化工单元操作蒸发
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一、多效蒸发的操作流程 1、并流法 2、逆流法 3、平流法
特点：
1、溶液在效间的输送不需要泵； 2、有自蒸发现象； 3、完成液在末效排出，热量消耗低； 4、各效由于温度渐升而导致传热系数下
降，生产能力降低或传热面积增加。
特点：
1、溶液在效间的输送需要泵； 2、无自蒸发现象，产生的Βιβλιοθήκη Baidu次蒸汽量少； 3、完成液在第一效排出，温度较高，损失的热量
适用范围：适于处理易结 晶、结垢及粘度大的溶 液。
（5）强制循环型
特点：循环速度大且可以调节，但动力消耗大；
适用范围：适于处理高黏度、易结垢或有结晶析出 的溶液。
2、非循环型蒸发器
共同点：传热效果好，加热时间短，适于热敏性材 料的蒸发。
（1）升膜式 传热及蒸发速度快，适用于处理大量稀溶液
或易起泡的蒸发。
?? ? ?
cB
Fw0 F?W
?F ? W ?c1 ? Fc0 ? WcW
又因为： hs ? hc ? r h' ? h1 ? r '
所以： D ? Wh' ? ?F ? W ?c1t1 ? Fc0t0 ? Ql
hs ? hc
? Wh' ? ?Fc0 ? Wcw ?t1 ? Fc0t0 ? Ql
hs ? hc
第五章 蒸 发
第一节
概述
一、蒸发过程及其特点 1、定义：将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸
腾使部分溶剂气化并使溶液得到浓缩的过程。 2、目的： （1）浓缩溶液； （2）制取或回收纯溶剂；
3、特点
（1）蒸发是传热过程； （2）溶剂挥发而溶质不挥发； （3）溶剂的气化会消耗大量的热量； （4）蒸发的溶液种类不同时，所需设备和操作方
多，且不利于热敏性材料的蒸发； 4、传热系数均匀，保持在较高的水平。
特点：
溶液不在效间流动，有利于有结晶析 出的情况或得到不同浓度的料液。
4、错流加料流程
部分产流部分逆流。
二、多效蒸发的最佳效数
效数n
蒸发过程的单位蒸汽消耗量
单效 双效 三效 四效
五效
理想值 1
实际平 1.1 均值
0.5 0.57
式有区别；
二、蒸发过程的分类
1、按加热方式：直接加热和间接加热；
2、按操作压强：常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发
3、按蒸发的效数：单效蒸发和多效蒸发； 单效蒸发：二次蒸汽没有被利用的蒸发； 多效蒸发：有多个蒸发器，二次蒸汽作为下一台蒸
发器的加热蒸汽被再次利用； 效数：蒸发器串联的个数。 4、按操作方式：间歇蒸发和连续蒸发。
W,T',h'
（2）加热蒸汽消耗量的计算
对系统进行热量衡算， F,w0,t0,h0
得：
D,T,hs
DhS ? Fh0 ? Dhc ? Wh'? ?F ? W ?h1 ? Ql
加热蒸汽用量为：
D ? Wh' ? ?F ? W ?h1 ? Fh0 ? QL
hs ? hc
蒸发室 加热室 D,T,hc
QL
F-W w1,t1,h1
pm
?
p?
? gl
2
? '' ? t pm ? t p
考虑1-1.5℃。
例题：P193。
三、蒸发器的生产能力和生产强度
1、生产能力：单位时间内蒸发的溶剂（水）量， kg/s 。
2、生产强度：单位传热面积上单位时间内蒸发的溶剂 （水）量，kg/m2.s。
U?W A
第三节 多效蒸发过程
目的：再次利用二次蒸汽，节约能量，提高蒸发器 的经济性。
当溶液在沸点下进入蒸发器时， t0 ? t1
且忽略热损失的情况下， Ql ? 0
e ? D ? r' ? 1 Wr
注：由于溶液的热效应和热损失的存在，使得e大 于1.1。 例题：P190。
(3)加热室传热面积的计算
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K? tm
Q ? Dr
K
?
