蒸发
第四章-蒸发
法除去，否则不但损失物料，而且会对冷凝设备、蒸发器的传热面产生 污染，降低热流量
二、影响蒸发效率的因素
生产强度：单位时间、单位传热面积上所蒸发的溶剂或水Βιβλιοθήκη 量。（表示蒸发设备的效率）
W K t m U A i t
U——生产强度；W——蒸发量；A——蒸发器的传热面积
K——蒸发器的传热总系数；△tm——加热蒸汽饱和温度与溶液沸点之差
原理：料液预热到接近沸点时由
蒸发器底部送入，进入加热管时
立即受热沸腾汽化，溶液在高速 上升的二次蒸汽带动下，沿管壁 边呈膜状向上流动边蒸发。到达 分离室后，完成液与二次蒸汽分 离后由分离室底部排出。
气冷凝所致，而真空装置仅是抽吸蒸发系统泄漏的空气、物料及冷却
水中溶解的不凝性气体和冷却水饱和温度下的水蒸气等，冷凝器后必 须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射泵、 水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。
4、 常用的蒸发设备
（1）循环型蒸发器
特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶 液浓度接近于完成液浓度。
3 ）外热式蒸发器
操作流程（通常采用真空蒸发工艺）
先开真空阀，抽至一定真空度，
进料，关闭进料阀；
开启蒸气阀门，加热；
抽样检查，达到规定的浓缩程度
后，关闭真空系统，蒸气阀门， 室内恢复常压后，打开放料阀。
3 ）外热式蒸发器
优点：
降低了整个蒸发器的高度，便于 清洗和更换；
循环速度较高，使得对流传热系 数提高；
有利于蒸发进行。 有效成分耐热，溶剂无毒、无害、不易燃烧、无 经济价值者可用此方法。
（一）常用蒸发方法
蒸发工作原理
蒸发工作原理
蒸发是指液体在加热的过程中变为气体的物理过程。
蒸发的工作原理来自于液体分子的热运动。
当加热液体时，液体分子的平均动能将增加，部分分子的动能超过液体表面的张力，从而逃离液体表面成为气体分子。
这些逃离的分子通过不断碰撞气体分子，在容器内形成一定压强的气体。
蒸发只发生在液体表面上的分子，因此液体表面的温度会降低。
这是因为当有一部分液体分子蒸发成气体并离开表面后，表面的分子总能量减小，从而使表面密度减小，压力减小，温度降低。
这也是为什么我们感到湿冷的原因，因为液体的蒸发会吸走周围的热量。
蒸发速率取决于液体的性质、温度、表面积和环境的湿度。
较高的温度、较大的表面积或较低的环境湿度都会增加蒸发速率。
蒸发在日常生活中有广泛的应用。
例如，在做饭时，水蒸发会带走食物中的热量，使之熟烂。
在干衣机中，加热空气使湿衣物中的水分蒸发并排出机外。
此外，蒸发还被应用于水净化、淡化海水、制冷等领域。
蒸发的概念
蒸发的概念
蒸发一直是一种自然现象，它也是大气现象的重要组成部分。
它提供了潮湿的气体吹向更干燥的空气中，降低了大气中水蒸气的浓度。
蒸发是由液体吸收热能变为气态所产生的，只有在液体吸收热能的同时，气态才会变为液态。
它有助于保持大气的湿度，也可以在天气模式发生变化的时候起到一定的作用。
蒸发是一种平衡状态，当一个物质处于高温低湿度的环境中，这个物质的蒸发概率会比它在低温高湿度的环境中蒸发的概率高。
这是因为，在高温低湿度的环境中，每单位气体的湿度比其他气体低，因此它更容易蒸发。
此外，当空气在高温低湿度的环境中被加热，空气中水分会更容易蒸发，从而让空气更加干燥。
大气中的水蒸气是空气中最重要的物质之一，它可以提供大气环境所需要的湿度，进而影响空气温度，而空气温度又影响大气环境中的湿度，从而形成一个稳定的平衡。
因此，蒸发在大气的湿度控制中起着重要的作用。
蒸发不仅会影响大气湿度，还会影响地表温度，当潮湿的气体吹向更干燥的空气中，空气温度会降低。
此外，蒸发还可以降低空气温度，从而降低空气中的湿度，从而影响大气的湿度。
由于蒸发可以减少空气中的水蒸气，因此也可以减少空气中污染物的浓度，促进大气质量的改善。
蒸发也有它的不足之处，例如，蒸发过程会吸收大量的热量，因此可以导致气温的骤降，从而导致冰雹的发生，这会对植物产生负面
影响，从而导致作物的损失。
总而言之，蒸发是一种自然现象，它对大气环境的湿度有着重要的影响，但它也有它不利的一面，因此在利用蒸发来控制大气环境时，应该正确理解其作用，使之合理运用。
蒸发的方式及流程
第五章 蒸发
*
蒸发是分离液相均一系（溶液）的单元操作之一。这种操作是将溶液加热，使其中部分（或全部）溶剂气化并不断除去，以提高溶液中的溶质浓度。被蒸发的溶液由挥发性的溶剂和不挥发的溶质所组成，因此蒸发也是挥发性溶剂和不挥发溶质的分离过程。用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。
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图5-11 单中，从溶液中蒸发出来的溶剂量可通过物料衡算来确定。 现对图5-11所示的单效蒸发器作溶质的物料衡算。进入和离开蒸发器的溶质量不变，
