清华大学化工原理06第六章蒸发
化工原理第六章解析
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握蒸发操作的特点、蒸发 器的类型、蒸发过程计算，能够根据生产工艺要 求和物料特性，合理选择蒸发器类型并确定适宜 操作流程和条件。
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第六章 蒸发
6.1 概述
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一．蒸发的目的
蒸发 将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使
部分挥发性溶剂汽化并移除，从而获得浓缩溶 液或回收溶剂的操作。 蒸发操作的基本要点
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第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器 6.2.2 单程型蒸发器
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一．升膜式蒸发器
图6-8 升膜式蒸发器 1―蒸发器；2―分离室；
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二．降膜式蒸发器
图6-9 降膜式蒸发器 1― 蒸 发 器 ； 2― 分 离 室 ； 3―布膜器
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三．升—降膜式蒸发器
图6-11 升―降膜蒸发器 1― 预 热 器 ； 2― 升 膜加 热室；3―降膜加热室； 4―分离室
蒸发器的热负荷
Q D(H hc ) WH ' (F W )h1 Fh0 QL
蒸发器的
热损失
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二．热量衡算
1.溶液稀释热较大的情况 某些盐、碱的水溶液，在稀释时其放热效
应非常显著。 蒸发是稀释的逆过程。 需通过实验测定焓值随组成和温度的变化。
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二．热量衡算
图6-15 氢氧化钠的焓浓图
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蒸发器的选型原则
① 对物料的工艺特性有良好的适应性， 其中对黏度在蒸发过程中的增加程度及结垢情 况应给予特别注意。
② 满足生产工艺对完成液质和量的要求。 ③ 结构简单，操作可靠，造价和操作费 用低廉，经济合理，维修方便。
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第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器 6.2.2 单程型蒸发器 6.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展 6.2.4 蒸发器的选型 6.2.5 蒸发器的辅助设备（自学）
化工原理 蒸发
（二）冷凝器 冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。冷凝器有间壁式和直接接触式两 种，倘若二次蒸汽为需回收的有价值物料或会严重污染水源，则应采 用间壁式冷凝器，否则通常采用直接接触式冷凝器。后一种冷凝器一
般均在负压下操作，这时为将混合冷凝后的水排出，冷凝器必须设置
得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。 （三） 真空装置 当蒸发器在负压下操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝 器后安装真空装置。需要指出的是，蒸发器中的负压主要是由于二次 蒸汽冷凝所致，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汽等，冷凝器后
溶液由升膜管束底部进入，流向
顶部，然后从降膜管束流下，进 入分离室，得到完成液。
适于处理浓缩过程中粘度变化大 的溶液、厂房有限制的场合
预热室
4.刮板薄膜式蒸发器
它是在加热管内部安装一可旋转的搅拌刮板
，刮板端部与加热管内壁间隙固定在 0.75 ～ 1.5mm 之间，依靠刮板的作用使溶液成膜状分 布在加热管内壁面上。
2.悬筐式蒸发器
加热室像个筐，悬挂在蒸发器壳体的下
部，可由顶部取出。加热蒸汽由壳体上部 进入加热室，在管间放热加热管内溶液使 其上升，而沿悬筐外壁与蒸发器内壁间环 隙通道向下循环流动。 优点：
溶液循环速度高，改善了管内结 构情况 传热速率较高
缺点：
设备费高 占地面积大 加热管内溶液滞留量大
１.中央循环管式(标准式)蒸发器
加热蒸汽：加热室管束环隙内 溶液：加热室管束及中央循环管内，
料液 加热蒸汽
中央循环管
受热时，由于中央循环管单位体积 溶液受热面小，使得溶液形成由中 央循环管下降，而由其余加热管上 升的循环流动。
蒸发化工原理
Evaporation
7.1 概 述
7.1.1 蒸发的目的
