蒸发过程及其特点
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
真空蒸发的原理简介
例如：在10-2Pa（n≈3×1012/cm3）的压强下，蒸发分子的 平均自由程为50cm，蒸发分子几乎不发生碰撞。
真空蒸发原理
对基片的碰撞率：
热平衡条件下，单位时间通过单位面积的气体分子数为：
N g 3.5131022
一般薄膜的淀积速率为每秒 P (个 / cm2 s) 一个原子层，当残余气体压 TM 强为 10-5Torr 时，气体分子 和蒸发物质原子几乎按 1：1 的比例到达基板表面。
蒸发度膜的三个基本过程：
加热蒸发过程
固相或液相转变为气相
气相原子或分子的输运过程（源-基距） 气相粒子在环境气氛中的飞行过程，输运过程中气相粒 子与残余气体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均 自由程，以及蒸发源与基片之间的距离。 蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程 即蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜的过程。由 于基板温度较低，因此，沉积物分子在基板表面将直接发生 从气相到固相的相转变。
P Jc 2 mkT
1
设蒸发材料表面液相、气体处于动态平衡，到达液相表 面的分子全部粘接而不脱离，与从液相到气相的分子数相等， 则蒸发速率： dN蒸发分子数，αe蒸发系数，A蒸 dN e Pv Ph 发面积，t时间，Pv和Ph分别为饱和 Je Adt 蒸气压和液体静压 2m kT
蒸发温度
规定物质在饱和蒸气压为10-2Torr时的温度
真空蒸发原理
饱和蒸气压与温度的关系
dP Hv v dT T Vg Vs
克拉伯龙-克劳修斯
（Clapeylon-Clausius）方程
H v 为摩尔汽化热或蒸发热（J/mol）； Vg 和 Vs分别为气 相和固相的摩尔体积（cm3）； T 为绝对温度（K）。
蒸发结晶图文详解MVR蒸发器机构原理及特点
蒸发结晶图⽂详解MVR蒸发器机构原理及特点⼀、MVR⼯艺介绍1、MVR原理MVR是蒸汽机械再压缩技术，（mechanical vapor recompression ）的简称。
MVR蒸发器是重新利⽤它⾃⾝产⽣的⼆次蒸汽的能量，从⽽减少对外界能源的需求的⼀项节能技术。
MVR其⼯作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压⼒提⾼，热焓增加，然后进⼊换热器冷凝，以充分利⽤蒸汽的潜热。
除开车启动外，整个蒸发过程中⽆需⽣蒸汽从蒸发器出来的⼆次蒸汽，经压缩机压缩，压⼒、温度升⾼，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使⽤，使料液维持沸腾状态，⽽加热蒸汽本⾝则冷凝成⽔。
这样原来要废弃的蒸汽就得到充分的利⽤，回收潜热，提⾼热效率，⽣蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。
为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作⽅便，可使⽤离⼼式压缩机、罗茨式压缩机。
这些机器在1：1.2到1：2压缩⽐范围内其体积流量较⾼。
2、MVR⼯艺流程系统由单效或双效蒸发器、分离器、压缩机、真空泵、循环泵、操作平台、电器仪表控制柜及阀门、管路等系统组成，结构简单，操作维护⽅便。
⼆、蒸发器介绍1、MVR降膜蒸发器⼯作原理：物料原液从换热器上管箱加⼊，经过布液器把物料分配到每根换热管内，并且沿着换热管内壁形成均匀的液体膜，管内液体膜在向下流的过程中被壳程的加热蒸汽加热，边向下流动边沸腾并进⾏蒸发。