即： 由此可求得溶剂的蒸发量为： 完成液的浓度为： 式中：F—溶液的进料量(kg/h)； W—溶剂的蒸发量(kg/h)； xw0—原料液中溶质的质量分率； 的概念 将几个蒸发器顺次连接起来协同操作以实现二次蒸汽的再利用，从而提高加热蒸汽利用率的操作，称为多效蒸发。每一个蒸发器称为一效。通入加热蒸汽(生蒸汽)的蒸发器称为第一效。用第一效的二次蒸汽作为加热蒸汽的蒸发器称为第二效，用第二效的二次蒸汽作为加热蒸汽的蒸发器称为第三效，依此类推。 多效蒸发的流程 顺流加料 逆流加料 平流加料
*
图5-4 在垂直加热管内汽、液两相的流动状态
料液在加热管内沸腾和流动情况对长管蒸发器的蒸发效果有很大时进入加热管，料液被加热，温度上升，料液因在管壁与中心受热程度不同而产生自然对流，此时尚未沸腾，溶液为如图5-4（a）所示的单相流动；当温度升高至沸点时，溶液沸腾而产生大量气泡，如图5-4（b）所示，气泡分散于连续的液相中，此时管内开始两相流动；随着气泡生成数量的增多，由于许多气泡汇合而增大形成如图5-4（c）所示的片状流；气泡进一步增大形成如图5-4（d）所示的柱状流动或称气栓；继而柱栓破裂，而形成如图5-4（e）所示的环状流动体系；此后在管子中央形成蒸汽柱，上升的蒸汽柱将料液拉曳成如图5-4（f）所示的一层液膜沿管壁迅速上升；随着上升气速进一步增大，则由于雾沫夹带，在蒸汽柱内形成如图5-4（g）、（h）所示的带有液体雾沫的喷雾流。在上述现象中，以柱状流动的传热系数最大，因此操作时希望使柱状流占整个管长的比例尽量增大。
蒸发
(2)经济性 结论： ▲多效蒸发的生蒸气经济性 （W/D） 理论值与效数成正 比，其经验值也随效数增多而增加，但不成正比。
加热蒸汽 D,Ts,H
加热室
冷凝液
D,Ts,hc
完成液（FW),w1,t1,c1,h
1
单效蒸发的物料衡算，热量衡算 示意图
2、加热蒸汽消耗量的计算
对蒸发器进行热量衡算得：
DH Fh0 WH 'Lh1 D hc QL 或Q D(H hc ) WH 'Lh1 Fh0 QL 式中Q 加热蒸汽消耗量，kg / h H 加热蒸汽的焓，kJ / kg H ' 二次蒸汽的焓，kJ / kg
逆流加料流程
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
料液
完成液
水
逆流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。 这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度 随温度变化较大的物料。
平流加料流
料液
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
水
平流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各 效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
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。
三、蒸发操作的分类
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。
化工原理-蒸发
蒸发蒸发操作的特点：蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩得到浓溶液的过程。
1.1 蒸发的基本流程：蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不断除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
蒸发器实质上是一个换热器，由加热室和分离室两部分组成，加热室通常用饱和水蒸气加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离室分离后从蒸发器引出，为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器顶部设有气液分离用的除沫装置从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，在多效蒸发中，二次蒸汽用于下一效的物料加热。
冷却水从冷凝器顶加入，与上升的蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，不凝气体从顶部排出。
通常不凝气体来源有两个方面，料液中溶解的空气和系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。
料液在蒸发器中蒸浓达到要求后称为完成液，从蒸发器底部放出，是蒸发操作的产品。
1.1.2 蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。
