蒸发设备图例

强制循环型

利用外加动力（泵）形成溶液循环流动， 循环速度为2~5 m／s。
适用于：易结晶、易结垢或粘度大的溶 液。但动力消耗较大。通常为0.4~0.8kW ／ m2 。

球形浓缩罐(补充)
球形浓缩罐说明



制药﹑食品﹑化工行业进行间歇蒸发操 作，广泛使用球形浓缩罐。不再采用加 热管式加热，而应用夹套加热。 分离器在于将二次蒸汽所夹带液滴经分 离后，返回罐内，避免物料损失。 受液灌回收有机溶媒。 采用真空操作，浓缩时间短。

圆盘式：由于在相同的压力下，液体与气体的流 速不同，产生不同的动、静压力，驱使圆盘阀片 动作 。
蒸发器选用考虑因素（依溶液 性质）



粘度：首选考虑。 热敏性：膜式适用。 结晶：外热式、强制型、刮板薄膜式、列文型。 易发泡：外热式、强制型、升膜式。 有腐蚀性：材质考虑。 易结垢：循环速度高或易清洗。 溶液处理量：刮板薄膜式传热面积10 m2以下。 若需20 m2以上，则选用多效。
水分蒸发量W计算

在蒸发器中，对溶质做物料衡算，得：
x0 W F (1 ) x1

单位：kg/h。
加热蒸汽消耗量D计算1

对蒸发器做能量衡算，有：
Fh0 DH WH ( F W )h1 Dhw QL

即：
W ( H h1 ) F (h1 h0 ) QL D H hw W ( H h1 ) F (h1 h0 ) QL D r

液柱附加压强而产生的沸点升 高 1

在循环型蒸发器中，加热室内液层有一 定的高度，此附加液柱导致液层内的液 体操作压强比液面处操作压强高，因此， 液层内的沸点比液面处沸点高，此高出 的沸点值即为 。

但该部分沸点升高值一般以液层中间位置的 沸点值求出。且溶液中溶剂一般以水来论。
液柱附加压强而产生的沸点升 高 2
蒸发设备图例
蒸发浓缩所用设备,工艺流程和工 艺计算
蒸发概念

蒸发：溶液的浓缩。将含有不挥发性溶质的溶 液加热至沸腾使溶剂气化，并将形成的蒸汽不 断移除，从而提高溶液浓度的工艺过程。
蒸发器：实现蒸发操作的设备。


有直接加热式和间接加热式，后者常用。 间接加热蒸发器组成包括：加热室和分离室两部分。 加热室：完成对溶液的加热并使溶剂部分气化。 分离室：将二次蒸汽中夹带的液滴沉降分离。
蒸发基本概念1

加热蒸汽：蒸发器的热源蒸汽，由蒸汽 锅炉产生。也称新鲜蒸汽。
二次蒸汽：溶剂气化而形成的蒸汽。


该部分蒸汽必须不断地被移除出蒸发器，以 避免在蒸发器内形成气液平衡，导致蒸发操 作无法继续进行。所采用的移除方法是：冷 凝。
蒸发基本概念2

根据蒸发流程中，二次蒸汽冷凝时释放 的热量是否再应用于蒸发流程，蒸发工 艺分为：

计算式：
t pm T
p m po
gl
2


T
上两式： t pm ——液层中部压强下水的沸点； ——液面处的水的沸点，即二次蒸汽温度。
温度差损失例题2

在中央循环管式蒸发器内，蒸发25% CaCl2水溶液，已测得二次蒸汽的绝对压 强为40kPa。加热管内液层深度为2.3m， 溶液平均密度为1200 kg/m3 。试求因溶 液液柱静压强引起的温度差损失△’’ ， 同时求算出溶液的沸点。

适用于：粘度随浓度改变而变化较大的 溶液或厂房高度受限场合。
刮板薄膜蒸发器

原理：利用外在装置（刮板），外在动 力布膜。

适用于：粘度特高，易结晶，结垢的热 敏性物料。但传热量小，处理量小，需 额外耗能。
离心式薄膜蒸发器1

过程——转鼓内设置多层由上、下碟片所构成 的空心夹层，夹套内通入加热蒸汽，原料液由 送料管经分配装置而喷洒到每一夹套的上表面， 夹套随转鼓旋转，离心作用使得料液分布成 0.1mm的薄层液膜，得以快速蒸发，夹层内加 热蒸汽释放潜热后冷凝水汇集到排出管，而浓 缩液由离心作用进入收集槽经浓缩液排出，二 次蒸汽汇集到外壳处的排气管排出。
悬筐式

