化工原理-蒸发(第五章1)
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化工原理蒸发第五章
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
h0 c0t0 0 c0t0
h1 c1t1 0 c1t1
hw cwT 0 cwT
代入前面的两式得：
• 自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产 生密度差而引起的循环运动 • 强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动
•1
中央循环管式(标准式)
•优点： • 溶液循环好 • 传热效率高 • 结构紧凑、制造方便、操作 可靠 •缺点： • 循环速度低
• 溶液粘度大、沸点高
• 不易清洗 •适于处理结垢不严重、腐蚀性小 的溶液
•直接加热蒸发器
•将一定比例的燃烧气与空气直 接喷入溶液中，燃烧气的温度 可高达1200～1800℃，由于气、 液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽 与烟道气一同由顶部排出。
•优点：结构简单，不需要固定 的传热面，热利用率高
•适于处理易结垢、易结晶或有 腐蚀性的溶液。 •不适于处理不能被燃烧气污染 及热敏性的溶液。
（1）溶液的沸点升高和杜林规则 在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压 强的下溶剂的沸点成线性关系：
tA t K tw t
0 A 0 w
t A t K (t w t )
0 A 0 w
不同浓度NaOH水溶液的 沸点与对应压强下纯水的 沸点的关系，由图可以看 出，当NaOH水溶液浓度 为零时，它的沸点线为一 条 45 对角线，即水的沸点 线，其它浓度下溶液的沸 点线大致为一组平行直线。
冷凝水
化工原理第五章
（5）溶剂的汽化需要吸收能量，热源耗量很大，如何 利用二次蒸气，节能降耗，是蒸发操作的关键。
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
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。
第二节 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。
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
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。
第二节 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。
《化工原理》课件—05蒸发
也可以用同压强 下水蒸汽的温度 直接查图求得不 同浓度下溶液得 沸点。
图【5-8】
2-2 液柱静压头引起的沸点变化
以前在计算沸点时均不考虑液柱深度的 影响。但在长管蒸发器中，液柱很高。 液体内部所受的压力大于液面所受的压 力，因此在计算沸点时应考虑这种影响 因素。
随着液柱高度的变化，液体内部的压强 在改变。通常取液柱中点的压强计算溶 液的沸点。
W F (1 xo ) 10000(1 68) 2440kg / h
x1
90
6atm的加热蒸汽的温度和潜热分别为
T=159°C, r=2091kJ/kg
0.2atm的二次蒸汽的潜热为
r´=2355kJ/kg
对于沸点进料，由式【5-9】得
D Wr 2440 2355 2748kg / h
2-1 溶质引起的沸点改变
一、经验公式计算 溶质引起的沸点改变值Δ΄主要与溶液的种类、溶 液中溶质的浓度和蒸发压力有关。
设操作压下溶液的沸点为tA和二次蒸汽温度为 T´，则
Δ΄ =tA- T´ =f Δ΄a 【5-1】
式中： f 为校正系数，无因次 Δ΄a可从手册中查取
Δ΄a是常压下溶液的沸点与纯水的沸点 的差值。
3-1 物料衡算
W,T´,I´
由于蒸发过程中，只有溶剂 蒸发而溶质不挥发。所以对 于稳态过程，对溶质作物料 衡算。图【5-9】
Fxo (F W )x1
【5-5】
因此，可求得蒸发水量W
W F (1 xo ) x1
【5-6】
F,xo,io 蒸发室
D,T,I 加热器
F-W,x1,i1
D,T,i
图【5-9】
1-3-2 降膜蒸发器
若蒸发浓度或粘度较 大的溶液，可用降膜 式蒸发器。原料液由 加热室的顶部进入， 通过分布器均匀地流 入加热管并在重力的 作用下形成下降的膜，
图【5-8】
2-2 液柱静压头引起的沸点变化
以前在计算沸点时均不考虑液柱深度的 影响。但在长管蒸发器中，液柱很高。 液体内部所受的压力大于液面所受的压 力，因此在计算沸点时应考虑这种影响 因素。
随着液柱高度的变化，液体内部的压强 在改变。通常取液柱中点的压强计算溶 液的沸点。
W F (1 xo ) 10000(1 68) 2440kg / h
x1
90
6atm的加热蒸汽的温度和潜热分别为
