化工原理第五章讲稿ppt课件
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2019/12/26
•5.1 蒸发器(evaporator)的结构 •蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。 • 按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循 环型和单程型（不循环）两类。
1、循环型蒸发器(circulation evaporator) 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。
由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环 型两类。
自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产 生密度差引起。
强制循环(forced circulation) ：用泵迫使溶液沿一定方向 流动。
2019/12/26
① 中央循环管式蒸发器
优点：结构紧凑、制 造方便、传热较好、 操作可靠； 缺点：循环速度在 0.4~0.5m/s以下、清洗 和维修不方便。
2019/12/26
第五章 蒸发
第二节 单效蒸发
一、溶液的沸点和温度差 损失
二、单效蒸发的计算
三、蒸发器的生产能力和 生产强度
2019/12/26
1、溶液的沸点和温度差损失 蒸发器中的传热温差： Δtm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ℃ ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100℃ 此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
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• （2）加热蒸汽和二次蒸汽
•
加热蒸汽：用于加热的蒸汽
•
二次蒸汽：由溶液蒸发出来的蒸汽蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，
或者减压（真空）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。
•
③间歇蒸发和连续蒸发
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• （4）蒸发操作的特点
饱和压力： tt(p)'''
式中 p ——液面上方二次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器 压强代替），Pa；
tw，U
W S
—— 溶剂在相应压力下的沸点。
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如图为不同浓度 NaOH水溶液的沸点与
1
对应压强下纯水的沸点 的关系，由图可以看出， 当NaOH水溶液浓度为
p p Lg 零时，它的沸点线为一
条 对角线，即水的
m 沸点线，其它浓度下溶
液的沸点线大致为一组
2 平行直线。
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优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发； 温度差损失较小，表面传热系数较大。
缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降； 不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。 ① 升膜式蒸发器
说明：不适于较浓溶液、粘度大、易结晶、易结垢物 料的蒸发。
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2019/12/26
② 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与 升膜相比，可以蒸发浓度 较高的溶液，对粘度较大 的物料也能适用。 缺点：结构较复杂。
算沸点升高值。 ' f'a
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• 溶液的沸点也可用杜林规则计算：在相当宽的压强范围内
溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸点成线性关系：
DFpc0(t1t0)W'rQl r
• 当某压强下水的沸点tw＝0时，
tAtA ' Kw ' tym
式中
tA，
t
' w
—— 某种溶液在两种不同压力下的沸点；
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二次蒸气 5
料液
加热蒸气 1 2
4
3
1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器
冷凝水
完成液
中央循环管式蒸发器
④ 强制循环蒸发器 (forced circulation evaporator)
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（2）膜式（单程型）蒸发器 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。
• ① 沸点升高 • ② 溶液的性质 往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。
浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成 垢层，使传热过程恶化 • ③泡沫夹带 二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设 法除去，否则不但损失物料，而且会污染设备。 • ④能源利用 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作 是大量耗热的过程，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。
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5.1.2 蒸发器的辅助装置
除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。
(FW)cp1Fp0cWpwc
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（2）冷凝器和真空装置 冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用 气液直接接触的混合式冷凝器， 如逆流高位冷凝器。
真空装置：排除少量不凝性气体， 维持蒸发所需要的真空度。 水环式真空泵、喷射泵、往复式 真空泵。
•由该图可以看出： • ① 浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为一组平 行直线，因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关，而 可取大气压下的数值； • ② 在高浓度范围内只要已知两个不同压强下溶液的 沸点，则其他压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。
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• （2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 按液面下处L/2溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的
tT T s T 1 5 10 0 50 0
如果蒸发的是30%的NaOH水溶液，在常压下其沸点是高 于100℃。若其沸点t = 120℃，则有效传热温差，
t T s t 1 5102 300
Δt 比ΔtT所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度 差损失，用Δ表示
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第五章 蒸发
第一节 蒸发设备
一、蒸发器的结构 二、蒸发器的辅助装置 三、蒸发器的选型
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蒸发概述 •（1）蒸发操作的目的 • ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 • ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加 以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操 作以获得固体溶质。 • ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。 • ④同时制备浓溶液和回收溶剂。