到换热管底端物料变成浓缩液和⼆次蒸汽。
浓缩液落⼊下管箱，⼆次蒸汽进⼊⽓液分离器。
在⽓液分离器中⼆次蒸汽夹带的液体飞沫被去除，纯净的⼆次蒸发从分离器中输送到压缩机。
压缩机把⼆次蒸汽压缩后作为加热蒸汽输送到换热器壳程⽤于蒸发器热源。
实现连续蒸发过程。
特点：1、换热效率⾼2、占地⾯积⼩3、物料停留的时间短，不易引起物料变质。
4、适⽤于较⾼粘度的物料。
应⽤范围：降膜蒸发器适⽤于MVR蒸发结晶过程预浓缩⼯序，可以蒸发粘度较⼤的物料，尤其适⽤于热敏性物料，但不适⽤处理有结晶的物料。
多效蒸发的分类及流程特点
多效蒸发的分类及流程特点一、多效蒸发系统的原理多效蒸发系统是一种利用多个蒸发器依次进行蒸发，以提高蒸发效率的系统。
其主要结构包括加热器、蒸发器、换热器、泵、管道等。
多效蒸发系统根据效应数可分为二效、三效、四效等，效应数越多，蒸发效率越高。
多效蒸发的原理很简单，每一个蒸发器和蒸发过程称为一效，各效之间存在压力差，也即在不同压力下蒸发，较高压力下液相的沸点更高，蒸发温度高，得到蒸汽的温度高；低压力下需要蒸发的温度就低，刚好就可以使用较高压力下得到的二次蒸汽进行加热，实现蒸汽能量的二次利用。
理论上，效数越多，节能效果越明显，消耗的新蒸汽量也就越少，但是减少量随着效数的增加而降低，设备等固定投资也越大，所以目前应用的多效蒸发一般是3-5效。
二、多效蒸发系统的分类多效蒸发器的种类繁多，根据其结构、用途和操作原理的不同，大致可分为以下几类：1.并流蒸发器：溶液和蒸汽同向流动，适用于粘度较大、结晶和腐蚀性较强的溶液。
2.逆流蒸发器：溶液与蒸汽流向相反，适用于热敏性物质的蒸发。
3.错流蒸发器：溶液与蒸汽流向垂直，适用于各种类型的溶液。
4.机械蒸汽压缩蒸发器：通过机械手段提高蒸汽压力，从而实现低温蒸发。
5.自然循环蒸发器：依靠溶液自身的循环流动实现蒸发。
6.强制循环蒸发器：通过外部动力强制溶液循环流动。
三、多效蒸发系统的优势特点1. 高效节能：多效蒸发系统利用各级效应之间的热量传递，大幅降低能源消耗。
2. 提高产品质量：多效蒸发器内溶液的浓度逐渐增加，有利于分离出更高纯度的产品。
3. 适应性强：多效蒸发系统可适用于各种类型的溶液蒸发，如高温、高压、腐蚀性等。
4. 节省空间：多效蒸发系统结构紧凑，占地面积较小。
四、多效蒸发系统与传统蒸发器的比较与传统单效蒸发器相比，多效蒸发系统具有更高的蒸发效率和节能效果。
同时，多效蒸发器在处理腐蚀性、高温、高压等溶液方面具有明显优势。
五、多效蒸发的应用多效蒸发器在许多领域都有着广泛的应用，主要包括：1.食品工业：用于生产糖、味精、酵母、乳制品等。
化学蒸发原理
化学蒸发原理
化学蒸发原理是指液体在加热过程中会转变为气体状态的现象。
液体中的分子在获得足够的热能后，其动能增加，分子间的引力减弱，从而使分子能够克服引力，从液体表面逸出形成气体状态。
化学蒸发涉及到分子的热运动和动能的转化。
当将液体加热时，液体内部各分子的热运动加剧，分子之间的距离变大。
当温度升高到液体的沸点时，液体内部的分子能够克服引力，并从液体内部逸出。
这个过程可以被看作是分子动能转化为动能能量的过程。
化学蒸发的速率受到多种因素的影响。
温度是最重要的因素之一。
提高温度会增加分子的动能，从而加快分子从液体转化为气体的速率。
液体与蒸气之间的压力差也会影响蒸发速率。
较低的液体压力或较高的气体压力将加快蒸发速率。
此外，液体的表面积、分子间吸引力、溶剂的性质等也会对化学蒸发产生影响。
化学蒸发在实际应用中被广泛应用。
例如，在化学实验室中，通过控制温度和压力，可以快速蒸发液体来分离或提纯化合物。
在日常生活中，我们经常会利用化学蒸发来干燥湿物品，例如晾晒湿衣物。
