多效蒸发最佳效数选择分析
多效蒸发
t i −1 − t i ri
/
若考虑稀释热和热损失 ，每效乘以热利用系数
η = 0.96 ~ 0.98 对NaOH η = 0.98 − 0.007 Δx
其中 t i -1 − t i ri
/
Δx — 溶液浓度变化
= β i — 自蒸发系数
C i ( t i -1 − t i ) — 1kg溶液进入 i效时因温度降低放出的 热 ri — 产生1kg二次蒸汽需热 ⎧高于沸点 β > 0 ⎪ 故比值：表1kg二次蒸汽需吸收热量 ⎨沸点进料 β = 0 ⎪冷液进料 β < 0 ⎩
点击这里看大图
/
= 130 − 50 = 70 o C
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3. 蒸发器的生产能力和生 产强度 用速率方程表示生产能 力（沸点进料，且无热 损失） 单效 Q = KSΔt 三效 Q1 = K 1 S1Δt1 Q2 = K 2 S 2 Δt 2 Q3 = K 3 S 3 Δt3 则 Q = Q1 + Q2 + Q3 = KS ( Δt1 + Δt 2 + Δt3 ) = KSΔt 即三效生产能力与单效 相同，即单位时间蒸发 的水量相同 但三效的传热面积为单 效的三倍 故三效的生产强度（单 位时间、单位传热面积 蒸发水量） 1 为单效的 3 故：多效蒸发的经济性 的提高是以牺牲生产强 度为代价 实际上 若各效 K值视为平均 K S相等，且忽略温度差损 失
或总有效温度差
Δt = ∑ Δ t = Δt1 + Δ t 2 + Δt 3
5.由热量衡算计算各效水 分蒸发量 设蒸汽在冷凝温度下排 出，忽略稀释热及热损 失 一效： Fh 0 + D1 H 1 = D1 hw1 + ( F − W1 ) h1 + W1 H 1 D1 ( H 1 − hw1 ) = ( F − W1 ) h1 − Fh 0 + W1 H 1 其中 ( H 1 − hw1 ) = r1 — 蒸汽汽化热 h 0 = C0t0 h 1 = C1t1 H 1 − C w t1 = r1 — 二次蒸汽汽化热
多效蒸发流程及效数的确定(精)
单效 双效 1 1.1 1/2 0.57
三效 1/3 0.4
四效 1/4 0.3
五效 1/5 0.27
三、蒸发操作条件的选择
1．料液液面高度
液面过低，加热室的加热管上方易结垢，对于强制循 环蒸发器，过低的液面会使循环泵发生气蚀和振动 面过高，会料液沸点上升、气液分ห้องสมุดไป่ตู้空间过小
；液
。
2.真空度
真空度过低，末效及整个蒸发系统的传热温 差低。真空度增大，可降低蒸发系统的蒸汽消 耗、提高设备生产能力、可使料液离开蒸发系 统带走的热量减少、可减少预热所用蒸汽量。 实际生产中应采用尽可能高的真空度，以达 到高产低耗的目的。
影响真空度的因素
• 不凝气体 ： 真空设备排除不凝气的能力有限 。 不凝气来自以下三个部分：二次蒸汽夹带的 不凝气；冷却水进入真空系统后释放出其中溶解 的不凝气；真空系统管道和设备的各个连接部位 漏入的不凝气体。
• 真空系统的阻力 • 冷却水量和温度 ：理论上最大真空度应是大
气压与冷凝器冷却水下水的饱和蒸汽压之差。水 温越高真空度越低。而冷却下水温度高低取决于 冷却水的上水水温和水量。
多效蒸发流程及工艺条件分析
一、多效蒸发流程
1 顺流流程 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。
优点：
在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间 流动不需用泵；
料液的沸点依效序递降，使前效料进入后效时放出显热， 供一部分水汽化；
料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对 热敏性物料有利。
小结：单效蒸发和多效蒸发的比较 温度差损失
若多效和单效蒸发的操作条件相同，则多效 蒸发的温度差因经过多次的损失，使总温度差损 失较单效蒸发时为大。
多效蒸发流程及效数的确定
多效蒸发流程及效数的确定1.进料：进料是多效蒸发流程的第一步，通过控制入口阀门使进料流入蒸发器。
进料常常是通过预处理步骤，如澄清、过滤或浸泡，以去除杂质和固体颗粒，避免对蒸发器产生不利影响。
2.预热：进料在多效蒸发过程中需要进行预热，以达到最佳蒸发条件。
预热目的是提高进料的温度，减少对热源的需求。
预热可以通过传热表面的配置进行，常见的形式包括蒸汽加热、热交换和热回收等。
3.蒸发：预热后的进料进入蒸发器，经过加热和汽化，以脱除其中的溶质和水分。
蒸发器的设计通常采用多级蒸发器，如单效蒸发器、双效蒸发器、多效蒸发器等。
它们之间通过热交换进行热量转移，以提高蒸发效率。
4.再生：在蒸发过程中形成的蒸汽会进入再生器进行再生，以收集其中的溶质和水分。