T=159°C, r=2091kJ/kg
0.2atm的二次蒸汽的潜热为
r´=2355kJ/kg
对于沸点进料，由式【5-9】得
D Wr 2440 2355 2748kg / h
2-1 溶质引起的沸点改变
一、经验公式计算 溶质引起的沸点改变值Δ΄主要与溶液的种类、溶 液中溶质的浓度和蒸发压力有关。
设操作压下溶液的沸点为tA和二次蒸汽温度为 T´，则
Δ΄ =tA- T´ =f Δ΄a 【5-1】
式中： f 为校正系数，无因次 Δ΄a可从手册中查取
Δ΄a是常压下溶液的沸点与纯水的沸点 的差值。
3-1 物料衡算
W,T´,I´
由于蒸发过程中，只有溶剂 蒸发而溶质不挥发。所以对 于稳态过程，对溶质作物料 衡算。图【5-9】
Fxo (F W )x1
【5-5】
因此，可求得蒸发水量W
W F (1 xo ) x1
【5-6】
F,xo,io 蒸发室
D,T,I 加热器
F-W,x1,i1
D,T,i
图【5-9】
1-3-2 降膜蒸发器
若蒸发浓度或粘度较 大的溶液，可用降膜 式蒸发器。原料液由 加热室的顶部进入， 通过分布器均匀地流 入加热管并在重力的 作用下形成下降的膜，
[12(2)-18-2009]工科-化工原理(第五章 蒸发)
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二次蒸汽
二次蒸汽
至冷凝器
一 加热蒸汽 效
二 效
N 效 完成液
原料液
问题一：原料液为何从蒸发器中部进入？ 问题二：原料液的最佳进料高度？
特点：优点： PN 1 PN PN 1 中间不用泵
TN 1 TN TN 1 前效对后效为过热，则 可部分闪蒸
缺： CN 1 CN CN 1 N 1 N N 1
（2）溶液沸点 常压下不同浓度溶液沸点可查图（杜林线），然后再校正为操 作压力下的沸点。 三.传热速率方程：目的求传热面积 因间壁总传热速率方程为
Q K 0 S 0 t , Q为蒸发器的热负荷或传 热速率m 2 K 0基于传热外表面的总传 热系数W /(m 2 C )
S 0 传热外表面面积 2 , t平均传热温度差 C m
生产强度：Q单 KS t单 Q
（2）双效：生产能力： 双 Q1 Q2 K1S1t1 K 2 S 2 t 2 Q 若K取平均值，各效 相等，则Q双 KS t双 S
生产强度 KS t双 2S K t双 2
F W h WH Fh D
1
0
QL
H hW
D为加热蒸汽消耗量 / h, H为加热蒸汽的焓 / kg kg kJ h0, h1分别为原料液和完成液 的焓kJ / kg, H 为二次蒸汽的焓 / kg kJ hW 为冷凝水的焓kJ / kg, QL为蒸发器的热损失
若加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，
(3)比较： t双 t单 双效生产能力比单效低 且双效生产强度达不到 单效的50%
(4)说明：取操作费和设备 费最低的效数
四.提高加热蒸汽经济性的具体措施 1.抽出额外蒸汽 额外蒸汽：从 蒸发设备中抽出的部分用于其它换热设备的二次 蒸汽 提高蒸汽经济性的原因：料尽其用；蒸发器的冷凝器负荷降低 2.充分利用冷凝水的显热 加热各种需加热的物料 闪蒸法使其减压下部分汽化，作为加热热载体 3.用热泵蒸发 （1）定义：用压缩机使二次蒸汽的压力增加，使其的饱和温 度超过溶液的沸点，再送回蒸发器加热室，作为加热蒸汽， 该法为 （2）优点：节省生蒸汽，节省冷凝器
天津大学化工原理课件第五章蒸发1
动画25
14
二、垂直长管型蒸发器
图6-5 列文式蒸发器 1―加热室；2―加热管；3―循环 管；4―蒸发室；5―除沫器；6― 挡板；7―沸腾室
15
二、垂直长管型蒸发器
图 6-6 强 制 循 环 性 蒸 发 器 1―加热管；2―循环泵； 3―循环管；4―蒸发室； 5―除沫器
16
三、直接接触传热蒸发器
图6-7直接接触传热的蒸发器 1―燃烧室；2―点火管；3― 测温管；4―外壳
17
四．循环型蒸发器的主要类型及其性 能比较
常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇 总于表6-1。
18
第六章 蒸发
6.2.2 单程型蒸发器
19
一．升膜式蒸发器
图6-8升膜式蒸发器 1―蒸发器；2―分离室；
20
二．降膜式蒸发器
（2）通过改变料液性质来提高传热效果，如加 入适当的表面活性剂可使总传热系数成倍提高； 加入适当阻垢剂，则可抑制结垢。
（3）气—液—固三相流化床蒸发器在蒸发中的 防除垢及强化传热效果十分显著，具有高效、 多功能、易操作等一系列优点。
29
第六章 蒸发
6.2.4 蒸发器的选型 6.2.5 蒸发器的辅助设备（自学）
几种单程型蒸发器的结构特点与操作性能 如表6-2所示。
24
第六章 蒸发
6.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展
25
一．开发新型、高效蒸发器
新型高效蒸发器的研究开发有如下途径： （1）研制设备更加紧凑、提高液体速度、增加 液膜湍动、缩短料液在设备中停留时间的高效、 节能型蒸发器。 （2）通过改进加热表面形状来提高加热效果。
