化工原理蒸发
化工原理蒸发
化工原理蒸发
蒸发是一种常见的物质转化过程，是液体变为气体的过程。
在化工生产中，蒸发常用于从溶液中分离出溶质，或者将溶剂从溶液中回收的操作。
蒸发的原理是利用液体分子的热运动引起部分分子逃逸出液体表面，从而形成气体。
当液体处于开放容器中，溶剂分子会不断地从液体表面逸出并溶入空气中，使得溶液中的溶质浓度逐渐升高。
而当液体处于封闭容器中时，液体表面的溶质分子逸出后会与气体相平衡，形成溶解度平衡。
蒸发的速率受到多种因素的影响。
首先是液体的性质，液体的分子间作用力越小，蒸发速率越快。
其次是温度，温度越高，液体的分子热运动越剧烈，蒸发速率越快。
此外，湿度也会影响蒸发速率，湿度越低（即空气中水蒸气含量越低），蒸发速率越快。
在化工生产中，常用的蒸发设备有蒸发罐、蒸发器和蒸发冷凝器等。
蒸发罐是将液体加热使其蒸发，将蒸发的气体与溶质分离，获得溶质的设备。
蒸发器则是利用热量传导或传热介质将溶液加热使其蒸发的设备。
蒸发冷凝器则是用于将蒸发后的气体冷凝为液体，以便于回收溶质或溶剂。
蒸发技术在化工生产中具有广泛的应用。
例如，在制造盐的过程中，可以通过蒸发从盐水中分离出盐。
在制糖工业中，可以通过蒸发从甜汁中分离出糖。
此外，蒸发技术还可以用于回收有机溶剂，降低生产成本，并减少对环境的污染。
总结起来，蒸发是一种常见的物质转化过程，在化工生产中被广泛应用。
通过调控液体的性质、温度和湿度，以及使用适当的蒸发设备，可以实现溶质的分离和溶剂的回收，提高生产效率，降低生产成本。
化工原理-蒸发
发器的热损失为12000W，假设溶液的稀释热可忽略，不考虑C与C0 的区别，若K=1500 W/(m2.K)，
试求：（1）蒸发量W；（2）原料液温度分别为30℃。80℃与120℃
时的加热蒸汽消耗量D，并 比较它们的经济性；（3）30℃，80℃
，120℃进料下所需的传热面积A.
解：（1）蒸发量W
W=F(1-x0/x)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg/h
KAtm KATs t Wr
U W Q K tm
α2 → K, 不凝性气体排出， 增大u，A清除垢Ar层等可r增K。
焓--浓图
焓
一组温度线
杜林规则图 质量浓度线
溶液沸点
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
加热室 A
完成液 L=F --W, x, t, c, h
冷凝液 D,Ts,hs
F W L D kg/h , x0 x 质量%, Ts, T1', t0 t, ℃, Hs hs H h kJ/kg , c0,c kJ/(kg.K) , Q l kJ/h
计算项目：蒸发量W kg/h ；加热蒸汽消耗量 D（Q）kg/h ； 蒸发器的传热面积 A m2
化工原理 第六章 蒸发
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西
安 1、溶液沸点升高――杜林规则
交 大
’：与溶液的种类、浓度、蒸汽压
化
力有关
工 (1)手册上可以查到常压下的溶液沸点
原 (2)杜林规则：（压强影响）
理
电 子 课
tA tw
t
0 A
tw0
K
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西
安 两种不同压力下溶液的沸点差与另 交 一种标准液体在相应压力下的沸点差的 大 比值为常数。
西
安
交
大 化
化工原理 第六章 蒸发
工
原
理
电
子
课
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西
第一节 概 述
安
交 一、蒸发的概念：
大 化 工
挥发性溶剂，不挥发溶质――加热、沸腾 －→ 溶剂部分汽化；溶液浓缩
原
热量供给→汽化→热量衡算 传热
理特
速率
电 子
点 蒸汽移出→浓缩→物料衡算
方程
课
沸腾现象 溶液→沸点升高
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任务：(1)计算水分蒸发量（二次蒸汽量）
W kg/h
子
(2) 加热蒸汽消耗量D kg/h
课
(3)蒸发器传热面积S
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西
安
交
一、单效蒸发器的计算
大
化
物料衡算
工
热量衡算
原
理
传热速率方程
电
沸点升高关系式
子
课
件
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。
大学化学《化工原理 蒸发》课件
pm p p p gL / 2
p：液面上的压强； L：加热管底部以上液层高； ρ：液体的平均密度。
§7.2 单效蒸发
14
＝t( pp) t( p)
3. 管道流体阻力产生压降的影响
p < p′ 二次蒸汽饱和温度↓
⊿'''＝1℃ （三） 蒸发器的生产能力和生产强度
