单效蒸发.
单效蒸发及计算
单效蒸发及计算一.物料衡算(materialbalance)对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为(5-1)(5-2)式中F———原料液量，kg/h；W———水的蒸发量，kg/h；L———完成液量，kg/h；x0———料液中溶质的浓度，质量分率；x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。
二.能量衡算(energybalance)仍参见图片(5-13)，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得（5-3）或（5-3a）式中D———加热蒸汽耗量，kg/h；H———加热蒸汽的焓，kJ/kg；h0———原料液的焓，kJ/kg；H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg；h1———完成液的焓，kJ/kg；hc———冷凝水的焓，kJ/kg；QL———蒸发器的热损失，kJ/h；Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h。
由式5-3或5-3a可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。
溶液的焓值是其浓度和温度的函数。
对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。
因此，在应用式5-3或5-3a求算D时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。
1．可忽略溶液稀释热的情况大多数溶液属于此种情况。
例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。
对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。
若以0℃的溶液为基准，则（5-4）（5-4a）将上二式代入式5-3a得（5-3b）式中t0———原料液的温度，℃；t1———完成液的温度，℃；C0———原料液的比热容，℃；C1———完成液的比热容，℃；当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即(5-5)(5-5a)式中CW———水的比热容，℃；CB———溶质的比热容，℃。
将式5-5与5-5a联立消去CB并代入式5-2中，可得，再将上式代入式5-3b中，并整理得（5-6）由于已假定加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出，则上式中的即为加热蒸汽的冷凝潜热，即(5-7)但由于溶液的沸点升高，二次蒸汽的温度与溶液温度t1并不相同（下面还要详细讨论）。
单效蒸发器操作规程
单效蒸发器操作规程单效蒸发器是一种常见的分离设备，广泛应用于化工、制药、食品等行业。
为了确保单效蒸发器的安全运行和高效生产，需要遵守一系列操作规程。
一、操作准备1. 进行操作前，必须对单效蒸发器进行检查，确认设备完好无损，各侧管道通畅，有无泄漏、堵塞等异常情况。
2. 根据所处理物料的性质和工艺要求，准备好所需的原料、溶剂和辅助设备。
二、启动预检1. 将单效蒸发器冷却系统的循环泵和空气螺杆压缩机启动，确保水泵压力和空气压力正常。
2. 开启蒸汽系统，确认蒸汽阀门处于开启状态。
3. 开启真空泵，在合适的压力范围内对设备进行真空抽气，确保系统能够正常运行。
三、操作步骤1. 将预处理的物料通过加料泵送入单效蒸发器内，控制物料的进料流量。
2. 打开进料阀门，调整出料阀门，使物料流入蒸发器内，并通过观察玻璃、液位计或压力表来控制物料的进料速度和液位。
3. 开启加热系统，调整加热介质的温度，使物料逐渐加热。
4. 观察和记录物料的蒸发和浓缩效果，根据工艺要求进行调整。
5. 当物料浓缩到预定浓度时，关闭进料阀门，停止加热。
6. 关闭蒸汽系统，断开加热介质的供应。
7. 关闭真空泵，停止真空抽气。
8. 打开出料阀门，将浓缩后的物料从单效蒸发器中排出，并输送至下一工序或收集容器。
9. 关闭蒸发器的各种系统设备，完成操作。
四、操作注意事项1. 操作人员必须穿戴好安全防护装备，如安全帽、防护眼镜、防护手套等。
2. 调整加热介质的温度时，要谨慎操作，避免温度过高引发事故。
3. 注意观察物料的蒸发和浓缩效果，及时调整操作参数，以保证设备稳定运行。
4. 在操作过程中，严禁私自调整或操作未经授权的设备部件。
5. 如发现设备异常情况，如温度异常、压力异常、泄漏等，应立即停机检修，并通知相关人员进行维修。
6. 操作结束后，及时清理设备和管道，保持设备的清洁和无污染状态。
五、紧急情况处理1. 如遇到设备突发故障或其他紧急情况，操作人员应立即停止操作，并向相关人员汇报。
化工原理 单效蒸发
溶液的沸点t=T+Δ,有效传热温度差Δt=ΔtT-Δ
温度差损失原因：〈〈12〉〉溶蒸液发的器沸中点液升柱高静压头的影响 〈3〉流体摩擦阻力损失