纯溶剂的沸点。 对于垂直管式蒸发器，管内液柱的静压力
及蒸汽在管道内的流动阻力也会引起溶液的沸 点升高。
14
二、垂直长管型蒸发器
图6-5 列文式蒸发器 1―加热室；2―加热管；3―循环 管；4―蒸发室；5―除沫器；6― 挡板；7―沸腾室
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二、垂直长管型蒸发器
图 6-6 强 制 循 环 性 蒸 发 器 1―加热管；2―循环泵； 3―循环管；4―蒸发室； 5―除沫器
16
三、直接接触传热蒸发器
图6-7直接接触传热的蒸发器 1―燃烧室；2―点火管；3― 测温管；4―外壳
17
四．循环型蒸发器的主要类型及其性 能比较
常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇 总于表6-1。
18
第六章 蒸发
6.2.2 单程型蒸发器
19
一．升膜式蒸发器
图6-8升膜式蒸发器 1―蒸发器；2―分离室；
20
二．降膜式蒸发器
（2）通过改变料液性质来提高传热效果，如加 入适当的表面活性剂可使总传热系数成倍提高； 加入适当阻垢剂，则可抑制结垢。
（3）气—液—固三相流化床蒸发器在蒸发中的 防除垢及强化传热效果十分显著，具有高效、 多功能、易操作等一系列优点。
29
第六章 蒸发
6.2.4 蒸发器的选型 6.2.5 蒸发器的辅助设备（自学）
几种单程型蒸发器的结构特点与操作性能 如表6-2所示。
24
第六章 蒸发
6.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展
25
一．开发新型、高效蒸发器
新型高效蒸发器的研究开发有如下途径： （1）研制设备更加紧凑、提高液体速度、增加 液膜湍动、缩短料液在设备中停留时间的高效、 节能型蒸发器。 （2）通过改进加热表面形状来提高加热效果。
纯溶剂的沸点。 对于垂直管式蒸发器，管内液柱的静压力
及蒸汽在管道内的流动阻力也会引起溶液的沸 点升高。
化工原理 蒸发解析
应用广泛，适用于
（1）中央循环管式蒸发器（自然循环型） 处理量大、结垢不
严重的物系。
料液 生蒸汽
优点：结构紧凑、制造方便、传热
其截面积一般为 较好及操作可靠等，应用十分广泛。
其它加热管总截 缺点：
面积的40～ 100%
（1）循环速度较低，管内流速 <0.5m/s；
（2）溶液在加热室中不断循环， 使其浓度始终接近完成液的浓度， 因而溶液粘度大、沸点高，有效温 度差小。
缺点：结构复杂，单位传热面积的 金属消耗较多。
加热室
（3）外热式蒸发器
加热室单独放置，好处之一 是可以降低整个蒸发器的高度， 便于清洗和更换；好处之二是可 将加热管做得长些，循环管不受 热，从而加速液体循环。循环速 度可达1.5m/s。
蒸发室
加热 室
循环管
循环型（强制循环型）
对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采用强 制循环，循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制，一般 在2.5m/s以上。
（3）设备的清洗和维修也不够方 便。
（2）悬框式蒸发器（自然循环型）
溶液沿加热管中央上升，而后
循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内
其截面积一 般为其它加
壁间的环隙向下流动而构成循环。 热管总截面
溶液循环速度比标准式蒸发器大， 积的100～
可达1.5m/s。
150%
优点：这种蒸发器的加热室可由顶 部取出进行清洗、检修或更换，而 且热损失也较小。
一、 溶液的沸点及温度差损失
1、溶液沸点 t ( tb ) 溶液沸点 t > 二次蒸汽饱和温度 T
沸点升高（温度差损失）： t T
引起沸点升高的原因 a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；
《化工原理》第5章 蒸发
1.真空蒸发装置
在真空蒸发装置中，除了蒸发器以 外，还应有冷凝器、真空泵等附属 设备。
2.真空蒸发的流程
图5-12为单效真空蒸发流程示意图。
1.蒸发器 2、4.分离器 3.混合冷凝器 5.缓冲罐 6.真空泵 7.真空贮存罐 图5-12 单效真空蒸发流程示意图
22
第5章 蒸发
3.真空蒸发的优点 （1）真空蒸发的温度低，适用于处理在高温下易分解、聚 合、氧化或变性的热敏性物料。 （2）蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废汽，提高了热 能的利用率。 （3）在减压下溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增 3 加，所以对一定的传热量，可以相应减小蒸发器的传热面积。 （4）真空蒸发的操作温度低，可减少蒸发器的热损失。 4.真空蒸发的缺点 （1）在减压下，溶液的沸点降低，其粘度则随之增大，从 而导致蒸发器总传热系数的下降。 （2）需要有一套真空系统，并消耗一定的能量，以保持蒸 发室的真空度。
4
第5章 蒸发
