化工原理蒸发
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时，生蒸汽消耗量可用焓浓图计算。
qm,v(Hhw) q m ,0 (h h 0 ) q m ,w (H h ) Φ L
5.2.3 传热计算
由蒸发器的传热方程得：
(1) 传热度温差
A Φ Ktm
在蒸发器中，管外为蒸气冷凝，温度恒定为T，管内为溶液
沸腾，温度也多为定值，可视为恒温差传热，故
(2) 传热系数
料液
qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
蒸发水 qm ,w 量 qm ,0 (1 ： w w 0)
加热蒸汽 qmv,T,H
二次蒸汽 qmwT’,H’
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
蒸汽冷凝水
完成液浓 w度 qm,： 0w0
qmv,T,hw
qm,0qm,w 单效蒸发的物料衡算，热量衡算示意图
(2) 热量衡算式的简化
忽略溶解热、稀释热时，溶液的热焓和比热容取质量平均，
以0C为热焓基准，则有：
h cpt
h0 cp,0t0
c p c p ,w ( 1 w ) c p ,b w c p ,w ( c p ,w c p ,b ) w
c p ,0 c p ,w ( 1 w 0 ) c p ,b w 0 c p ,w ( c p ,w c p ,b ) w 0 代入热流量公式得：
q m ,v r 0 q m ,0 c p ,0 ( t t0 ) q m ,w r L
r0 生蒸汽冷凝 J/k热g r二次蒸汽冷凝J热 /kg
Φ q m ,v r 0 q m ,0 c p ,0 ( t t0 ) q m ,w r L
加热蒸汽消耗量：
qm ,vqm ,0cp,0(tt0r)0qm ,w rΦ L
Hhw r0(加热蒸汽的冷),凝热
二次蒸汽 qmwT’,H’
H二次蒸汽的质量. 焓
h0 , h 完成液、料液的质量.焓
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
Φqm,v(Hhw) q m ,( 0 h h 0 ) q m ,w (H h ) Φ L
其中 tm ， Tt
5.2.4 溶液的沸点升高和传热温差损失
(1) 溶液的沸点和温度差损失 溶液沸点 > 二次蒸汽饱和温度
沸点升高 tt ： tT
① 引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
溶液沸点 ＞ 相同压力下水沸点 t 。 b）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升；
5.1.2 分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
5.1.3 蒸发操作的特点
（1）蒸发器实质是一种两侧流体发生相变的换热器； （2）溶液的沸点升高
加热 蒸汽
冷凝水
完成液
单效蒸发流程：
不凝性气体
蒸发流程
冷却水
二次蒸汽
料液 加热蒸汽
1
5 4 3 2
冷凝水
1-加热管； 2-加热室；
3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器； 6-冷凝器
完成液
水
硝酸铵水溶液蒸发流程
(3) 几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
第5章
5.1 概述 5.1.1 蒸发及应用
蒸发
(1) 蒸发：蒸发是溶液浓缩的单元操作。它采用加热的方 法，使 溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的部分溶剂被气化 除去，而溶液得到浓缩 。
设备：蒸发器，冷凝器 。
（2）应用：
二次蒸汽
wenku.baidu.com
① 将溶液浓缩后，冷却结晶，获得固体产品；料液
② 浓缩溶液，获得纯净的溶剂产品； ③ 获得浓缩的溶液产品。
Pe qdb
r v a
Ga
g
d
3 b
2 l
2
— 贝克来数 — 伽利略数
Kp pd b
反映压力影响的数群