常压蒸发和减压蒸发据操作压力不同，蒸发过程可以分为常压蒸发和减压蒸发，常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压力从冷凝器排出。
减压蒸发冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统中的不凝气需用真空泵抽出。
减压蒸发较常压蒸发具有如下优点：①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小；②可以蒸发不耐高温的溶液；③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂；④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。
但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置。
单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程分为单效蒸发和多效蒸发。
单效蒸发中加热蒸汽在冷凝器中用水冷却排出。
多效蒸发中，第一个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推，串联蒸发器的个数称为效数。
蒸发
5.1 概述蒸发是分离液相均一系（溶液）的单元操作之一。
这种操作是将溶液加热，使其中部分（或全部）溶剂气化并不断除去，以提高溶液中的溶质浓度。
被蒸发的溶液由挥发性的溶剂和不挥发的溶质所组成，因此蒸发也是挥发性溶剂和不挥发溶质的分离过程。
用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。
5.1.1 蒸发的分类蒸发按操作温度可分为自然蒸发和沸腾蒸发。
自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点时汽化，溶剂的汽化仅发生在溶液的表面，自然蒸发速率缓慢。
沸腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时汽化，在汽化过程中，溶液呈沸腾状态，溶剂的汽化不仅发生在溶液表面，而且发生在溶液内部，因此，沸腾蒸发的速率远大于自然蒸发的速率。
工业上的蒸发操作大多采用沸腾蒸发。
蒸发按操作压强可分为加压蒸发、常压蒸发和减压（真空）蒸发。
为了保持产品生产过程的系统压强（例如丙烷脱沥青），则蒸发需在加压状态下操作。
对于热敏性物料（例如抗生素溶液、果汁、食用油脂），为了保证其产品质量，必须在较低温度下蒸发浓缩，则需采用真空操作以降低溶液的沸点。
但由于沸点降低，溶液的黏度也相应增大，而且造成真空需要增加设备和动力。
因此，一般无特殊要求的溶液，则采用常压蒸发。
此外，按操作方式，可将蒸发分为间歇蒸发和连续蒸发；按蒸发操作产生的二次蒸汽是否再作为蒸发器的热源利用，可将蒸发分为单效蒸发和多效蒸发等。
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。
蒸发速率最简单三个公式
蒸发速率最简单三个公式
嘿，朋友们！今天来给你们讲讲蒸发速率最简单的三个公式呀！
第一个公式就是：蒸发速率 = 蒸发的质量÷时间。
举个例子啊，就像你把一碗水放在太阳下，过了一段时间后，发现水少了一部分，那这减少的水的质量除以这段时间，不就是蒸发速率嘛！这不是很容易理解嘛！
第二个公式是：蒸发速率 = 系数×（表面积×温度差）。
哎呀，这就好比说，一个大池塘和一个小水杯同时在相同温度下晒着，那大池塘的表面积大呀，肯定蒸发得快些噻！温度差呢，就像是夏天太阳底下和阴凉处，那蒸发速率肯定不一样呀！
第三个公式：蒸发速率 = 热流量÷（潜热×质量）。
这就好像是跑步比赛，热流量就像是你跑步的速度，潜热和质量就像是跑道的长短和你自身的重量，它们一结合，就能算出你的“蒸发速度”啦！
怎么样，这三个公式不难理解吧！好好去感受一下哦！。
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第五章蒸发
一、选择题
1.以下蒸发器属于自然循环型蒸发器的是（）蒸发器。
A.强制循环型
B.升膜
C.浸没燃烧
D.外热式
2.与加压、常压蒸发器相比，采用真空蒸发可使蒸发器的传热面积（），温度差（），
总传热系数（）。
A.增大
B.减小
C.不变
D.不确定
3.蒸发操作能持续进行的必要条件是( )。
A.热能的不断供应，冷凝水的及时排除。
B.热能的不断供应，生成蒸气的不断排除。
C.把二次蒸气通入下一效作为热源蒸气。
D.采用多效操作，通常使用2-3效。
4.蒸发操作通常采用( )加热。
A.电加热法
B.烟道气加热
C.直接水蒸气加热
D.间接饱和水蒸气加热
5.以下哪一条不是减压蒸发的优点( )。
A.可以利用低压蒸气或废汽作为加热剂
B.可用以浓缩不耐高温的溶液
C.可减少蒸发器的热损失