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。换句话说，在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，所以当加热蒸汽 的压强一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液浓度越 高这种现象越显著。 (4)泡沫夹带：溶剂蒸气中夹带大量泡沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物 料，而且污染冷凝设备。 (5)能源利用：蒸发时产生大量溶剂蒸气，如何利用溶剂的汽化热，是蒸发操作中 要考虑的关键问题之一。
第五章第一节 化工原理 谭天恩
第二节 热传导
（三）圆筒壁的稳定热传导 （1）通过单层圆筒壁的稳定热传导 假定： （1）稳定温度场； （2）一维温度场。
A 2rl
dr 2l dt r Q
dt Q 2rl dr
r2
r1
dr 2l t2 t1 dt r Q
r2 2l ln (t1 t 2 ) r1 Q
金属：2.3~420W/m· K 固体： 建筑材料：0.25~3W/m· K 绝缘材料：0.025~0.25W/m· K 液体：0.09~0.6W/m· K 气体：0.006~0.4W/m· K
第二节 热传导
三、平壁的稳定热传导
（一）单层平壁的稳定热传导 假设： （1）A大，b小； （2）材料均匀； （3）温度仅沿x变化， 且不随时间变化。
Q A(T tw )
Q A(tw t )
流体被加热时：
T——热流体的平均温度；tw——壁温； t——冷流体的平均温度；A——传热面积； α ——给热系数（对流传热系数） （3）热辐射 辐射：物体以电磁波的方式传递能量的过程。 辐射能：以辐射的形式所传递的能量。 热辐射：因热的原因引起的电磁波辐射。 辐射传热：不同物体间相互辐射和吸收的综合结果。 自然界中凡是温度高于绝对零度的物体，都会不停的向 四周发射辐射能。
第五章
传热
第一节 概 述
一、传热过程在化工程产中的应用
加热或冷却
换热 保温
二、传热的三种基本方式 热传导（导热）、对流、辐射 （1）热传导： 物体质点在无宏观机械运动的条件下，靠分子的微观 运动完成的传热过程。 特点：没有物质的宏观位移 气体：分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体：导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现 液体：机理复杂
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33
二、加热蒸汽消耗量D
稀释热不可忽略时，溶液的焓由专用的焓 浓图查得，图5-14为NaOH水溶液的焓浓图。
8
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构
9
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
动画11
10
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-2 悬筐蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-环形循环通道
11
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-3 外热式蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-循环管
第5章 蒸发
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，合理选择蒸发器的类型并确定适宜 操作的流程和条件。
1
概述
蒸发 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出
蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作 称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。
Q D(H hw ) WH' (F W )h1 Fh0 QL
蒸发器的 热损失
32
二、加热蒸汽消耗量D
加热蒸汽的消耗量
D WH' (F W )h1 Fh0 QL H hw
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除， 则
D WH' (F W 来自h1 Fh0 QL r加热蒸汽 的汽化热
二、温度差损失
3.由于管路流动阻力而引起的温度差损失Δ'''
多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效 作为加热蒸汽，因管道流动阻力使二次蒸汽的压 强稍有降低，温度也相应下降，一般约降1℃。
Δ'''的计算相当繁琐，一般取效间二次蒸汽
温度下降1℃，末效或单效蒸发器至冷凝器间下 降1～1.5℃。
29