另外，许多工业过程中也使用蒸发来分离或浓缩溶液，例如制备盐或提取矿物。
通过深入了解化学蒸发原理，我们可以更好地理解和应用这一过程。
蒸发器的原理
蒸发器的原理蒸发器是一种常见的热交换装置，广泛应用于化工、制冷、空调等领域。
它的主要原理是利用液体在加热过程中产生的蒸汽与冷却介质接触，将热量传递给冷却介质，实现液体的蒸发。
以下将详细介绍蒸发器的原理及其工作过程。
一、蒸发器的原理蒸发器的原理主要基于液体的蒸发换热原理。
当液体受热后，其中的分子会获得足够的能量而从液态转变为气态，形成蒸汽。
蒸汽具有较高的温度和热量，可以通过与冷却介质接触而传递热量。
蒸发器利用这一原理，通过设计合理的结构和流动方式，使液体能够充分蒸发并将热量传递给冷却介质。
二、蒸发器的工作过程蒸发器的工作过程可以分为两个阶段：蒸发阶段和冷却阶段。
1. 蒸发阶段在蒸发阶段，液体通过进入蒸发器的进口进入蒸发器内部。
在蒸发器内部，液体会被均匀分布到蒸发器的内部表面上，形成一层薄膜。
当蒸发器内部的加热元件加热时，液体的温度逐渐升高，其中的一部分液体会蒸发成为蒸汽。
蒸汽会沿着蒸发器内部的流动通道向上流动，并与液体接触。
在接触的过程中，蒸汽会将热量传递给液体，使其蒸发。
蒸汽在与液体接触的同时，温度逐渐降低，逐渐凝结成液态。
2. 冷却阶段在蒸发阶段后，凝结的液态物质会沿着蒸发器内部的下降通道流动，最终流入蒸发器的出口。
在这个过程中，冷却介质会与液态物质接触，将其余的热量吸收并带走。
冷却介质可以是空气、水或其他冷却介质。
通过与冷却介质的接触，液态物质的温度会逐渐降低，最终达到冷却介质的温度。
三、蒸发器的特点蒸发器具有以下几个特点：1. 高效传热：蒸发器通过设计合理的结构和流动方式，使液体能够充分蒸发并将热量传递给冷却介质，实现高效的传热效果。
2. 热量利用率高：蒸发器能够将液体中的热量充分利用，使其在蒸发过程中达到最大化。
3. 结构简单：蒸发器的结构相对简单，易于制造和安装。
4. 体积小巧：蒸发器的体积相对较小，可以满足不同场合的空间要求。
5. 适用范围广：蒸发器广泛应用于化工、制冷、空调等领域，可以满足不同行业的需求。
蒸发操作的特点
蒸发操作的特点
蒸发是一种将液体转化为气态的物理过程，其特点主要包括以下几个方面：
1. 蒸发需要吸收热量
在蒸发过程中，液体中的分子受到外界的热量作用而获得能量，从而能够克服表面张力和吸引力，逃离液面进入空气中形成气体。
因此，蒸发过程需要吸收热量，也就是说，蒸发是一个吸热过程。
2. 蒸发速率与液体温度、表面积和风速有关
蒸发的速率与液体温度、表面积和风速等因素密切相关。
一般来说，液体温度越高，蒸发速率越快；表面积越大，蒸发速率也越快；风速越大，蒸发速率也越快。
因此，在蒸发操作中，需要控制这些因素，以达到理想的蒸发速率。
3. 蒸发会造成液体浓缩
蒸发过程中，液体中的溶质不会随着水分一起蒸发，而是留在液体中，导致液体中的溶质浓度逐渐升高。
因此，在某些工业生产中，如制盐、制糖和制药等，蒸发是一种常用的方法，可以通过控制蒸发速率和时间，使液体中的溶质浓度达到所需的水平。
4. 蒸发可用于水的处理和回收
蒸发也是一种常用的水处理方法，可用于处理含有高浓度溶质的废水，将其浓缩后再进行处理或回收。
在一些工业生产中，如制浆造纸、制药等，蒸发也是一种常用的水回收方法，可以将废水中的水分回收利用，减少水资源的浪费。
总的来说，蒸发是一种常用的物理分离和浓缩方法，具有吸热、速率受多种因素影响、会造成浓缩和可用于水的处理和回收等特点。
在工业生产和日常生活中，蒸发都有着广泛的应用。
液滴在非均匀流场中的蒸发特性
液滴在非均匀流场中的蒸发特性一、液滴在非均匀流场中的蒸发特性概述液滴在非均匀流场中的蒸发现象是流体力学和热力学领域的一个重要研究课题，它在工业应用和自然界中都有广泛的体现。