再生器通常是将蒸汽直接送入浓液中，通过传热而产生的气-液循环和溶质的分离。
再生器的效果直接影响多效蒸发的性能。
5.冷却：蒸发器中产生的蒸汽被再生后，需要经过冷凝器进行冷却，以转化为可回收的水分和回收热量。
冷却可以通过空气冷凝或水冷凝等方式进行。
冷凝后的液体通过管道排出，回到外部系统中进行进一步利用。
6.产品收集：多效蒸发过程中产生的浓缩产物通过汇集系统进行收集。
浓缩产物可以是溶液、浆糊或晶体物质，可以根据需要进行分离、干燥或回收利用。
效数的确定在多效蒸发中至关重要，它反映了蒸发器的性能和能源利用效率。
效数是通过多效蒸发器的设计参数和实际运行情况来确定的。
常用的效数包括汽-液分布效数、传热效数和蒸发效数等。
1.汽-液分布效数：汽-液分布效数是描述蒸发器内不同气液相间传质和传热的均匀程度的指标。
通过设计合理的流路结构和控制流体分布，可以提高汽-液分布效数，减少气液相间的传质阻力和传热阻力。
2.传热效数：传热效数是描述多效蒸发器内传热能力的指标。
传热效数的高低决定了蒸发器的传热速率和传热量。
提高传热效数可采取增加传热表面积、增加传热介质流速、改变传热介质的物理状态和调节传热介质的温度等方式。
设计多效蒸发器必看参数表
附录A （标准的附录）水的密度和焓值表 A1 当工作压力≤1.0MPa时，水的密度和焓值应采用表A1。
表A1 P=0.6000MPa，温度为1 ℃ —150 ℃ 时水的密度和焓值表温度（℃）密度(kg/ m3 )焓(kJ/kg)温度（℃）密度(kg/ m3 )焓(kJ/kg)温度（℃）密度(kg/ m3 )焓(kJ/kg)1 1000.2 4.7841 51 987.80 214.03 101 957.86 423.762 1000.2 8.9963 52 987.33 218.21 102 957.14 427.973 1000.2 13.206 53 986.87 222.39 103 956.41 432.194 1000.2 17.412 54 986.39 226.57 104 955.67 436.415 1000.2 21.616 55 985.91 230.75 105 954.93 440.636 1000.2 25.818 56 985.42 234.94 106 954.19 444.857 1000.1 30.018 57 984.93 239.12 107 953.44 449.078 1000.1 34.215 58 984.43 243.30 108 952.69 453.309 1000.0 38.411 59 983.93 247.48 109 951.93 457.5210 999.94 42.605 60 983.41 251.67 110 951.17 461.7511 999.84 46.798 61 982.90 255.85 111 950.40 465.9812 999.74 50.989 62 982.37 260.04 112 949.63 470.2013 999.61 55.178 63 981.84 264.22 113 948.86 474.4414 999.48 59.367 64 981.31 268.41 114 948.08 478.6715 999.34 63.554 65 980.77 272.59 115 947.29 482.9016 999.18 67.740 66 980.22 276.78 116 946.51 487.1417 999.01 71.926 67 979.67 280.97 117 945.71 491.3718 998.83 76.110 68 979.12 285.15 118 944.92 495.6119 998.64 80.294 69 978.55 289.34 119 944.11 499.8520 998.44 84.476 70 977.98 293.53 120 943.31 504.0921 998.22 88.659 71 977.41 297.72 121 942.50 508.3422 998.00 92.840 72 976.83 301.91 122 941.68 512.5823 997.77 97.021 73 976.25 306.10 123 940.86 516.8324 997.52 101.20 74 975.66 310.29 124 940.04 521.0825 997.27 105.38 75 975.06 314.48 125 939.21 525.3326 997.01 109.56 76 974.46 318.68 126 938.38 529.5827 996.74 113.74 77 973.86 322.87 127 937.54 533.8328 996.46 117.92 78 973.25 