1 ?0
?
R0
?
1
Ri
d0 di
?
1 ?i
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（2）降膜式
特点：有利 于液膜的 维持和高 粘度液体 的蒸发。
（3）刮板式蒸发器
二、蒸发器的选用
膜式：适用于热敏性材料； 刮板型：适用于高粘度溶液； 循环型：常用液体的蒸发；
具体性能比较：见P200。
优点：循环速度加快， 清洗、检修方便，传 热系数高，热损失小；
缺点：结构复杂，设备 费用高。
（3）外热式
特点：
优点：便于清洗和更换，降低蒸发器的总高 度，循环速度快，传热系数大；
缺点：单位面积金属耗量大，热损失大；
（4）列文式
优点：循环速度加快，加 热管内不易结垢，增加 了传热推动力；
缺点：设备庞大，温差损 失大；
有效温度差
（4）蒸发器的有效温度差
A、蒸发装置的最大可能温度差
? tmax ? ts ? tc ? tm ? ts ? tB
B、温差损失（沸点升高）
tB ? tc ? ?
? ? ? ' ? ? '' ? ? '''
※Δ' 杜林规则:
tB ? Ktw ? m
t
' B
t
' w
? tB ? tw
?
K
※ Δ''的计算 ※ Δ'''
注：溶液的焓由实验测定，值随浓度和温度而变化。
当溶液的浓缩热不大时，可用平均比热容近似计算：
h0 ? c0t0
h1 ? c1t1
c0 ? cw ?1 ? w0 ?? cB w0 c1 ? cW ?1 ? w1 ?? cB w1
cB
?
c0
?
cW ? w0
cW w0
c1
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cW
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第二节 单效蒸发过程
一、单效蒸发流程
2、单效蒸发过程的计算
（1）水分蒸发量的计算
对溶质进行物料衡算，得：
F,w0
Fw0 ? ?F ? W ?w1
D,h0
W
?
F????1 ?
w0 w1
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则完成液的浓度为：
w1
?
Fw0 F ?W
W,h' 蒸发室
加热室 D,hc
F-W,w1,h1
例题：见 P188 。
0.33 0.4
0.25 0.3
0.2 0.27
最佳效数:根据设备费和操作费之和为最小来确定。
三、多效蒸发的计算（略）
第四节 蒸发装置及其选型
一、蒸发器
蒸发器
循环型 非循环型（单程型）
1、循环型
（1）中央循环管式蒸发器
优点：结构简单，操作可靠，投资少；
缺点：循环速度低，传热系数低，清洗难度大。
（2）悬筐式蒸发器
? ? ? W h' ? cW t1 ? Fc0 ?t1 ? t0 ?? Ql hs ? hc
? Fc0 ?t1 ? t0 ?? Wr ' ? Ql
r
意义：
加热蒸汽放出的热量用于： （1）预热原料液； （2）气化水份； （3）补偿蒸发器的热损失；
令
e? D W
单位蒸汽消耗量，kg蒸汽/kg水；
是蒸发器的一项重要的技术经济指标。
特点：
1、溶液在效间的输送不需要泵； 2、有自蒸发现象； 3、完成液在末效排出，热量消耗低； 4、各效由于温度渐升而导致传热系数下
降，生产能力降低或传热面积增加。
特点：
1、溶液在效间的输送需要泵； 2、无自蒸发现象，产生的Βιβλιοθήκη Baidu次蒸汽量少； 3、完成液在第一效排出，温度较高，损失的热量
适用范围：适于处理易结 晶、结垢及粘度大的溶 液。
（5）强制循环型
特点：循环速度大且可以调节，但动力消耗大；
适用范围：适于处理高黏度、易结垢或有结晶析出 的溶液。
2、非循环型蒸发器
共同点：传热效果好，加热时间短，适于热敏性材 料的蒸发。
（1）升膜式 传热及蒸发速度快，适用于处理大量稀溶液
或易起泡的蒸发。
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第五章 蒸 发
第一节
概述
一、蒸发过程及其特点 1、定义：将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸
腾使部分溶剂气化并使溶液得到浓缩的过程。 2、目的： （1）浓缩溶液； （2）制取或回收纯溶剂；
3、特点
（1）蒸发是传热过程； （2）溶剂挥发而溶质不挥发； （3）溶剂的气化会消耗大量的热量； （4）蒸发的溶液种类不同时，所需设备和操作方