强制循环蒸发器：
Nu0.02R3e0.8Pr0.4
升膜式蒸发器：
强制对流传热区：
Nu（1.3
S
di）Rel0.23Prl0.9Rev0.34
l v
0.25vl
核状沸腾区：
Nu0.225csRev0.69Prl
5.3.2 热量衡算
目的：计算生蒸汽消耗量 (1) 热量衡算式
q m , v H q m ,h 0 q m , v h w ( q m , 0 q m , w ) h q m , w H Φ L
或Φ ： qm ,v(H hw ) q m ,( 0 h h 0 ) q m ,w (H h ) Φ L
Kp0.31
l v
10.33
（3 ）蒸发器的生产能力和生产强度 生产能力——为单位时间蒸发水分的质量，由于它主要取决于 过程的热流量，所以常又以热流量来衡量蒸发器 的生产能力 。 生产强度——为单位传热面积的生产能力，以U表示，单位为 kg/(㎡h)
生产能力 ΦK ： Atm
生产U 强 q m A ,w 度 r A ： K tm /r
若沸点进料，忽略热损失时， t0 t
ΦL 0
qm,v
qm,wr r0
qm,w qm,v
r0 1 r
生蒸汽的经济性（经济程度）qmw/qmv * 蒸发操作重要经济指标之一，反映蒸发操作能耗的大小; * 实际由于沸点升高和热损失，单效蒸发 qmw/qmv ≈0.9 。
(3) 焓浓图 溶解热、稀释热不能忽略时,用平均比热计算误差很大，此
生蒸汽温度一定时，传热温差小于加热纯溶剂时的传热温差。 （3）溶剂汽化时消耗大量能量
为减小能耗必须提高加热蒸汽利用率。 （4）根据物料本身特性(如粘度、结晶性、热敏性等)
合理选择设备和操作流程。
5.2 单效蒸发 5.2.1 物料衡算
目的：计算蒸发水量和完成液浓度 对溶质：
qm , 0 w 0(qm , 0qm ,w )w
tmTtt
K 1K 1 0h 1 i d d 0 i R dd d i0 i bd d m 0R d 0h 1 0
蒸发器的传热系数K，目前主要还是根据现场实测数据来选定。
常见蒸发器管内表面传热系数hi的经验关联： 普通自然循环蒸发器：
Nu 3.25 104 Pe 0.6Ga 0.125 Kp 0.7
qm,v(Hhw) q m ,0 (h h 0 ) q m ,w (H h ) Φ L
5.2.3 传热计算
由蒸发器的传热方程得：
(1) 传热度温差
A Φ Ktm
在蒸发器中，管外为蒸气冷凝，温度恒定为T，管内为溶液
沸腾，温度也多为定值，可视为恒温差传热，故
(2) 传热系数
料液
qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
蒸发水 qm ,w 量 qm ,0 (1 ： w w 0)
加热蒸汽 qmv,T,H
二次蒸汽 qmwT’,H’
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
蒸汽冷凝水
完成液浓 w度 qm,： 0w0
qmv,T,hw
qm,0qm,w 单效蒸发的物料衡算，热量衡算示意图
(2) 热量衡算式的简化
忽略溶解热、稀释热时，溶液的热焓和比热容取质量平均，
以0C为热焓基准，则有：
h cpt
h0 cp,0t0
c p c p ,w ( 1 w ) c p ,b w c p ,w ( c p ,w c p ,b ) w
c p ,0 c p ,w ( 1 w 0 ) c p ,b w 0 c p ,w ( c p ,w c p ,b ) w 0 代入热流量公式得：
q m ,v r 0 q m ,0 c p ,0 ( t t0 ) q m ,w r L
r0 生蒸汽冷凝 J/k热g r二次蒸汽冷凝J热 /kg
Φ q m ,v r 0 q m ,0 c p ,0 ( t t0 ) q m ,w r L
加热蒸汽消耗量：
qm ,vqm ,0cp,0(tt0r)0qm ,w rΦ L
Hhw r0(加热蒸汽的冷),凝热
二次蒸汽 qmwT’,H’
H二次蒸汽的质量. 焓
h0 , h 完成液、料液的质量.焓
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