生产能力: 单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率 Q
（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；
（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。
（3）设备的清洗和维修也不够方便。 应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。
§7.4 蒸发设备
2. 悬筐式蒸发器（自然循环型）
优点：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。
适用于易结晶或结垢溶液的蒸发
23
二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，
操作费比单效蒸发小； 注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，
效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，
设备费比单效蒸发大。
效数越多，设备费增大的幅度越大。
§7.3 多效蒸发
§7.4 蒸发设备
34
缺点：
❖液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求 加热蒸汽有较高的压力。
❖设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
4. 强制循环蒸发器
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。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 能耗大。
§7.4 蒸发设备
35
（二）单程型蒸发器
《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。
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。
化工原理学--蒸发讲义
化工原理学–蒸发讲义一、引言蒸发是化工过程中常见的分离技术之一，广泛应用于化工工业中。
本文档将介绍蒸发的基本原理、工艺分类以及蒸发过程中的关键参数和操作要点。
二、蒸发原理蒸发是利用物质从液态到气态的相变过程进行分离的方法。
常见的蒸发原理有以下几种：1.热量传递：通过向被蒸发物提供热量，使其温度提高，使得分子动能增加，从而从液态转变为气态。
2.汽化：分子在液面上获得足够的动能，克服表面张力，从液面进入气相。
3.质量传递：蒸发过程中，溶质向蒸汽传输，实现溶质的分离。
三、蒸发工艺分类蒸发可以按照不同的工艺特点进行分类，常见的工艺分类有以下几种：1.单效蒸发：只有一个蒸发器，需要连续供热。
2.多效蒸发：多个蒸发器串联，利用蒸发过程中的余热进行供热，节约能源。
3.MVR蒸发：机械蒸发再生(MVR)是一种通过压缩蒸发蒸汽回收系统中高温低压蒸汽能量的蒸发技术，能够显著提高能源利用率。
4.蒸发结晶：通过调节蒸发条件，使得被蒸发物溶解度降低，产生结晶。
四、蒸发过程关键参数在进行蒸发过程时，需要关注以下几个关键参数：1.温度：蒸发过程中，溶质溶解度随温度变化而变化，对温度的控制非常关键。
2.压力：蒸发器内的压力可以影响蒸发速率和温度，需要根据不同的溶质选择合适的压力。
3.流量：蒸发器的进料流量和蒸汽流量需要合理控制，以确保蒸发过程的稳定性和效率。
4.浓度：蒸发过程中溶质的浓度变化对产物的质量和分离效果有重要影响，需要进行精确控制。
五、蒸发操作要点在进行蒸发操作时，需要注意以下几个要点：1.选用合适的蒸发器：根据被蒸发物的特性选择合适的蒸发器，如单效蒸发器、多效蒸发器或MVR蒸发器等。
2.控制进料浓度：进料浓度的控制可以影响蒸发效果和产物质量，需要根据具体情况进行调整。
3.控制供热温度：供热温度对蒸发速率和产物质量有重要影响，需要根据被蒸发物的特性选择合适的供热温度。
4.控制蒸汽压力：蒸汽压力的控制可以影响蒸发速率和蒸发温度，需要根据具体情况进行调整。
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则 D F h h0 W H h Ql
Hs hs
0℃液体焓为零（基准）、忽略浓缩热：
h s = C*Ts – 0 = C*Ts； h0 = C0t0 – 0 = C0t0 ； h = Ct – 0 = Ct； 则 D(Hs – C*Ts) + FC0t0 = (F – W)Ct + WH +Ql
试求：（1）蒸发量W；（2）原料液温度分别为30℃。80℃与120℃ 时的加热蒸汽消耗量D，并 比较它们的经济性；（3）30℃，80℃， 120℃进料下所需的传热面积A.