⑴ 溶液的沸点升高与杜林规则
将1atm下的沸点升高
杜林(Duhling)规则：溶液的沸点与同温度 近似地作为其它压力
若为沸点进料，即t0 t1,并忽略热损失和比热C1和C0的差别，则有：
D Wr r
或 D r Wr
由于蒸汽在t1和T下的潜热r和r相差不大,
D W
r R
1
②溶液的浓缩热不可忽略
（3）蒸发Байду номын сангаас传热面积的计算
A Q DR K (Ts t1 ) K (Ts t1 )
1 K
1
i
Ri
1
o
Ro
5.3 2 蒸发设备中的温度差损失
Q H s hs
9.87 105
2728 556.51000
0.455kg / s 1640kg / h
2·求料液流量F
DH s Fh0 WH (F W )h1 Dhs QL
查NaOH的焓浓图得：料液的焓h0＝120kJ/kg,完成液的焓 h1＝540kJ/kg
又热损失 QL＝0·03Q 0.03 9.87 105 29600W 29.6kW
h1=c1t1,h0=c0t0代入热量衡算C式1＝：4.187 1－0.5＋2.01 0.5＝3.1
0·455（2728－556·5）＋F 3·75 35＝F－W 3·1100＋2681W＋29·6
178·7F＋2371W＝958·4 将W＝0·6F代入，解得：F＝0·6kg/s,W=0·36kg/s
单效蒸发
h = cpt
h0 =c p , 0 t0
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 w0 ) + c p,b w0 = c p,w (c p,w c p,b )w0
代入热流量公式得：
Φ = qm,v r0 = qm,0c p,0 (t t0 ) + qm,wr′ + Φ L
t '" = 0.5 ~ 1° C
5.3 单效蒸发 5.3.1 物料衡算
目的： 目的：计算蒸发水量和完成液浓度 对溶质： 对溶质：
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热室
二次蒸汽 qmwT’,H’
qm,0 w0 = (qm,0 qm,w )w
蒸发水量： q m,w w0 = q m ,0 (1 ) w
完成液 qm0-qmw,w, t,c,h
因此，溶液的沸点： 因此，溶液的沸点：
t = T ′ + t ' + t " + t '" = T ′ + t t
② 传热温差损失 溶液沸点升高，造成传热温差减小。
理论传热温度差： tT = T T ′
有效传热温差：
传热温度差损失：
t = T t
tT t = t T ′ = t t
若沸点进料，忽略热损失时，
t0 = t
qm , w qm , v
ΦL = 0
qm ,v =
qm , w r ′ r0
r = ≈1 r′
生蒸汽的经济性（经济程度） 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 。
单效蒸发及其计算
温度差损失）， ℃；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引起的沸点升高， ℃；
F——校正系数，无因次，其经验计算式为
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度， ℃； r′——操作压力下水的汽化热，kJ/kg。
单效蒸发及其计算
2. 按杜林规则计算
杜林规则说明溶液的沸点和同压强下标准溶液沸点间呈线性关 系。由于容易获得纯水在各种压强下的沸点，故一般选用纯水作为 标准溶液。只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，以溶液沸 点为纵坐标，以水的沸点为横坐标，在直角坐标图上标绘相对应的 沸点值即可得到一条直线（称为杜林直线）。由此直线就可求得该 溶液在其他压强下的沸点。图5-2是由试验测定的不同组成的 NaOH水溶液的沸点与对应压力下纯水沸点的关系线图，已知任意 压力下水的沸点，可由图查出不同浓度下NaOH的沸点。
单效蒸发及其计算
（三）由于管路阻力而引起的温度差损失Δ″
二次蒸气由分离器送至冷凝器要克服管道 中流动阻力，所以分离室内二次蒸气压强应略 高于冷凝器中规定的压强。相应的蒸气温度也 高于冷凝器中蒸气的温度，两者的差值称为由 于管路阻力引起的温度差损失Δ″，其值与蒸气 的流速、物性及管路特性有关，一般取经验值 1～1.5 ℃。
单效蒸发及其计算
解：（1）求Δ′ 取冷凝器绝压pk为15kPa，可查出15 kPa下水蒸气的饱和 温度T′为53.5℃。取因流动阻力而引起的温度差损失Δ 1 ℃，故二次蒸气温度T′=54.5 ℃。由附表查出二次蒸气其他参 数为：T″=54.5 ℃，p′=15.4 kPa ,汽化潜热r′=2367.6 kJ/kg。
单效蒸发及其计算
单效蒸发及其计算
二、 单效蒸发的计算
单效蒸发中要计算的内容有：（1）单位时间内由溶 液中整除的二次蒸气质量，称为蒸发量；（2）单位时间内 消耗的加热蒸气量；（3）所需的蒸发器传热面积S。
项目四 任务一单效蒸发.