多，且不利于热敏性材料的蒸发； 4、传热系数均匀，保持在较高的水平。
特点：
溶液不在效间流动，有利于有结晶析 出的情况或得到不同浓度的料液。
4、错流加料流程
部分产流部分逆流。
二、多效蒸发的最佳效数
效数n
蒸发过程的单位蒸汽消耗量
单效 双效 三效 四效
五效
理想值 1
实际平 1.1 均值
0.5 0.57
式有区别；
二、蒸发过程的分类
1、按加热方式：直接加热和间接加热；
2、按操作压强：常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发
3、按蒸发的效数：单效蒸发和多效蒸发； 单效蒸发：二次蒸汽没有被利用的蒸发； 多效蒸发：有多个蒸发器，二次蒸汽作为下一台蒸
发器的加热蒸汽被再次利用； 效数：蒸发器串联的个数。 4、按操作方式：间歇蒸发和连续蒸发。
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（2）加热蒸汽消耗量的计算
对系统进行热量衡算， F,w0,t0,h0
得：
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三、蒸发器的生产能力和生产强度
1、生产能力：单位时间内蒸发的溶剂（水）量， kg/s 。
2、生产强度：单位传热面积上单位时间内蒸发的溶剂 （水）量，kg/m2.s。
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第三节 多效蒸发过程
目的：再次利用二次蒸汽，节约能量，提高蒸发器 的经济性。
当溶液在沸点下进入蒸发器时， t0 ? t1
且忽略热损失的情况下， Ql ? 0
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注：由于溶液的热效应和热损失的存在，使得e大 于1.1。 例题：P190。
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特点：有利 于液膜的 维持和高 粘度液体 的蒸发。
（3）刮板式蒸发器
二、蒸发器的选用
膜式：适用于热敏性材料； 刮板型：适用于高粘度溶液； 循环型：常用液体的蒸发；
具体性能比较：见P200。
优点：循环速度加快， 清洗、检修方便，传 热系数高，热损失小；
缺点：结构复杂，设备 费用高。
（3）外热式
特点：
优点：便于清洗和更换，降低蒸发器的总高 度，循环速度快，传热系数大；
缺点：单位面积金属耗量大，热损失大；
（4）列文式
优点：循环速度加快，加 热管内不易结垢，增加 了传热推动力；
缺点：设备庞大，温差损 失大；
有效温度差
（4）蒸发器的有效温度差
A、蒸发装置的最大可能温度差
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B、温差损失（沸点升高）
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注：溶液的焓由实验测定，值随浓度和温度而变化。
当溶液的浓缩热不大时，可用平均比热容近似计算：
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第二节 单效蒸发过程
一、单效蒸发流程
2、单效蒸发过程的计算
（1）水分蒸发量的计算
对溶质进行物料衡算，得：
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加热室 D,hc
F-W,w1,h1
例题：见 P188 。
0.33 0.4
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最佳效数:根据设备费和操作费之和为最小来确定。
三、多效蒸发的计算（略）
第四节 蒸发装置及其选型
一、蒸发器
蒸发器
循环型 非循环型（单程型）
1、循环型
（1）中央循环管式蒸发器
优点：结构简单，操作可靠，投资少；
缺点：循环速度低，传热系数低，清洗难度大。
（2）悬筐式蒸发器
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意义：
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单位蒸汽消耗量，kg蒸汽/kg水；
是蒸发器的一项重要的技术经济指标。