第5章 蒸发
21
二、温度差损失
引起蒸发中温差损失（沸点升高）的因素 如下。
1.因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失Δ′
' tB T'
溶液的 沸点
与溶液压力 相等时水的
沸点
22
二、温度差损失
溶液的沸点升高主要与溶液类别、组成及 操作压强有关，一般由实验测定。
获取
查手册——常压下某些无机盐水溶液 的沸点升高与组成的关系见附录
动画12
12
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-4 强制循环蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-循环管 5-循环泵
13
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-5 升膜式蒸发器 1-蒸发室 2-分离器
14
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-6 降膜蒸发器 1-加热室 2-分离器
动画13
15
二、膜式(单程型)蒸发器
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
5
概述
操作压力
加压蒸发 常压蒸发 真空（减压）蒸发
间歇蒸发 蒸发器进、出料状况
连续蒸发
6
概述
蒸发过程的特点： (1)传热性质
传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一 侧为溶液进行沸腾，故蒸发过程属于壁面两侧 流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)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(即纯水)的低。
估算——由常压下数据推算加压或减 压下数据
估算——杜林规则（Duhring’s rule）
23
二、温度差损失
当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出 沸点升高值，即
' f a
操作压力下由 于溶质存在引 起的沸点升高
常压下(101.3kPa) 由于溶质存在引 起的沸点升高
校正系数
T 2732
f 0.0162 r
2
概述
蒸发操作的目的
①直接得到经浓缩后的液体产品，例如稀烧 碱溶液的浓缩，各种果汁、牛奶的浓缩等。
②制取纯净溶剂，例如海水蒸发脱盐制取淡 水。
③同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生 产中酒精浸出液的蒸发。
3
概述
二次蒸汽
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
4
生蒸汽
概述
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
k 1 0.142x ym 150.75x2 2.71x
27
二、温度差损失
2.因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″
以液层中部点的压力和沸点代表整个液层的平
均压力和沸点
液层
pm
p'
gl
2
液面处 压力
平均
压力
'' t pm t p'
与的压溶力液p沸m对点应
与压力p′对应 的溶液沸点
28
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 5.2.2 单效蒸发的计算
30
一、蒸发量W
根据单效蒸发器作溶质的 衡算，得
Fx0 (F W )x1
水分蒸发量
W F (1 x0 ) x1
图5-13 单效蒸发示意图
31
二、加热蒸汽消耗量D
1.溶液稀释热不可忽略时 对蒸发器作热量衡算 DH Fh0 WH (F W )h1 Dhw QL 蒸发器的热负荷
19
第5章 蒸发
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失
20
一、溶液的沸点
溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下， 其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯 水的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而 引起的沸点升高。
由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶 液时的有效温度差下降8.5℃，正好与溶液沸点 升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。
7
概述
(3)溶液性质
有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和 生泡沫，高温下易分解或聚合;溶液的黏度在蒸发过 程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。
