单效蒸发过程分析示范文本
单效蒸发过程分析
单效蒸发过程分析
单效蒸发是一种以水为主要原料，通过加热和蒸发来分离溶质
和溶剂的方法。
在单效蒸发过程中，将液态混合物置于加热器中，
利用热能将混合物加热至饱和蒸汽温度，产生水蒸汽，将混合物中
的溶剂蒸发掉，形成溶质浓缩液，浓缩液中溶质的浓度逐渐升高。
在这个过程中，需要使用介质或者真空来调节压力，以控制蒸发温
度和蒸发速度。
单效蒸发是一种相对简单的工艺，适用于溶液浓度较低的情况。
它的几个主要优点包括能够控制蒸发速度和浓缩度，同时也比较容
易维护和操作。
但是，单效蒸发的效率相对较低，需要大量的能源
投入，而且随着浓度的升高，需要增加蒸发器的数量来提高效率。
单效蒸发的过程可以分为以下几个步骤：
1. 混合物加热：将液态混合物加热到饱和蒸汽温度，使得混合
物中的水分子开始蒸发并产生水蒸气。
2. 蒸发过程：混合物中的水分子进入蒸汽相，离开混合物的表面，蒸发出来的水蒸气被回收和冷凝，形成蒸馏水并放出热量。
3. 浓缩液形成：随着混合物中水分子的逐渐蒸发，混合物中的
其他溶剂浓度逐渐升高，形成了浓缩液。
4. 控制压力：适当的压力控制可以有效地调节蒸发温度和蒸发
速度，从而实现精确的浓缩过程。
5. 过热蒸汽排出：在蒸发过程中，通过调节压力和蒸汽量可以是蒸汽过热，提高蒸发效率，同时过热的蒸汽需要通过相应的设备排出。
总的来说，单效蒸发是一种有效的浓缩溶液的方法，但相对于其它蒸发方法效率较低，应用受到一些限制。
第二节 单效蒸发和真空蒸发
三.蒸发器的传热面积： 由蒸发器的传热方程可得 A Q Kt m 而传热量：Q=DR 在蒸发器中，管外为蒸气冷凝，温度恒 定为TS，管内为溶液沸腾，温度为定值t， 可视为恒温差传热， t m TS t
故：
Q DR A Kt m K (TS t )
重点例题：例7-1
1.蒸发器的生产能力 1）定义：单位时间蒸发水分的质量W， 单位为kg/h。由于它主要取决于过程的 热流量，所以常以热流量Q来衡量蒸发 器的生产能力。 D r DR
D r DR Q KAt m W W R r r r W Kt m U A r
为了提高蒸发器的生产强度，应设法增 大蒸发器的传热系数和传热温度差。
①有效温度差△t:除和温度差损失有关 外,主要还是取决于加热蒸气压力和冷 凝器中压力之差。加热蒸气压力受工厂 用气条件限制;而冷凝器中真空度提高 要考虑真空泵功率消耗,且随真空度的 提高,溶液沸点的降低、粘度增大，也 会对溶液的沸腾传热产生不利的影响。 对一般物料蒸发,所用加热蒸气不超过 500kPa,冷凝器中压力也不小于10～ 20kPa(绝)。因此,有效温度差的增大 是有一定限度的。
2.蒸发器的生产强度： 1）定义：单位传热面积的生产能力， 以U表示，单位为 kg/(m2.h) ，即： U= W/ A 当蒸发任务W一定，U越大，A越小。 U反映了蒸发操作的设备性能。 2）影响因素： 主要为总传热系数和传热温度差。
K U t
3）提高生产强度的途径 对多数物系当沸点进料,忽略热损失时
对一定浓度的溶液， 只要知道它在两个 不同压力下的沸点， 再查出相同压力下 对应水的沸点，即 可绘出该浓度溶液 的杜林线，由此直 线即可求得该溶液 在其它压力下的沸 点。 见例题7-3
化工原理 单效蒸发
溶液的沸点t=T+Δ,有效传热温度差Δt=ΔtT-Δ
温度差损失原因：〈〈12〉〉溶蒸液发的器沸中点液升柱高静压头的影响 〈3〉流体摩擦阻力损失
⑴ 溶液的沸点升高与杜林规则
将1atm下的沸点升高
杜林(Duhling)规则：溶液的沸点与同温度 近似地作为其它压力
若为沸点进料，即t0 t1,并忽略热损失和比热C1和C0的差别，则有：
D Wr r
或 D r Wr
由于蒸汽在t1和T下的潜热r和r相差不大,
D W
r R
1
②溶液的浓缩热不可忽略
（3）蒸发Байду номын сангаас传热面积的计算
A Q DR K (Ts t1 ) K (Ts t1 )
1 K
1
i
Ri
1
o
Ro
5.3 2 蒸发设备中的温度差损失
Q H s hs
9.87 105
2728 556.51000
0.455kg / s 1640kg / h
2·求料液流量F
DH s Fh0 WH (F W )h1 Dhs QL
查NaOH的焓浓图得：料液的焓h0＝120kJ/kg,完成液的焓 h1＝540kJ/kg