利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性，将含 有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而 使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。
蒸发操作的目的： ➢获得浓缩的溶液，直接作为成品或半成品。
➢脱除溶剂。此过程常伴随有结晶过程
➢去除杂质。
溶剂S
冷凝器
疏水器 真空装置
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器
蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去， 由加热室和分离室两部分组成。
冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。
7.2.1 蒸发器
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和 单程型(不循环)。
1 循环型蒸发器
溶液循环速度高，改善了管内结垢情况 传热速率较高
缺点：
设备费高 占地面积大 加热管内溶液滞留量大
适于处理易结垢，有晶体析出的溶液
（3）外热式蒸发器
这种蒸发器将加热室与分 离室分开，采用较长的加热管。
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； 结垢程度小。
2.按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发
常压蒸发：设备简单，操作方便，可采用敞口设备，二次蒸汽 可直接排放在大气中，但会造成大气污染，适用于临时性或小 批量的生产。
加压蒸发：可提高二次蒸汽的温度，有利于二次蒸汽的利用， 但要求加热蒸汽的压力较高。
减压蒸发： 沸点低 优点： (1) 传热温度差Δtm ↑； (2) 可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽 ； (3)可防止热敏性物料变质或分解 ； (4)沸点低，减少热损失。 缺点：真空装置，需消耗动力和增加设备 适用于处理热敏性物料。
化工原理蒸发
化工原理蒸发
蒸发是化工过程中常见的一种分离技术，它利用物质在加热的条件下从液态转
变成气态的特性，实现了液体混合物的分离和浓缩。
蒸发技术在化工工业中有着广泛的应用，涵盖了食品加工、化学工业、环境保护等多个领域。
在化工原理蒸发中，液体混合物首先被加热至其沸点以上，使得部分液体蒸发
成为气体。
然后，通过冷凝器将气体冷却，使其再次变成液体，从而实现了混合物中不同组分的分离。
这一过程中，蒸发器和冷凝器是两个关键的设备，它们的设计和操作直接影响到蒸发过程的效率和成本。
在蒸发过程中，选择合适的蒸发器类型对于实现高效的分离和浓缩至关重要。
常见的蒸发器类型包括单效蒸发器、多效蒸发器、膜蒸发器等。
每种类型的蒸发器都有其适用的场景和特点，化工工程师需要根据具体的情况选择合适的设备。
另外，冷凝器的设计也是影响蒸发效率的重要因素之一。
通过合理的冷却系统
设计和运行参数的优化，可以有效地提高冷凝效率，减少能源消耗，降低生产成本。
除了设备的选择和设计，蒸发过程中的操作条件也对分离效率起着重要的作用。
例如，控制蒸发器的进料流量和温度，调节冷凝器的冷却水流量和温度等操作参数都会影响到蒸发过程的效率和产品质量。
总的来说，化工原理蒸发是一种重要的分离技术，它在化工工业中有着广泛的
应用。
通过合理选择设备、优化设计和操作条件，可以实现高效的分离和浓缩，为化工生产提供了重要的支持和保障。
最新化工原理蒸发
D/W=1280/1333=0.96 由以上计算可知，原料液的温度越高，蒸发1kg水所消耗的加 热蒸汽量越少. （3）A=Q/{K(Ts-t1)}=DR/{K(Ts-t1)}
化工原理蒸发
化工原理
6 蒸发 6.1 概述
定义： 浓缩溶液 不挥发溶质与挥发性溶剂分离，获得浓度 高的溶液或溶剂； 加热（生）蒸汽、二次蒸汽，蒸发器
分类： 蒸汽利用： 单效、多效蒸发； 压力： 常压蒸发，加压蒸发，减压（真空）蒸发.
减压（真空） 优点： 1） 省传热面积； 2） 利用 低压（废热）蒸汽； 3） 适用热敏性溶液； 4） 热损失减少。
生产强度—评价性能 U kg/m2.h Ts t→ Δtm 但受限制
UWQKtm A Ar r
K↑ Δtm↑→U↑
α2 → K, 不凝性气体排出， 增大u，清除垢层等可增K。
焓--浓图
焓
一组温度线
杜林规则图
溶
液
质量浓度线
沸
点
浓度
水沸点
6.4 溶液沸点和温度差损失 沸点升高原因：浓度↑， 液柱高度↑
Δ=t-T1ˊ t 溶液沸点， T1ˊ 相同压力下水的沸点 ， 二次蒸汽饱和温度。
有效温度差 Δt< 理论温度差ΔtT ΔtT-Δt=（Ts- T1ˊ）-（Ts- t）=Δ 沸点升高或温度差损失 Δ引起原因：1 溶液蒸汽压下降 Δˊ
2 液柱静压强Δˊˊ 3 管路流体阻力Δˊˊˊ T1ˊ根据冷凝室压强定 Δ=Δˊ+Δˊˊ+Δˊˊˊ T1ˊ根据蒸发室压强定 则Δ=Δˊ+Δˊˊ 温度差损失计算 Δˊ 沸点计算法 杜林规则图
化工原理(清华大学)第六章蒸发