D.可以自动地使溶液流到下一效，不需泵输送
6.多效蒸发流程通常有三种方式，以下哪一种是错误的( )。
A.顺流
B.逆流
C.错流
D.平流
7..中央循环管式蒸发器中液体的流动称为( )。
A.自然循环
B.强制循环
C.自然沸腾
D.强制沸腾
8..蒸发操作中，二次蒸气的冷凝通常采用( )。
A.间壁式冷凝
B.混合式冷凝
C.蓄热式冷凝
D.自然冷凝
9.单效蒸发器计算中D／W 称为单位蒸汽消耗量，如原料液的沸点为393K，下列哪种情况
D／W最大? ( )。
A.原料液在293K时加入蒸发器
B.原料液在390K时加入蒸发器
C.原料液在393K时加入蒸发器
D.原料液在395K时加入蒸发器
10.蒸发过程温度差损失之一是由于溶质存在，使溶液（）所致。
A.沸点升高
B.沸点降低
C.蒸汽压升高
11.属于单程型的蒸发器是（）。
A、中央循环管式蒸发器
B、外热式蒸发器
C、降膜蒸发器
D、悬筐式蒸发器
二、填空题
1.蒸发操作所用的设备称为________。
2.蒸发操作中，加热溶液用的蒸汽称为________，蒸发出的蒸汽称为________。
3.按二次蒸汽是否被利用，蒸发分为________和________；按操作压强大小，蒸发分为
________、________和________；按蒸发方式不同，蒸发分为________和________。
4.蒸发过程中，溶剂的气化速率由________速率控制。
5.蒸发溶液时的温度差损失在数值上恰等于________的值。
6.蒸发操作时，引起温度差损失的原因有________、________和________。
7.杜林规则说明溶液的沸点与同压强下标准溶液的沸点间呈________关系。
8.20％NaOH水溶液在101.33kPa时因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为________。
9.单效蒸发的计算利用________、________和________三种关系。
10.当稀释热可以忽略时，溶液的焓可以由________计算。
11.单位蒸汽消耗量是指________，它时衡量________的指标。
12.单位蒸汽消耗量愈________，蒸发装置的经济效益愈好。
13.蒸发器的传热速率愈大，则生产能力愈________。
14.多效蒸发中，效数愈多，则单位蒸汽消耗量愈________。
15.多效蒸发的操作流程有________、________和________。
16.多效并流蒸发流程适于处理________的溶液。
17.多效逆流蒸发流程适于处理________的溶液。
18.多效平流蒸发流程适于处理________的溶液。
19.为提高蒸发器的生产能力，可采用________的方法。
20.提高蒸发器的生产强度的措施有________和________。
21.加热蒸汽提供的热量用于________、________、________和________。
22.溶液的流向与蒸汽相同的多效蒸发流程称为。
23.杜林规则认为，一定浓度的某溶液在两不同压强下的沸点差与对应压强下水的沸点差的比
值为。
24.蒸发操作得以实现的主要条件是________________的不断导入，及
________________________________________________。
三、判断题
1.一般逆流加料法多效蒸发流程适合于粘度随温度和浓度变化较大的溶液的蒸发。
（）
2.杜林规则认为，一定浓度的某溶液在两不同压强下的沸点差与对应压强下水的沸点差的比
值为2。
（）
3.一般并流加料法多效蒸发流程适合于粘度随温度和浓度变化较大的溶液的蒸发。
（）
4.△’是指由于溶质的存在而引起的温度差损失。
（）
四、计算题
1.常压单效蒸发中，每小时将10000kg的某水溶液从5％浓缩到25％。
原料液温度为40
摄氏度，分离室的真空度为60kPa，加热蒸汽压强为120kPa，蒸发器的管外总传热系数为2000W/(m2.℃)，溶液的平均比热为3.6kJ/(kg.℃)，操作条件下溶液的各种温度差损失为15℃，忽略热损失。
求（1）水分蒸发量；（2）加热蒸汽消耗量；（3）蒸发器的传热面积。
2.进料量为9000kg/h，浓度为1%（质量分率）的盐溶液在40℃下进入单效蒸发器并被浓
缩到1.5%。
蒸发器传热面积为39.1平方米，蒸发室绝对压强为0.04MPa（该压力下水的蒸发潜热r'=2318.6kJ/kg），加热蒸汽温度为110℃（该饱和温度下水的蒸发潜热
r=2232k J/kg）。
由于溶液很稀，假设溶液的沸点和水的沸点相同，0.04MPa下水的沸点为75.4℃，料液的比热近似于水的比热，Ｃｐ＝4.174kJ/kg·K。
求蒸发量、浓缩液量、加热蒸汽量和加热室的传热系数K。
如进料量增加为12000kg/h，传热系数、加热蒸汽压强、蒸发室压强、进料温度和浓度均不变的情况下，蒸发量、浓缩液量和浓缩液浓度又为多少？均不考虑热损失。
五、简答题
1.蒸发操作得以进行的基本条件是什么？。