （2）获得固体溶质 （3）除去杂质
浙江大学本科生课程 化工原理
加热蒸汽
冷凝水 水
第六章 蒸发
完成液
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§6.1
概述
二次蒸汽
不凝性气体
3、蒸发设备-----列管式换热器
连续式、间歇式 常压式、减压式、加压式 思考1： 如图，为减压式操作设 料液 备，为什么图中冷凝器 的放置高度要 很高？ 加热蒸汽 思考2： （生蒸汽） 生蒸汽与二次蒸汽何者 温度高？
h f x, t -----查焓浓图
稀释热 h ct
a. 无明显浓缩热的体系
h0 c 0 t 0
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
完成液 L，t，h, c
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§6.2
单效蒸发器的计算
假定： ① Hs-hs =R（加热蒸汽汽化潜热）； ② h h0； 二次蒸汽 ③ H-h=r（二次蒸汽汽化潜热）； W，T ，H ④Ql 0 料液 蒸发室 Wr D F, t0, h0,c0 R
二次蒸汽
冷却水 料液 加热 蒸汽
T1
1 2
冷凝水
T2
T3
P
3
水
完成液
并流多效蒸发器
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
14/30
§6.3 多效蒸发
逆流流程： 逆流流程优、缺点： ① 料液需用泵送入下一效； ②传热推动力较为均匀；
加热 蒸汽 冷凝水
T1 二次蒸汽 T2
T3
P 冷却水
1
2
3
料液
水
L F W
浙江大学本科生课程 化工原理 第六章 蒸发
加热室
完成液 L，x, t
5/30
§6.2
二、能量衡算
单效蒸发器的计算
DH s Fh0 WH F W h Dhs Ql
F h h0 W H h Ql D H s hs
二次蒸汽 W，T ，H 料液 F, t0, h0,c0 D, Ts ,Hs 加热室 D, Ts ,hs 蒸发室
料液
冷却水
T
P
P
（2）蒸发室内液层深度引起的 加热蒸汽 与设备结构有关， D , Ts , 有些设备液柱可高达3~6m， R 有些设备中此 项损失可不计。
t
冷凝水 水
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第六章 蒸发
完成液 单效蒸发器
10/30
§6.2
单效蒸发器的计算
（3）二次蒸汽的阻力损失引起的 此项影响很小，通常取 1 ℃ 左右
中央循环管
冷凝水 水
浙江大学本科生课程 化工原理
第六章 蒸发
完成液 单效蒸发器
4/30
§6.2
单效蒸发器的计算
已知：F、x0、t0、x 计算内容： L、 W、加热蒸汽量D、加热面积
一、物料衡算
L F W Lx Fx 0 x0 W F1 x
二次蒸汽 W，T 料液 F,x0,t0 蒸发室