第六章 蒸发第一节 概述Key words: Evaporation, Single effect evaporation一、蒸发的概念：挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾－→ 溶剂部分汽化；溶液浓缩 热量供给 → 汽化 → 热量衡算 ← 传热速率方程特点 蒸汽移出 → 浓缩 → 物料衡算沸腾现象 溶液 → 沸点升高装置： 下部有加热室（管式换热器）管外：加热饱和蒸汽蒸发器 管内：溶液沸腾汽化浓缩液底部排出上部：分离室 蒸汽与液沫分离，挡板除沫冷凝器二、蒸发过程的分类：⑴ 操作压力 常压 沸点>100℃ 饱和蒸汽压力高减压 沸点低：①↑Δt m ② 可利用废汽③ 热敏性物质 ④ 沸点温度低，减少热损失 缺点：①真空装置 ②沸点↓，μ↑，α↓，K ↓③二次蒸汽t ↓, 冷凝器温差⑵ 二次蒸汽利用 单效蒸发多效蒸发 二次蒸汽用于下一效操作压力、沸点低于上效⑶操作情况 连续式 以X 1出料 沸点最高间隙式 一次加料→最终X 1出料连续加料 维持液面，X 1一次出料间隙式时，x 值一直变化t t t ∆>∆∆初终终（连续）＝ ∴间隙式生产能力>连续式（操作情况下），但间隙式存在非生产时间。
三、蒸发过程总结：① 实质是传热过程 ②沸点升高，传热温差小于蒸发纯溶剂③重视体系特性 结垢、结晶热敏物质粘度与腐蚀性等第二节 单效蒸发Key words ： Evaporation, Single-effect evaporation, Boiling point elevation, D Ühring's rule, Effect of liquid head and friction讨论对象：连续稳态操作已知条件：加料量F kg/h ；质量分数0x ； 初温0t ；要求完成液浓度1x加热蒸汽 T S (p S ) 饱和蒸汽； 操作压力p C任务：①计算水分蒸发量（二次蒸汽量）W kg/h②加热蒸汽消耗量D kg/h③蒸发器传热面积S一、单效蒸发器的计算： 物料衡算热量衡算传热速率方程沸点升高关系式1、蒸发量w ：以单位时间为基准，物料衡算：01()F x F w x =-⇒0101(1)x w F x Fx x F w =-=-2、加热蒸汽消耗量D ：以单位时间为基准，焓衡算，0℃焓值为001101()()()()w L w LDH Fh wH Dh F w h Q Q D H h F h h w H h Q '+=++-+'=-=-+-+ :H ()S S T p 下饱和蒸汽的焓值；:H ' 二次蒸汽焓值w h ：S T 下饱和冷凝水的焓值；01,h h 使用焓浓图查得。
《化工单元操作蒸发》课件
蒸发过程中的安全问题
1 高温
严格控制操作温度，采取 防热措施，避免操作人员 受热伤害。
2 高压
加强设备密封性能，防止 发生泄漏和事故。
3 燃爆
使用防爆设备和合适的工 艺参数，预防燃爆事故的 发生。
蒸发技术的应用
生物质能源利用
通过蒸发技术，将生物质转化为能源，实现绿色能 源利用。
1 传热
确保蒸发设备能提供充足的热量，促进液体快速蒸发。
2 传质
维持蒸发器内的浓度差，使溶液在蒸发过程中能充分挥发。
3 操作参数的调节
控制温度、压力、流量等操作参数，以获得理想的蒸发效果。
蒸发过程中常见问题及解决方法
结垢
使用清洁剂和定期维护设备， 防止结垢对蒸发效果的影响。
泡沫
加入消泡剂，控制溶液表面 泡沫的产生，提高蒸发效率。
《化工单元操作蒸发》 PPT课件
本课件将介绍化工单元操作蒸发的概念、设备和关键因素，解决常见问题， 以及蒸发技术的应用和意义。
操作蒸发的概念
蒸发是指液体通过升温变成气体的过程。蒸发广泛应用于化工行业，具有高 效、节能等优势。
蒸发的分类
自然蒸发
自然条件下，液体表面经过 长时间蒸发产生气体。
强制蒸发
通过加热增加蒸发速率，提 高产量和效率。
真空蒸发
在低压下进行蒸发，使液体 在较低温度下蒸发。
蒸发设备及其操作
管式蒸发器
通过管道中的加热介质将液体加热蒸发，广泛用于 工业生产。
循环蒸发器
利用冷凝和蒸发过程中的再循环，提高蒸发效果。
多效蒸发器
通过多级蒸发，充分利用热量，提高能源利用效率。
蒸发操作中的关键因素
食品工业
蒸发 化工原理
蒸发化工原理
蒸发是一种常见的物质从液态到气态的相变过程，广泛应用于化工工艺中。
蒸发是通过加热液体使其产生蒸汽，将液体中的溶质分离出来。
这一过程主要依靠液体分子之间的相互作用力的克服和蒸汽与环境之间的质量传递完成。
在化工原理中，蒸发的实现方式多种多样，如单效蒸发、多效蒸发、闪蒸、蒸发结晶等。
其中，单效蒸发是最简单的一种方式，通过加热液体，使其沸腾产生蒸汽，然后分离出液体中的溶质。
多效蒸发则是在单效蒸发的基础上，将蒸汽传导给下一个蒸发器加热新的液体，从而提高热能利用效率。
蒸发过程中，液体分子的动能逐渐增高，能量不断转化为蒸汽的动能，导致液体温度升高。
当液体温度超过其饱和蒸汽压时，液体开始沸腾，产生大量蒸汽。
蒸汽与液体之间的传质过程是通过蒸汽在气液界面上的传递完成。
蒸汽与液体之间的传质速率取决于温度差、接触面积、液体流动情况等因素。
蒸发的应用广泛，常见于海水淡化、废水处理、食盐生产、化工中间体的提纯等工艺中。
通过蒸发，可以实现对溶液中的溶质进行分离和浓缩，提高产品的纯度和品质。
蒸发工艺的设计和优化对于提高产品的产量和质量具有重要意义。