解：（1）蒸发量W
W=F(1-x0/x)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg/h
（2）加热蒸汽消耗量D D=[F(Ct-C0t0)+Wr+Q1]/R
依据： 物料衡算式、 焓衡算式、 传热速率方程式
一、蒸发量的计算
总 F=L+W
溶质不挥发 Fx0 = Lx = (F – W)x
W
F
1
x0
x
, or, x
Fx0 F W
二、加热蒸汽消耗量的计算
蒸汽在饱和温度下排出冷凝液
DHs + Fh0 = Lh + WH + Dhs + Ql
C0 = C*(1 – x0) + CBx0 C = C*(1 – x) + CBx
C*溶剂 、CB溶质 kJ/kg.K
当x<0.2 C0 ≈ C*(1 – x0)
C ≈ C*(1 – x)
若忽略浓缩热
则
D
F
Ct
C0t0 W H
Hs CTs
Ct
Ql
∵ Hs – C*Ts = R H – Ct ≈ r (H – C*T= r 若C ≈ C*)
冷凝液 D,Ts,hs
F W L D kg/h , x0 x 质量%, Ts, T1', t0 t, ℃, Hs hs H h kJ/kg , c0,c kJ/(kg.K) , Q l kJ/h
计算项目：蒸发量W kg/h ；加热蒸汽消耗量 D（Q）kg/h ； 蒸发器的传热面积 A m2
已知条件：生产任务与操作条件------原料液的流量F、温度t0、浓度x0(质量分率) ； 完成液的浓度x； 加热蒸汽的压强ps(pa)(Ts)； 冷凝器内的压强P(pa)
悬筐
列文
单效外循环
搅拌薄膜
刮板 升膜
降膜
三效升降膜
浸没燃烧
蒸发器
果汁蒸发器
三效蒸发器
6.3 单效蒸发的计算 单效蒸发计算示意图 —P394 图6-13 符号说明
二次蒸汽 W,T1',H
蒸发室
原料 F, x0, t0, c0 , h0
热损失 Ql
加热蒸汽D,Ts,Hs
加热室 A
完成液 L=F --W, x, t, c, h
压强为40kpa, 200kpa饱和蒸汽的汽化潜热分别为2312和2205kJ/kg
Rs1
bd1
dm
Rs 2
d1 d2
d1
2d
2
P291,关键是α２的提高,减少污垢、提高流速等
α1不凝性气体排放
例1 单效蒸发计算
在单效蒸发器中每小时将2000 kg的某种水溶液从10 ℅连续浓 缩到30 ℅，蒸发操作的平均压强为40 kpa，相应的溶液沸点为 80℃，加热蒸汽绝压为200 kpa，原料液的比热为3.77kJ/kg.K，蒸 发器的热损失为12000W，假设溶液的稀释热可忽略，不考虑C与C0 的区别，若K=1500 W/(m2.K)，
３．物料的工艺特性， 析晶、结垢、分解、热敏性、 高粘、强腐蚀
设备差异： 与换热器相比 加热室 ＋ 分离室（蒸发室）
详细在后面介绍
重点：
１．根据任务选择与设计蒸发器
２．如何提高设备的生产能力和经济性
可以替代的节能新单元操作： 膜分离技术等
用于海水脱盐，低浓度组分提取，药物浓缩，菌种等热敏
性物质处理
6.2 蒸发器的形式 一 结构和特点
P285 图6-5，6-6，6-7、10
浸没燃烧式：烟道气直接式 直接接触式蒸发器.swf P286 图6-8 二 选型
原则:满足工艺要求、保证质量，能力大，简单方便，经济。
三 辅助装置
P287 图6-9、10
除沫器 除沫器的主要形式.swf 冷凝器干式逆流高位冷凝 器.swf 真空装置---气体压送装置
Q = D(Hs – hs) or Q = DR （热损失通过溶液再从外壁面走） 或 对于标准型的（热损失直接通过外壁面走）Q传 = DR -- Ql Δ tm = Δ t = Ts – t沸点
A D Hs hs DR K Ts t K Ts t
K
1
1
1
D F Ct C0t0 Wr Ql
Rs
如沸点进料t0 = t, 又C ≈ C0 及 Ql = 0 则 D = W(H – Ct)/R ≈ W r/ R or D/W = (H – Ct)/R ≈ r/R--单位蒸汽消耗量 表示经济程度，1~1.1
三、 蒸发器的传热面积
A Q K tm
缺点：1） μ ↗、α ↙、K↙； 2） 减压装置、能耗。
流程： 叙述 P281 图6-1 传热过程 蒸发基本流程.swf
冷却水
混
合
二次蒸汽冷Βιβλιοθήκη 凝器原料液
蒸发室
加热蒸汽 加 热 室 冷凝水 疏水器
完成液
分离器
缓冲罐 水
不凝气体 真空泵
特点：
１. 沸点升高， Δ t 变小
２．节省能源 ， 大量汽化 大量蒸汽消耗
化工原理（上册）
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。
加热室+分离室
循环型 : 自然循环型--中央循环型中央循环管式蒸发器.swf、 悬筐式悬筐蒸发器.swf 、外热式外加热式蒸发器.swf、 列文式列文式蒸发器.swf 强制循环型 强制循环管式蒸发器.swf P282 图6-2、6-3，6-4
单程式（不循环）：升膜升膜式蒸发器.swf、 降膜降膜式蒸发 器.swf、升-降膜、刮板式转子式刮板蒸发器.swf、搅拌薄膜