(4)泡沫夹带
二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法 除去，否则不但损失物料，而且会污染冷凝设备。
(5)能源利用
蒸发时产生大量二次蒸汽，如何利用它的潜热， 是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。
24
二、温度差损失
杜林规则（Duhring’s rule）
溶液的沸点和相同压强下标准溶液沸点间呈 线性关系，即
tA' ktw' ym
杜林线 的斜率
杜林线 的截距
25
二、温度差损失
图5-12 NaOH水溶液的杜林线图
26
二、温度差损失
不同组成的杜林直线是不平行的，斜率k与 截距ym都是溶液质量组成x的函数。对NaOH水溶 液，k、ym与x的经验关系为
图5-8 升—降膜蒸发器 1-预热器 2-升膜加热管束 3-降膜加热管束 4-分离器
16
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-9 刮板搅拌薄膜蒸发器
17
三、直接加热蒸发器
图5-10 浸没燃烧蒸发器 1-外壳 2-燃烧室 3-点火管
18
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构 5.1.2 蒸发器的辅助装置（自学） 5.1.3 蒸发器的选型（自学）
二、加热蒸汽消耗量D
稀释热不可忽略时，溶液的焓由专用的焓 浓图查得，图5-14为NaOH水溶液的焓浓图。
8
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构
9
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
动画11
10
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-2 悬筐蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-环形循环通道
11
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-3 外热式蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-循环管
第5章 蒸发
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，合理选择蒸发器的类型并确定适宜 操作的流程和条件。
1
概述
蒸发 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出
蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作 称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。
Q D(H hw ) WH' (F W )h1 Fh0 QL
蒸发器的 热损失
32
二、加热蒸汽消耗量D
加热蒸汽的消耗量
D WH' (F W )h1 Fh0 QL H hw
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除， 则
D WH' (F W 来自h1 Fh0 QL r加热蒸汽 的汽化热
二、温度差损失
3.由于管路流动阻力而引起的温度差损失Δ'''
多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效 作为加热蒸汽，因管道流动阻力使二次蒸汽的压 强稍有降低，温度也相应下降，一般约降1℃。
Δ'''的计算相当繁琐，一般取效间二次蒸汽
温度下降1℃，末效或单效蒸发器至冷凝器间下 降1～1.5℃。
29
第5章 蒸发
21
二、温度差损失
引起蒸发中温差损失（沸点升高）的因素 如下。
1.因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失Δ′
' tB T'
溶液的 沸点
与溶液压力 相等时水的
沸点
22
二、温度差损失
溶液的沸点升高主要与溶液类别、组成及 操作压强有关，一般由实验测定。
获取
查手册——常压下某些无机盐水溶液 的沸点升高与组成的关系见附录
动画12
12
一、循环型(非膜式)蒸发器
图5-4 强制循环蒸发器 1-加热室 2-分离室 3-除沫器
4-循环管 5-循环泵
13
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-5 升膜式蒸发器 1-蒸发室 2-分离器
14
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-6 降膜蒸发器 1-加热室 2-分离器
动画13
15
二、膜式(单程型)蒸发器
单效蒸发 多效蒸发
并流 逆流 平流
5
概述
操作压力
加压蒸发 常压蒸发 真空（减压）蒸发