327.06 128 936.70 538.0929 996.17 122.10 79 972.63 331.26 129 935.86 542.3530 995.87 126.28 80 972.01 335.45 130 935.01 546.6131 995.56 130.46 81 971.39 339.65 131 934.15 550.8732 995.25 134.63 82 970.76 343.85 132 933.29 555.1333 994.93 138.81 83 970.12 348.04 133 932.43 559.4034 994.59 142.99 84 969.48 352.24 134 931.56 563.6735 994.25 147.17 85 968.84 356.44 135 930.69 567.93 续表A136 993.91 151.35 86 968.19 360.64 136 929.81 572.2137 993.55 155.52 87 967.53 364.84 137 928.93 576.4838 993.19 159.70 88 966.87 369.04 138 928.05 580.7639 992.81 163.88 89 966.21 373.25 139 927.16 585.0440 992.44 168.06 90 965.54 377.45 140 926.26 589.3241 992.05 172.24 91 964.86 381.65 141 925.37 593.6042 991.65 176.41 92 964.18 385.86 142 924.46 597.8843 991.25 180.59 93 963.50 390.07 143 923.56 602.1744 990.85 184.77 94 962.81 394.27 144 922.64 606.4645 990.43 188.95 95 962.12 398.48 145 921.73 610.7646 990.01 193.13 96 961.42 402.69 146 920.81 615.0547 989.58 197.31 97 960.72 406.90 147 919.88 619.3548 989.14 201.49 98 960.01 411.11 148 918.95 623.6549 988.70 205.67 99 959.30 415.33 149 918.02 627.9550 988.25 209.85 100 958.58 419.54 150 917.08 632.26 A2 当工作压力>1.0MPa，且≤2.5MPa时，水的密度和焓值应采用表A2。
第三节 多效蒸发
7-8.蒸发器的生产能力和蒸发强度 P297 无论是生产能力还是生产强度，其大小取决于 蒸发器的传热速率，当操作条件一定时，单效 的传热速率为Q=KAΔt，Δt=TS-t,而多效的传 热速率Qi=KAΣΔti(设TS,T末,K,A相同)。很明 显，由于Δt>ΣΔti，将使Q>Qi，即多效的生 产能力W小于单效时的生产能力，又因多效传 热面积为单效时的n倍，因而多效时生产强度 远较单效时为小。可见多效蒸发是以牺牲生产 能力和生产强度为代价换取加热蒸汽的利用率。
温差分配到各效而已。由于多效蒸发的每一效 中都存在传热温差损失，因而总的有效传热温 差必小于单效时，使得传热推动力下降。效数 愈多，总有效温差愈小，当效数增加到一定程 度时，可使总有效温度差为零，此时蒸发将无 法进行，即为效数的最大极限。
多效蒸发和单效蒸发的比较
2 加热蒸汽的经济性： 当蒸发水分量相同时，多效蒸发所需 加热蒸汽消耗量比单效明显减少，因 而提高了加热蒸汽的利用率，即经济 性。因此在蒸发大量水分时，应采用 多效。
缺点：随效数的增加，溶液浓度逐效增高而温度逐效
降低，致使溶液粘度增大较快，使传热系数逐效下降， 传热效果一效不如一效。
适于：热敏性物料的蒸发
2.逆流加料流程
多效蒸发计算
－溶液的质
3. 总有效温度差 t 及各效溶液的沸点
多效蒸发系统的总有效温度差计算式为
t T1 Tk
n i
i 1
； T1,Tk
－分别加热
n
蒸汽和冷凝器中的温度，℃； i 1 2 ... i i 1
n
多效蒸发系统中温度差损失总和
i ，任一效温差损失之和为：
i 1
i 'i ''i ''i'
各效溶液沸点为：
t1 T1' 1 t2 T2' 2......tn Tk n
4. 有效温度差在各效中的分配 根据操作情况自动调节，不能任意规定。以三效为例，说明温差在各效的中分配情况：
（5）
提高原料液温度 进第一效蒸发器生蒸汽、汽化潜热 产生第一效二次蒸汽
由此可得：第 i 效 Q1 D1r1 (FC po－W1C pw W2C pw ... Wi1C pw)(ti ti1 ) Wi ri' (6)