例如，在喷雾冷却、燃烧过程、以及大气中的云滴形成等过程中，液滴蒸发特性的研究对于理解和控制这些过程至关重要。
1.1 液滴蒸发的基本理论液滴蒸发是一个复杂的物理过程，涉及到热量和质量的传递。
当液滴暴露在高温气体中时，其表面会吸收热量，使得液滴内部的分子获得足够的能量逸出表面，形成蒸汽。
这个过程受到多种因素的影响，包括液滴的大小、形状、初始温度、表面张力，以及周围气体的温度、压力和流动特性等。
1.2 非均匀流场的特点非均匀流场是指流速、温度、压力等物理量在空间上分布不均匀的流动环境。
在这样的环境中，液滴的蒸发过程会受到不均匀流动特性的显著影响。
例如，流速的梯度可能导致液滴表面剪切力的不均匀分布，进而影响液滴的蒸发速率和蒸发模式。
二、液滴蒸发的数学模型与数值模拟为了深入理解液滴在非均匀流场中的蒸发特性，建立准确的数学模型和进行数值模拟是非常必要的。
2.1 数学模型的建立液滴蒸发的数学模型通常基于质量守恒、能量守恒和动量守恒的原理。
通过控制方程，可以描述液滴与周围气体之间的热量和质量交换过程。
这些方程包括连续性方程、动量方程和能量方程，它们共同构成了液滴蒸发问题的控制方程组。
2.2 数值模拟方法数值模拟是解决液滴蒸发问题的一种有效手段。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
这些方法可以将控制方程离散化，转化为可以在计算机上求解的代数方程组。
通过数值模拟，可以预测液滴在不同条件下的蒸发行为，为实验设计和工程应用提供理论指导。
2.3 影响因素的分析在液滴蒸发的数值模拟中，需要考虑多种影响因素，如液滴的物理性质、环境温度、环境压力、流场的湍流特性等。
这些因素通过控制方程中的边界条件和初始条件来体现，对液滴蒸发过程有着决定性的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章蒸发
§5-1 概述
一、蒸发过程及其特点
蒸发：是指将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾使部分溶剂汽化并使溶液得到浓缩的过程。
蒸发的主要目的：①浓缩溶液；②制取或回收纯溶剂。
蒸发的特点：P186
二、蒸发过程的分类P187
（一）按加热方式：直接加热、间接加热
（二）按操作压强：常压蒸发、真空蒸发、加压蒸发
（三）按蒸发器的效数：单效蒸发、多效蒸发
（四）按操作方式：间歇蒸发、连续蒸发
一、单效蒸发流程
单效蒸发流程见P188图5-1。
流程主要包括蒸发器和冷凝器。
蒸发器从下向上主要包括：加热室（可看成是间壁式换热器、要有足够的传热面积和较高的传热系数）、蒸发室（又称分离室，应有足够的分离空间和横截面积，以保证沸腾的气液两相充分分离）、除沫器（位于蒸发室顶部，用于除去二次蒸汽中夹带的液滴、雾沫）。
二次蒸汽进入冷凝器后，一般用冷却水冷凝，冷凝下来的水由冷凝器下部经水封排出，而不凝气则由冷凝器顶部排出。
二、单效蒸发过程的计算：略
三、蒸发器的生产能力和生产强度：略
多效蒸发的目的主要是通过二次蒸汽的再利用，以达到节约能耗的目的。
一、多效蒸发的操作流程
并流加料的三效蒸发流程见P194图5-4。
按加热蒸汽的流向，一效蒸发器蒸出的二次蒸汽作为二效蒸发器的加热蒸汽，而二效蒸发器蒸出的二次蒸汽作为三效（即末效）的加热蒸汽，三效蒸发器蒸出的二次蒸汽则进入冷凝器，用冷却水直接冷凝后由水封排出。
由图可以看出，料液的流向与蒸汽的流向是相同的，故称为并流加料流程。
操作要点：
①要保证各效过程沸腾，各效的加热蒸汽温度si t 应高于各效加热管内溶液的沸点
温度i t ，即满足c s s s t t t t t t >>>>>32211，其中c t 表示冷凝器内压强为c p 时的饱和温度。