Φqm,v(Hhw) q m ,( 0 h h 0 ) q m ,w (H h ) Φ L
其中 tm ， Tt
5.2.4 溶液的沸点升高和传热温差损失
(1) 溶液的沸点和温度差损失 溶液沸点 > 二次蒸汽饱和温度
沸点升高 tt ： tT
① 引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
溶液沸点 ＞ 相同压力下水沸点 t 。 b）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升；
5.1.2 分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
5.1.3 蒸发操作的特点
（1）蒸发器实质是一种两侧流体发生相变的换热器； （2）溶液的沸点升高
加热 蒸汽
冷凝水
完成液
单效蒸发流程：
不凝性气体
蒸发流程
冷却水
二次蒸汽
料液 加热蒸汽
1
5 4 3 2
冷凝水
1-加热管； 2-加热室；
3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器； 6-冷凝器
完成液
水
硝酸铵水溶液蒸发流程
(3) 几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
第5章
5.1 概述 5.1.1 蒸发及应用
蒸发
(1) 蒸发：蒸发是溶液浓缩的单元操作。它采用加热的方 法，使 溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的部分溶剂被气化 除去，而溶液得到浓缩 。
设备：蒸发器，冷凝器 。
（2）应用：
二次蒸汽
wenku.baidu.com
① 将溶液浓缩后，冷却结晶，获得固体产品；料液
② 浓缩溶液，获得纯净的溶剂产品； ③ 获得浓缩的溶液产品。
Pe qdb
r v a
Ga
g
d
3 b
2 l
2
— 贝克来数 — 伽利略数
Kp pd b
反映压力影响的数群
强制循环蒸发器：
Nu0.02R3e0.8Pr0.4
升膜式蒸发器：
强制对流传热区：
Nu（1.3
S
di）Rel0.23Prl0.9Rev0.34
l v
0.25vl
核状沸腾区：
Nu0.225csRev0.69Prl
5.3.2 热量衡算
目的：计算生蒸汽消耗量 (1) 热量衡算式
q m , v H q m ,h 0 q m , v h w ( q m , 0 q m , w ) h q m , w H Φ L
或Φ ： qm ,v(H hw ) q m ,( 0 h h 0 ) q m ,w (H h ) Φ L
Kp0.31
l v
10.33
（3 ）蒸发器的生产能力和生产强度 生产能力——为单位时间蒸发水分的质量，由于它主要取决于 过程的热流量，所以常又以热流量来衡量蒸发器 的生产能力 。 生产强度——为单位传热面积的生产能力，以U表示，单位为 kg/(㎡h)
生产能力 ΦK ： Atm
生产U 强 q m A ,w 度 r A ： K tm /r
若沸点进料，忽略热损失时， t0 t
ΦL 0
qm,v
qm,wr r0
qm,w qm,v
r0 1 r
生蒸汽的经济性（经济程度）qmw/qmv * 蒸发操作重要经济指标之一，反映蒸发操作能耗的大小; * 实际由于沸点升高和热损失，单效蒸发 qmw/qmv ≈0.9 。
(3) 焓浓图 溶解热、稀释热不能忽略时,用平均比热计算误差很大，此
生蒸汽温度一定时，传热温差小于加热纯溶剂时的传热温差。 （3）溶剂汽化时消耗大量能量
为减小能耗必须提高加热蒸汽利用率。 （4）根据物料本身特性(如粘度、结晶性、热敏性等)
合理选择设备和操作流程。
5.2 单效蒸发 5.2.1 物料衡算
目的：计算蒸发水量和完成液浓度 对溶质：
qm , 0 w 0(qm , 0qm ,w )w
tmTtt
K 1K 1 0h 1 i d d 0 i R dd d i0 i bd d m 0R d 0h 1 0
蒸发器的传热系数K，目前主要还是根据现场实测数据来选定。
常见蒸发器管内表面传热系数hi的经验关联： 普通自然循环蒸发器：
Nu 3.25 104 Pe 0.6Ga 0.125 Kp 0.7