对中央循环管型的改进，环隙截面积是 沸腾管的100%~150%，溶液循环速度为1~ 1.5m／s。


易清洗。 适用于：蒸发时有少量晶体析出的溶液。
外热式

加热管较长，循环管内的溶液未受蒸汽 加热，其密度较加热管的大。循环速度 为1.5 m／s。

适用于有少量晶体析出的溶液蒸发。
列文式蒸发器1
疏水阀（疏水器）1



作用：阻汽排液（在蒸发操作中，阻止 加热蒸汽排出，而只排送冷凝水）。 类型：

机械式——依靠蒸汽疏水阀内凝结水液位 高度的变化而动作 。有：浮子式、浮球式。 热静力型——依靠液体温度的变化而动 作 。有：双金属片式、蒸汽压力式；
疏水阀（疏水器）类型2

热动力型——依靠液体的热动力学性质(指 流速和压强）的变化而动作。如：圆盘式、 脉冲式。
二次蒸汽流动阻力而引起的温 度差损失

二次蒸汽在流入到冷凝器的管道内流动， 由于有流动阻力，使蒸汽压强降低，从 而使蒸汽温度降低，此温度降低值部分 为 。

一般依经验值估算，效间流动取为 =1℃， ℃。 末效到冷凝器取： =1.5
总温度差损失

综上，从冷凝器到蒸发器液层中部，总 温度差损失为：


结构特点：在加热室的上部设置了一段 2~3m长的空白圆筒，由此附加液柱高度 而形成的相对高压，使加热管内的溶液 虽然受热程度较高（温度较高），但并 不沸腾，溶液只有上升到空白圆筒段后， 才达到沸腾状态，可避免易结晶溶液的 晶体在加热管表面析出而结垢。 适用：易结晶溶液的浓缩。
列文式蒸发器2

缺点：空白圆筒段设置增加了加热、沸 腾段的总体高度，也使循环管高度达到 了7~8m，虽使溶液的循环速度增至23m/s，但厂房需有足够的高度，且设备 庞大，耗材多，造价高。

一般以水为标准溶液。如下图。
温度差损失例题1
对20%NaOH水溶液，求下面各项。 1.查图求101.33kPa压强下该溶液的沸点。 2.分别利用系数校正法和杜林直线法求 50kPa压强下因溶液蒸汽压下降而引起的 温度差损失。（ 50kPa下，水的沸点为 81.2℃，气化潜热为2304.5kj/kg）。
溶液的沸点升高及来源

沸点升高—指溶液和纯溶剂在相同操作压强下 的沸点差值。

与纯溶剂相比,在相同的操作压强下,溶液的沸点将 更高，又称温度差损失。将使传热平均温度差下降。 溶液的蒸汽压下降; 加热室液柱静压强； 蒸汽流动阻力。

来源于三个方面:

溶液的蒸汽压下降引起的沸点 升高值 1


单效蒸发：二次蒸汽直接用冷凝器冷凝，其 热量不再应用于蒸发操作。 多效蒸发：多台（也称效）蒸发器串联操作， 前一台蒸发器的二次蒸汽被送入下一台蒸发 器的加热室，以作为下一台蒸发器的热源。 该法更节能、经济。
单效蒸发流程说明

上图为单效蒸发流程。 过程：加热蒸汽被送入蒸发器加热室的 管间，溶液在管内流过，由加热管壁面 传热而使溶液沸腾，浓缩液连续不断从 蒸发器底部排出。二次蒸汽由真空管吸 入冷凝器冷凝，其中夹带的不凝性气体 经分离器、真空泵而排出。

温度差损失例题3

在单效蒸发器中将某种水溶液从10%浓缩 到30%。加热蒸汽为105 ℃的饱和蒸汽， 冷凝器内温度为59℃。液层深度为2m， 溶液平均密度为1080 kg/m3 。已知常压 下溶液因蒸汽压下降而引起的温度差损 失为4 ℃ 。试求：⑴总温度差损失；⑵ 有效温度差；⑶溶液沸点。

中央循环管式蒸发器1

加热室设置中央粗管和周围细管目的— 使溶液在两种管内因受热程度(最终为汽 化分率)出现差异,密度出现差异,形成溶 液内部的自然循环流动。
中央循环管式蒸发器2

任取一根管子考察单位体积溶液所具有 的传热面积S和溶液体积量V、管子内径d 的关系。
V

4
d L
2
S dL


蒸汽压下降：溶液中存在着不具挥发性 的溶质，与纯溶剂相比，溶液的挥发性 降低，在相同操作压强下，溶液沸点比 纯溶剂沸点要升高。 估算方法：

估算。 校正系数法：用公式 f ——操作压强下的沸点升高值；

——常压下的沸点升高值；
溶液的蒸汽压下降引起的沸点 升高值 2
单效蒸发工艺计算1

计算已知条件:

源自文库

加热蒸汽的温度T(或压强P)； 原料液的流量F、进料温度 t 0 和浓度 x 0 ； 浓缩液的出料温度 t1 和浓度 x1。 蒸发器的操作压强 P 。
单效蒸发工艺计算2

工艺计算项:

水分蒸发量W—据物料衡算; 加热蒸汽消耗量D—据热量衡算; 蒸发器的传热面积S—据换热器传热速率.
蒸发与一般传热的区别

虽然也为传热过程，但蒸发有别于一般传热，表现为 四点：


蒸发与一般传热的区别； 溶液浓度的升高,将导致其物理性质变化—腐蚀性增强,粘度 增大,易结晶结垢,有时产生泡沫,有些溶液有热敏性； 相对于纯溶剂，溶液中含有不挥发性的溶质，其蒸汽压要更 低，在一定操作压强下，沸点比纯溶液要更高。
蒸发基本概念3

蒸发操作可在加压、常压或减压下进行，最常 用的是减压蒸发。 减压蒸发：操作压强低于大气压下的蒸发操作。 也称减压浓缩、真空蒸发、真空浓缩。效果：



溶液沸点低，适用于热敏性物料的浓缩，可用低温 热源（即低压蒸汽或废蒸汽）；采用高温热源则可 提高传热温度差。 但溶液粘度大，传热效果变差，且需增设真空泵。
单程型(膜式)蒸发器

原理：采用传热效果最佳的薄膜流动传 热,溶液流经加热管只一次,且时间极短 （一般为几秒到十几秒），即达到浓缩 要求，故特别适合于热敏性物料的浓缩。
常用类型：升膜、降膜、升-降膜、刮板 薄膜式、离心薄膜式。

升膜蒸发器


原料预热至达到或接近沸点，在加热室内膜 状流动（传热效果最好）。 预热原因：使溶液一到达加热管即能产生大 量蒸汽，对溶液上升形成抽吸作用。
节能：蒸发过程要消耗大量热能，但也产生温度较高的二次蒸汽和 冷凝水，合理回收二者能量有助于节能。

蒸发设备类型和基本结构
蒸发器的两个基本组成部分: ⑴加热室—使溶液受热,达到沸腾状态. ⑵分离室—二次蒸汽脱离液面后,使其内夹带 的液滴被分离(用重力沉降). 根据溶液的循环情况,蒸发设备分: ⑴循环型蒸发器（也称非膜式）—溶液在加 热室内循环流动(自然循环或强制循环). ⑵单程型蒸发器（也称膜式）—溶液只流经 加热室一次.

适用于：蒸发量大的稀或粘度低的溶液， 有热敏性或易生泡的溶液；但：粘度高， 有晶体析出或结垢情况不适。
降膜蒸发器

适用于：粘度较大、但不是非常大的热 敏性物料；易结晶，结垢溶液不宜。

通过降膜分布器（三种常用）产生膜状 流动。
升-降膜蒸发器

同一加热室内一分为二——先升后降， 原料需预热。

f ——温度校正系数。
0.0162 (T 273 ) f r

2
T ——操作压强下二次蒸汽的温度，
℃ ； r ——操作压强下二次蒸汽的气化潜热， kj/kg。
溶液的蒸汽压下降引起的沸点 升高值 2

估算方法之二：杜林直线法。

与某种标准溶液沸点相比，溶液的沸点与该 标准溶液沸点呈直线关系。所以，已知两者 在两个操作压强下的各自沸点值，可作出一 条直线，以直线为准，当知道标准溶液的特 定操作压强下沸点值时，可以查出同一压强 时的溶液沸点。
离心式薄膜蒸发器2

特点：传热系数大、浓缩比高、受热时 间短、不易起泡和结垢。兼具离心分离 和薄膜浓缩的双重特点。
蒸发器的附属设备



除沫器：将二次蒸汽夹带的液沫继续除 尽；安装于蒸发器顶部或二次蒸汽管道。 冷凝器：将二次蒸汽冷凝而成为冷凝水。 可以为直接冷凝器，也可以为间接冷凝 器； 疏水阀。
S 4 V d
标准（中央循环管型）蒸发器3

中央循环管受热差，汽化率低，溶液密 度大，故溶液下降。周边细管受热好， 汽化率高，溶液密度小，故溶液上升。 中央循环管面积为加热管总截面积的 40%~ 100%，由此形成循环，速度为 0.4~0.5m／s。

蒸发器加热室不易清洗。 适用于处理结垢不严重，腐蚀性较小的溶液。