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时产生 的摩擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。 •（1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失 溶液的沸点升高主要与溶液类型、组成及操作压强有关， 一般由实验测定。当蒸发操作在加压或减压下进行，可估
•5.1 蒸发器(evaporator)的结构 •蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。 • 按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循 环型和单程型（不循环）两类。
1、循环型蒸发器(circulation evaporator) 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。
由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环 型两类。
自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产 生密度差引起。
强制循环(forced circulation) ：用泵迫使溶液沿一定方向 流动。
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① 中央循环管式蒸发器
优点：结构紧凑、制 造方便、传热较好、 操作可靠； 缺点：循环速度在 0.4~0.5m/s以下、清洗 和维修不方便。
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第五章 蒸发
第二节 单效蒸发
一、溶液的沸点和温度差 损失
二、单效蒸发的计算
三、蒸发器的生产能力和 生产强度
2019/12/26
1、溶液的沸点和温度差损失 蒸发器中的传热温差： Δtm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ℃ ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100℃ 此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
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• （2）加热蒸汽和二次蒸汽
•
加热蒸汽：用于加热的蒸汽
•
二次蒸汽：由溶液蒸发出来的蒸汽蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，
或者减压（真空）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。
•
③间歇蒸发和连续蒸发
2019/12/26
• （4）蒸发操作的特点
饱和压力： tt(p)'''
式中 p ——液面上方二次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器 压强代替），Pa；
tw，U
W S
—— 溶剂在相应压力下的沸点。
2019/12/26
如图为不同浓度 NaOH水溶液的沸点与
1
对应压强下纯水的沸点 的关系，由图可以看出， 当NaOH水溶液浓度为
p p Lg 零时，它的沸点线为一
条 对角线，即水的
m 沸点线，其它浓度下溶
液的沸点线大致为一组
2 平行直线。
2019/12/26
优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发； 温度差损失较小，表面传热系数较大。
缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降； 不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。 ① 升膜式蒸发器
说明：不适于较浓溶液、粘度大、易结晶、易结垢物 料的蒸发。
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2019/12/26
② 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与 升膜相比，可以蒸发浓度 较高的溶液，对粘度较大 的物料也能适用。 缺点：结构较复杂。
算沸点升高值。 ' f'a
2019/12/26
• 溶液的沸点也可用杜林规则计算：在相当宽的压强范围内
溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸点成线性关系：
DFpc0(t1t0)W'rQl r
• 当某压强下水的沸点tw＝0时，
tAtA ' Kw ' tym
式中
tA，
t
' w
—— 某种溶液在两种不同压力下的沸点；
2019/12/26
二次蒸气 5
料液
加热蒸气 1 2
4
3
1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器
冷凝水
完成液
中央循环管式蒸发器
④ 强制循环蒸发器 (forced circulation evaporator)
2019/12/26
（2）膜式（单程型）蒸发器 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。
• ① 沸点升高 • ② 溶液的性质 往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。
浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成 垢层，使传热过程恶化 • ③泡沫夹带 二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设 法除去，否则不但损失物料，而且会污染设备。 • ④能源利用 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作 是大量耗热的过程，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。
2019/12/26
5.1.2 蒸发器的辅助装置
除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。
(FW)cp1Fp0cWpwc
2019/12/26
（2）冷凝器和真空装置 冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用 气液直接接触的混合式冷凝器， 如逆流高位冷凝器。
真空装置：排除少量不凝性气体， 维持蒸发所需要的真空度。 水环式真空泵、喷射泵、往复式 真空泵。
•由该图可以看出： • ① 浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为一组平 行直线，因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关，而 可取大气压下的数值； • ② 在高浓度范围内只要已知两个不同压强下溶液的 沸点，则其他压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。
2019/12/26
• （2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响 按液面下处L/2溶液的沸腾温度来计算，液体在平均温度下的
tT T s T 1 5 10 0 50 0
如果蒸发的是30%的NaOH水溶液，在常压下其沸点是高 于100℃。若其沸点t = 120℃，则有效传热温差，
t T s t 1 5102 300
Δt 比ΔtT所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度 差损失，用Δ表示
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第五章 蒸发
第一节 蒸发设备
一、蒸发器的结构 二、蒸发器的辅助装置 三、蒸发器的选型
2019/12/26
蒸发概述 •（1）蒸发操作的目的 • ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 • ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加 以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操 作以获得固体溶质。 • ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。 • ④同时制备浓溶液和回收溶剂。
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时产生 的摩擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。 •（1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失 溶液的沸点升高主要与溶液类型、组成及操作压强有关， 一般由实验测定。当蒸发操作在加压或减压下进行，可估