由（6）可以得：
Wi
Di
ri ri'
(FC po
（1）忽略蒸发系统的热损失，对第一效进行焓衡算：
Fho D1 (H1 hw ) (F W1)h1 W1H1'
（3）
若溶液的稀释热可以忽略，此时溶液的焓可用比热来计算，即 ho C poto , h1 C p1t1 ； 加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，则 H1 hw r(生蒸汽的汽化热[kJ kg])
（2）写成
Q1 K1
S
t1'
Q2 K2
多效蒸发流程及效数的确定(精)
至冷凝器
1 加热蒸汽 完成液 冷凝水
2
3 原料液
冷凝水
冷凝水
逆流加料法的三效蒸发装置流程示意图
3 平流法
原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸气流向
仍是由第一效流至末效。此种流程适用于处理蒸发过程中伴有结晶 析出的溶液。
4 混流法
效数多时，也可采用顺流和逆流并用的操作，称为混流法，这 种流程可协调两种流程的优缺点，适于粘度极高料液的浓缩。
三、蒸发操作条件的选择
1．料液液面高度
液面过低，加热室的加热管上方易结垢，对于强制循 环蒸发器，过低的液面会使循环泵发生气蚀和振动 面过高，会料液沸点上升、气液分离空间过小
；液
。
2.真空度
真空度过低，末效及整个蒸发系统的传热温 差低。真空度增大，可降低蒸发系统的蒸汽消 耗、提高设备生产能力、可使料液离开蒸发系 统带走的热量减少、可减少预热所用蒸汽量。 实际生产中应采用尽可能高的真空度，以达 到高产低耗的目的。
逆流流程原料液加热蒸汽至冷凝器完成液冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸发装置流程示意图效数多时也可采用顺流和逆流并用的操作称为混流法这种流程可协调两种流程的优缺点适于粘度极高料液的浓缩
多效蒸发流程及工艺条件分析
一、多效蒸发流程
1 顺流流程 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。
优点：
在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间 流动不需用泵；
并流加料法的三效蒸发
2 逆流流程
料液与蒸气流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输送至前 效，完成液由第一效底部取出。加热蒸气的流向仍是由第一效顺序 至末效。
优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，传热系 数较大。
蒸发工艺流程与操作条件的选择(精)
蒸发工艺流程与操作条件的选择一、单效蒸发图5-13是典型的单效真空蒸发流程图，单效蒸发操作的主体设备蒸发器，它的下部分是由若干加热管组成的加热室1，加热蒸汽在管间（壳方）被冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传给被加热的料液，使溶液沸腾汽化。
在沸腾汽化过程中，夹带的一部分液体在蒸发器的上部的分离室2分离，并在其出口处装有除沫装置，以便将夹带的液体分离开。
蒸汽进入冷凝器4内，被冷却水冷凝后排出。
在加热室管内的溶液中，随着溶剂的汽化，溶液浓度得到提高，浓缩以后的完成液从蒸发器的底部出料口排出。
在单效蒸发过程中，由于所产生的二次蒸汽直接被冷凝而除去，使其携带的能量没有被充分利用，因此能量消耗大，它只在小批量生产或间歇生产的场合下使用。
图5-13 单效真空蒸发流程1．加热室；2．分离室；3．二次分离器；4．混合冷凝器；5．汽液分离器；6．缓冲罐；7．真空泵；8．冷凝水排除器二、多效蒸发（一）多效蒸发的原理在生产中，蒸发大量水分时，势必需要消耗大量的加热蒸汽。
为减少加热蒸汽的消耗量，可采用多效蒸发。
即将若干个蒸发器串联起来协同操作，利用减压的方法，使后一个蒸发器的操作压力和溶液沸点比前一个低。
把前一个蒸发器产生的二次蒸汽引入后一个蒸发器的加热室作为热源，后一个蒸发器的加热室作为前一个蒸发器的冷凝室，最后一个蒸发器的二次蒸汽送去被冷凝。
在多效蒸发中，每一个蒸发器称为一效，通入加热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，依次类推。
相同的生产能力下，串联若干单效设备，可提高热能利用的经济性，但也提高了设备的投资费用。
（二）多效蒸发的流程根据原料液加入方法的不同，多效蒸发操作有四种流程，即顺流法、逆流法、平流法和混流法。
1．顺流流程也称并流法，为最常用的一种加料流程。
如图5-14所示，蒸汽和料液的流动方向一致，依效序从第一效到末效。
顺流操作的优点是：蒸发室压强依效序递减，料液在效间流动不需要泵。