间歇蒸发 蒸发器进、出料状况
连续蒸发
6
概述
蒸发过程的特点： (1)传热性质
传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一 侧为溶液进行沸腾，故蒸发过程属于壁面两侧 流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)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(即纯水)的低。
估算——由常压下数据推算加压或减 压下数据
估算——杜林规则（Duhring’s rule）
23
二、温度差损失
当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出 沸点升高值，即
' f a
操作压力下由 于溶质存在引 起的沸点升高
常压下(101.3kPa) 由于溶质存在引 起的沸点升高
校正系数
T 2732
f 0.0162 r
2
概述
蒸发操作的目的
①直接得到经浓缩后的液体产品，例如稀烧 碱溶液的浓缩，各种果汁、牛奶的浓缩等。
②制取纯净溶剂，例如海水蒸发脱盐制取淡 水。
③同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生 产中酒精浸出液的蒸发。
3
概述
二次蒸汽
图5-1 中央循环管式蒸发器 1-加热室 2-分离室
4
生蒸汽
概述
二次蒸汽是否 用作另一蒸发 器的加热蒸汽
k 1 0.142x ym 150.75x2 2.71x
27
二、温度差损失
2.因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″
以液层中部点的压力和沸点代表整个液层的平
均压力和沸点
液层
pm
p'
gl
2
液面处 压力
平均
压力
'' t pm t p'
与的压溶力液p沸m对点应
与压力p′对应 的溶液沸点
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5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 5.2.2 单效蒸发的计算
30
一、蒸发量W
根据单效蒸发器作溶质的 衡算，得
Fx0 (F W )x1
水分蒸发量
W F (1 x0 ) x1
图5-13 单效蒸发示意图
31
二、加热蒸汽消耗量D
1.溶液稀释热不可忽略时 对蒸发器作热量衡算 DH Fh0 WH (F W )h1 Dhw QL 蒸发器的热负荷
19
第5章 蒸发
5.2 单效蒸发 5.2.1 溶液的沸点和温度差损失
20
一、溶液的沸点
溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下， 其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯 水的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而 引起的沸点升高。
由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶 液时的有效温度差下降8.5℃，正好与溶液沸点 升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。
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概述
(3)溶液性质
有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和 生泡沫，高温下易分解或聚合;溶液的黏度在蒸发过 程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。
(4)泡沫夹带
二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法 除去，否则不但损失物料，而且会污染冷凝设备。
(5)能源利用
蒸发时产生大量二次蒸汽，如何利用它的潜热， 是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。
24
二、温度差损失
杜林规则（Duhring’s rule）
溶液的沸点和相同压强下标准溶液沸点间呈 线性关系，即
tA' ktw' ym
杜林线 的斜率
杜林线 的截距
25
二、温度差损失
图5-12 NaOH水溶液的杜林线图
26
二、温度差损失
不同组成的杜林直线是不平行的，斜率k与 截距ym都是溶液质量组成x的函数。对NaOH水溶 液，k、ym与x的经验关系为
图5-8 升—降膜蒸发器 1-预热器 2-升膜加热管束 3-降膜加热管束 4-分离器
16
二、膜式(单程型)蒸发器
图5-9 刮板搅拌薄膜蒸发器
17
三、直接加热蒸发器
图5-10 浸没燃烧蒸发器 1-外壳 2-燃烧室 3-点火管
18
第5章 蒸发
5.1 蒸发设备 5.1.1 蒸发器的结构 5.1.2 蒸发器的辅助装置（自学） 5.1.3 蒸发器的选型（自学）