又热损失 QL＝0·03Q 0.03 9.87 105 29600W 29.6kW
h1=c1t1,h0=c0t0代入热量衡算C式1＝：4.187 1－0.5＋2.01 0.5＝3.1
0·455（2728－556·5）＋F 3·75 35＝F－W 3·1100＋2681W＋29·6
178·7F＋2371W＝958·4 将W＝0·6F代入，解得：F＝0·6kg/s,W=0·36kg/s
单效蒸发器原理(一)
单效蒸发器原理(一)单效蒸发器引言单效蒸发器是一种常见的用于分离液体混合物的设备，在化工、制药和食品工业等领域得到广泛应用。
本文将逐步介绍单效蒸发器的原理和工作过程。
基本原理•蒸发是指液体由液态转变为气态的过程，当液体加热到其沸点时，会发生蒸发。
单效蒸发器通过加热液体，使其中的挥发性组分蒸发出来，实现对液体混合物的分离。
•单效蒸发器利用液体与加热表面的接触来增大传热面积，提高传热效率。
通常，蒸发器内部有一根或多根传热管，液体通过这些传热管流动，与传热管表面进行热交换。
工作过程单效蒸发器的工作过程可以分为以下几个步骤： 1. 进料：液体混合物通过进料管道进入蒸发器，在蒸发器内部形成薄膜流或滴流。
2. 加热：通过传热管外部加热介质（如蒸汽）的传热作用，使得液体在传热管内部发生蒸发，挥发性组分从液体中蒸发出来。
3. 分离：蒸汽和非挥发性组分从液体中分离出来，形成蒸馏液和残液两部分。
4. 出料：蒸馏液和残液通过相应管道从蒸发器中流出。
设计和操作参数•单效蒸发器的设计和操作需要考虑以下几个重要参数：–进料流量：根据需要分离的液体混合物的性质和产量，选择适当的进料流量。
–温度差：传热温度差对传热效率有重要影响，要合理选择加热介质温度和液体进出口温度。
–压力差：蒸发器内部的压力差影响着蒸发过程的进行，需要保持适当的压力差。
–传热面积：传热面积越大，传热效率越高，但也增加了设备的体积和成本。
–蒸汽消耗：蒸发器的蒸汽消耗量对操作成本有影响，需要控制在合理范围内。
应用和发展单效蒸发器广泛应用于化工、制药和食品工业等各个领域，用于分离溶剂、浓缩液体、回收溶剂等。
随着科技的发展，越来越多的新型蒸发器设备被研发出来，如多效蒸发器、膜蒸发器等，以满足不同工艺要求和节约能源的需求。
本文简要介绍了单效蒸发器的原理和工作过程。
作为一种常用的分离设备，单效蒸发器在化工等领域有着广泛的应用。
读者可以通过深入研究和实践，进一步了解蒸发器的设计参数和操作技巧，提高生产效率，降低生产成本。
单效蒸发
h = cpt
h0 =c p , 0 t0
c p = c p,w (1 w) + c p,b w = c p,w (c p,w c p,b )w c p,0 = c p,w (1 w0 ) + c p,b w0 = c p,w (c p,w c p,b )w0
代入热流量公式得：
Φ = qm,v r0 = qm,0c p,0 (t t0 ) + qm,wr′ + Φ L
t '" = 0.5 ~ 1° C
5.3 单效蒸发 5.3.1 物料衡算
目的： 目的：计算蒸发水量和完成液浓度 对溶质： 对溶质：
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热室
二次蒸汽 qmwT’,H’
qm,0 w0 = (qm,0 qm,w )w
蒸发水量： q m,w w0 = q m ,0 (1 ) w
完成液 qm0-qmw,w, t,c,h
因此，溶液的沸点： 因此，溶液的沸点：
t = T ′ + t ' + t " + t '" = T ′ + t t
② 传热温差损失 溶液沸点升高，造成传热温差减小。
理论传热温度差： tT = T T ′
有效传热温差：
传热温度差损失：
t = T t
tT t = t T ′ = t t
若沸点进料，忽略热损失时，
t0 = t
qm , w qm , v
ΦL = 0
qm ,v =
qm , w r ′ r0
r = ≈1 r′
生蒸汽的经济性（经济程度） 生蒸汽的经济性（经济程度）qmw/qmv * 蒸发操作重要经济指标之一，反映蒸发操作能耗的大小; * 实际由于沸点升高和热损失，单效蒸发 qmw/qmv ≈0.9 。
第7章%20蒸发
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第7章 蒸发