②各效分离室的操作压强i p 也必须依次降低，以保证料液沸点逐效降低，即
c p p p p >>>321。
蒸发过程按溶液与加热蒸汽流向的不同，可以有以下四种操作流程： 并流加料流程：P194-195
逆流加料流程：P195
分流加料（或平流加料）流程：P195
错流加料流程：P195
二、多效蒸发的最佳效数
在工业生产中，采用多效蒸发可以节约能源，减少热源蒸汽（即生蒸汽）的消耗量，提高原料的利用率。
通过比较可知，当蒸发过程的生产能力一定时，采用多效蒸发消耗的生蒸汽的量要远小于单效蒸发。
但这并不意味着蒸发过程效数越多就越好，由于各种损失的影响，已使一些经济指标下降。
P196表5-2列出了五效蒸发器各效的min )(W D 的经验值（D 为生蒸汽用量、
W 为二次蒸汽量，即为蒸发器的水分蒸发量）。
数据显示，随效数的增加，所节省的生蒸汽耗量越来越少，而设备费则越来越多，所以应权衡多方面因素选择最
佳效数。
§5-4 蒸发装置及其选型
一、蒸发器
蒸发器可分为循环型和非循环型两大类。
（一）循环型蒸发器
（1）中央循环管式蒸发器：又称为标准式蒸发器，是应用较为广泛的蒸发器。
其结构见P197图5-7。
其下部加热室相当于垂直安装的固定管板式列管加热器，但其中心管直径远大于其它管子的直径，称为中央循环管，其周围的加热管称为沸腾管，管内溶液受热沸腾大量汽化，形成气液混合物并随气泡向上运动。
中央循环管对单位溶液的传热面积比沸腾管小很多，因此其中溶液的汽化程度低，气液混合物的密度要比沸腾管内大很多，因而导致分离室中的溶液由中央循环管中下降，从各沸腾管上升的自然循环流动，以提高传热效果。
优点：P196
缺点：P196
适用范围：一般适于黏度适中，结垢不严重或少有结晶析出的场合。
（2）悬筐式蒸发器
主要是针对标准式蒸发器的缺点改进设计的。
其结构见P197图5-8。
加热室（即悬挂在器内的筐子）可取出清洗，用备用的加热室替换而不影响生产。
操作时，加热蒸汽由中间引入，而溶液是沿加热室外壁与蒸发器壳体内壁所形成的环隙通道下降，再沿沸腾管上升。
优点：P196
缺点：P197
适用范围：适用于易结垢或有结晶析出的溶液的蒸发。
（3）外热式蒸发器
其结构见P197图5-9。
其特点是加热室置于蒸发室的外测。
优点：P197
缺点：P197
（4）列文式蒸发器
其结构见P198图5-10。
其特点是在加热室的上方增加了一段2.7-5米的沸腾段，使加热室承受较大的液柱静压，故加热室内的溶液不沸腾。
待溶液上升至沸腾段
时，因静压的降低开始沸腾汽化。
这样避免了溶质在加热室析出结晶，减轻了加热管的结垢或堵塞现象。
为了减小循环阻力和提高循环速率，要求循环管截面积大于加热管束总截面积，该设备内的循环速率可达2m/s左右。
优点：P197
缺点：P197
（5）强制循环蒸发器
其结构见P198图5-11。
以上四种蒸发器中，溶液的循环是靠密度差引起的自然循环流动，循环速度难以再提高，而强制循环蒸发器是在循环管的下部设置一个循环泵，通过外加机械能强迫溶液以较高的速度（一般可达1.5-5.0m/s）沿一定方向循环流动。
溶液的循环速度可通过调节泵的流量来控制。
循环型蒸发器的共同特点是：P198
（二）非循环型（单程型）蒸发器
非循环型蒸发器的特点是：P198
(1)升膜式蒸发器
其结构见P199图5-12。
（2）降膜式蒸发器
其结构见P199图5-13。
（3）刮板式蒸发器
其结构见P200图5-14。
二、蒸发器的选用
蒸发器的结构型式很多，选用时应结合具体的蒸发任务，及被蒸发的溶液的性质、处理量、蒸浓程度等工艺要求，选择合适的型式。
具体见P200。
三、蒸发装置的附属设备
（一）除沫器
（二）冷凝器。