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（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
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目
录
绪论
第一章 流体流动
第二章 流体输送机械
第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动
第四章 非均相物系的分离
第五
第六章 蒸 发
第一节 概述 第二节 单效蒸发 第三节 多效蒸发
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第三节 多效蒸发
*维持泡核沸腾5－7℃，（效数限制）
电解质溶液2－3效；糖水4－6效；海水 淡化，（稀溶液）多一些。
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三、单效蒸发器与多效蒸发器生产能力 比较
1、生产能力和生产强度 生产能力：单位时间内的蒸发水量。
若 QL=0，t0=t1 ，传热量全部用于蒸发 蒸发量正比于传热速率：
Q K S t K S (T t1 )
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效数的选择 1、t 有效 泡核 2、生蒸汽的消耗 3、设备投资
单双D/W:(1.1-0.57)/1.1=50%, 45 (0.3-0.27)/0.3=10%
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1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
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一、多效蒸发的流程 溶液与加热蒸汽成并流－――→并流 溶液与加热蒸汽成逆流―――→逆流 溶液与加热蒸汽间或并逆流－→错流 每一效加入原料液―――――→平流
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1、并流法：
(1) P > P1 > P2 > … > PC 自流
(2) t > t1 > t2 > … > tC
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生产强度：单位时间单位面积蒸发水量 U=W/S
若 QL=0，t0=t1 （忽略稀释热）Cp0 = Cp1
U W /S Q /S r ' K t/r '
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Δt↑ 饱和蒸汽压↑ 操作压力↓ 不凝气
提高K 结垢 i：物性、操作条件
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2、单效与多效的比较 QL=0，浓缩热Cp0 = Cp1， 沸点进料。
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二、多效蒸发器的温差损失和效数限制
以三效为例：加热蒸汽T
第一效：t1T2 第二效：t2T3 第三效：t3TC
t1T2() t2T3() t3TC()
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tmax TtC
t有效＝tmax( I II III)
(Tt1)(T2t2)(T3t3)
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相同条件下t总<单效t总，沸点↑越大， 下降幅度越大，效数↑，t总↓，各效 越小。
闪蒸
（高于沸点进料）
(3)浓度↑，T↓，μ↑，α↓
(最后两效严重）
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2、逆流法： 利用泵将物料打入下一效 除末效外，低于沸点进料
X↑，T↑，μ不致太大，α不致过小 3、错流法： 合并1，2， 如NaOH 2-3-1，
3-1-2等 4、平流法：有结晶析出
* 部分二次蒸汽可作预热料液
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单效：QI KSt有效＝KS(T－tC- I)
多效：QQ1 Q2 Q3k1St1k2St2 k3St3 若S相同，取均值K：
QkSTtC I II III
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若不考虑温度损失：QI ≈ Q， ∴单效生产强度＝3倍三效生产强度 去掉假设：
多效生产强度小于单效生产强度. 提高了加热蒸汽利用率.
单效与多效的区别在于二次蒸汽的利用。 单效：D/W≈1或≈1.1 多效：后效的蒸发室压力和溶液沸点比
原蒸发量低，二次蒸汽做为加热 蒸汽。
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理论上：
一效1kg蒸汽1kg水 二效1kg蒸汽2kg水
沸点进料（各 级），QL=0， 温度差损失，
三效1kg蒸汽3kg水 不同压力下的值。
实际上：D/W 1 2 3 4 5