所以沸腾液体的平均温度为 ：
t t ( p) '' '
在大多数教材中，液柱内部的平均压力取的是液面压力和液柱 底部压力的平均值，即
1 LG 2 1 ' ' t ( p Lg ) t ( p ) 5 pm p
2. 蒸发设备中的温度差损失
（3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失 ' ' '
二、 单效蒸发
1.单效蒸发的计算
对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条 件以后，通常需要计算以下的这些内容： ① 分的蒸发量； ② 热蒸汽消耗量； ③ 发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量 衡算方程和传热速率方程来解决。
1. 单效蒸发的计算
（1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程， 单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
一、 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可 知：在相同温度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的 压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定 时，蒸发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小，而溶液 的浓度越大，这种影响就越显著。 ② 节约能源 ③ 物料的工艺特性 本章的重点就是研究上述问题，同时还考虑从二次蒸汽 中分离夹带液沫的问题。
Fw0 ( F W )w
水分蒸发量： 完成液的浓度：
w0 W F (1 ) w
w Fw0 F W
1. 单效蒸发的计算
（2）热量衡算 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
DIs Fi0 ( F W )i WI Dis Q损 D( I s is ) F (i i0 ) W ( I i) Q损
单效蒸发及计算
一.物料衡算二.能量衡算1．可忽略溶液稀释热的情况2．溶液稀释热不可忽略的情况三.传热设备的计算1.传热的平均温度差2.蒸发器的传热系数3.传热面积计算四.蒸发强度与加热蒸汽的经济性1.蒸发器的生产能力和蒸发强度2.加热蒸汽的经济性单效蒸发及计算一.物料衡算(materialbalance)对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为(5-1)(5-2)式中F———原料液量，kg/h；W———水的蒸发量，kg/h；L———完成液量，kg/h；x0———料液中溶质的浓度，质量分率；x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。
二.能量衡算(energybalance)仍参见图片(5-13)，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得（5-3）或（5-3a）式中D———加热蒸汽耗量，kg/h；H———加热蒸汽的焓，kJ/kg；h0———原料液的焓，kJ/kg；H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg；h1———完成液的焓，kJ/kg；hc———冷凝水的焓，kJ/kg；QL———蒸发器的热损失，kJ/h；Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h。
由式5-3或5-3a可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。
溶液的焓值是其浓度和温度的函数。
对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。
因此，在应用式5-3或5-3a求算D时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。
1．可忽略溶液稀释热的情况大多数溶液属于此种情况。
例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。
对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。
若以0℃的溶液为基准，则（5-4）（5-4a）将上二式代入式5-3a得（5-3b）式中t0———原料液的温度，℃；t1———完成液的温度，℃；C0———原料液的比热容，℃；C1———完成液的比热容，℃；当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即(5-5)(5-5a)式中CW———水的比热容，℃；CB———溶质的比热容，℃。
单效蒸发器蒸发计算方式
页眉内容单效蒸发器蒸发计算方式单效蒸发设计计算内容有： ①确定水的蒸发量； ②加热蒸汽消耗量； ③蒸发器所需传热面积。
在给定生产任务和操作条件，如进料量、温度和浓度，完成液的浓度，加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下，上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程求解。
一、蒸发水量的计算对图5-13所示蒸发器进行溶质的物料衡算，可得由此可得水的蒸发量（5—1）完成液的浓度（5—2）式中：F ——原料液量，kg/h ； W ——蒸发水量，kg/h ； L ——完成液量，kg/h ； x 0——原料液中溶质的浓度，质量分数；x 1——完成液中溶质的浓度，质量分数。
二、加热蒸汽消耗量的计算加热蒸汽用量可通过热量衡算求得，即对图5-13作热量衡算可得：（5—3）110)(Lx x W F Fx =-=)1(1x x F W -=W F Fx x -=1Lc 10Q Dh Lh WH Fh DH +++=+‘图5-13 单效蒸发器或（5—3a ）式中：H ——加热蒸汽的焓，kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓，kJ/kg ; h 0 ——原料液的焓，kJ/kg ; h 1 ——完成液的焓，kJ/kg ;h c ——加热室排出冷凝液的焓，kJ/h ; Q ——蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h ; Q L ——热损失，可取Q 的某一百分数，kJ/kg ; c 0、c 1——为原料、完成液的比热，kJ/(kg ·℃) 。
考虑溶液浓缩热不大，并将H ´取t 1下饱和蒸汽的焓，则（9—3a ）式可写成：（5—4）式中： r 、r ´——分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg 。
若原料由预热器加热至沸点后进料（沸点进料），即t 0=t 1，并不计热损失，则（4—5）式可写为：（5—5）或（5—5a ） 式中：D /W 称为单位蒸汽消耗量，它表示加热蒸汽的利用程度，也称蒸汽的经济性。
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水分蒸发量： 完成液的浓度：
Fw0 (F W )w W F (1 w0 )
w w Fw0
F W
5.2.1 单效蒸发的计算
（2）热量衡算 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
DI s Fi0 (F W )i WI Dis Q损
（2）热量衡算
③ 沸点进料，t0 t ，并忽略热损失和溶液浓度较低时，c c0 ， 则
W (I ct) Wr
D
r0
r0
或
D I ct r 1
W
r0
r0
式中称D /W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程度 （或生蒸汽的利用率）。
5.2.1 单效蒸发的计算
（3）蒸发器传热面积的计算
第五章 蒸发
5.1 概述 5.2 单效蒸发 5.3 多效蒸发 5.4 蒸发设备
5.1 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。
5.2 单效蒸发
5.2.1 单效蒸发的计算
对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通 常需要计算以下的这些内容：
① 水分的蒸发量； ② 加热蒸汽消耗量； ③蒸发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量衡算方程和 传热速率方程来解决。
5.2.1 单效蒸发的计算
（1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位时间
A Q Dr0 K (T0 t) K (T0 t)
5.2.1 单效蒸发的计算
（4）浓缩热和溶液的焓浓图 如图5-21为NaOH水溶液从0℃为基准温度的焓浓图。
5.2.2 蒸发设备中的温度差损失
蒸发器中的传热温差等于 tm(T0 t) ，当加热蒸汽的温度 T0一定 （如用45k kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽，T0 150 ℃），若蒸 发室的压力为1atm而蒸发的又是水（其沸点 T 100℃）而不是溶液， 此时的传热温差最大，用 tT 表示：
某一百分数。
（2）热量衡算
用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一定浓度和温度 下的焓。对于大多数物料的蒸发，可以不计溶液的浓缩热，而由比 热求得其焓。习惯上取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有
is c*T0 i0 c0t0 0 c0t0 i ct 0 ct 代入前面的两式得： D(I s is ) F (ct c0t0 ) W (I ct) Q损
5.2.2 蒸发设备中的温(T0 T ) (T0 t) t T
溶液沸点
t T
有效传热温差 t tT
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是产生的摩
擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升。
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。
5.1 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知：在 相同温度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的压力下，溶 液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定时，蒸发溶液时 的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小，而溶液的浓度越大，这种影 响就越显著。 ② 节约能源 ③ 物料的工艺特性 本章的重点就是研究上述问题，同时还考虑从二次蒸汽中分离 夹带液沫的问题。
D F (i i0 ) W (I i) Q损 Is is
① 忽略浓缩热时 ② 浓缩热且I ct r
D F (ct c0t0 ) W (I ct) Q损 Is is
，I s is r0
D F (ct c0t0 ) Wr Q损 r0
由传热速率方程得
A Q Kt m
式中
A ——蒸发器传热面积，m2； Q ——传热量，w； K ——传热系数，w/m2·K； t m——平均传热温差，K。
（3）蒸发器传热面积的计算
由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热， tm T0 t ，且蒸发器的热负荷 Q Dr0 ，所以有
（2）热量衡算
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可以近似认为溶液的比热 容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
c0 c* (1 w0 ) cB w0 c c* (1 w) cBw
式中 c* ——水的比热，kJ/kg； cB ——溶质的比热，kJ/kg。
（2）热量衡算
由式（3）或式（4）可得加热蒸汽的消耗量为：
（2）蒸发的流程
5.1 概述
（3）加热蒸汽和二次蒸汽 蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而 蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。为了 区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸发出来的蒸汽称 之为二次蒸汽。
（4）分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压（真
（3）
D(I s is ) F (i i0 ) W (I i) Q损
（4）
式中 D ——加热蒸汽消耗量，kg/s；
t0 ，t ——加料液与完成液的温度，℃； i0 ，i ，is——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg；
I ，I s ——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。 式中热损失 Q损可视具体条件来取加热蒸汽放热量（ Dr0 ）的
tT T0 T 150 100 50
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 T0 t 150 120 30℃，t比 tT 所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度差损失，用 表示