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例7-2 单效蒸发器设计型计算
采用真空蒸发将质量浓度为20%的NaOH水溶液在上例的蒸发器 中浓缩至50%，进料温度为60oC，加料量为1.5kg/s 。已知蒸发器的 传热系数为1560W/(m2.K) ，操作条件同上例，求加热蒸汽消耗量 及蒸发器的传热面积。
解：
W F1 w0 1.5 1 0.2 0.9kg / s
i
查：50oC 10% NaOH溶液， i0=170kJ/kg
90oC 30%NaOH溶液， i=350kJ/kg
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习题3 设计型问题
加热蒸汽绝对压：101.3+50=151.3kPa , 查；T0=111.1oC r0=2239.4kJ/kg
二次蒸汽的焓：I=Cw(t-t0)+rs=1.88(90-70.1)+2324.5=2362.1kJ/kg
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蒸发操作节能方法 （4）冷凝水的利用。
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Q D r0
U
:
kg m2
s
Dr0 FC 0 t t0 Wr Ql
DW
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并流流程
并流流程特点：1）料液在压强差的作用下自流到后一效；2）后效 操作压强低，蒸发温度低，系统的能量利用较为合理；3）末效溶 液浓度高、粘度大，故传热系数小。末效所需的传热面积应更大些。 42）020由/5/6于二次蒸汽温度的降低第，7章后蒸效发 的传热温度差有所减小。 17
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7.4 单效蒸发过程的计算 1、物料衡算
单效蒸发器工艺流程及原理
单效蒸发器工艺流程及原理Single-effect evaporation is a widely used industrial process in various fields such as food, pharmaceutical, and chemical industries. It is a process of separating a solvent from a solution by heating the solution to evaporate the solvent and then condense it back into a liquid. 单效蒸发是一种常见的工业过程，被广泛应用于食品、制药和化工等多个领域。
这是一种通过加热溶液使溶剂蒸发然后再凝结成液体的过程，实现对溶剂与溶液的分离。
The basic principle of single-effect evaporation is to utilize the difference in vapor pressure between the solvent and the solution. When the solution is heated, the solvent with a higher vapor pressure evaporates first, leaving behind the more concentrated solution. 单效蒸发的基本原理是利用溶剂和溶液之间的蒸汽压差。
当溶液被加热时，蒸汽压较高的溶剂首先蒸发，留下更为浓缩的溶液。
The process of single-effect evaporation involves several key steps including heating the solution, evaporating the solvent, separating the condensed vapor, and collecting the concentrated solution. During the heating stage, the solution is pumped into the evaporatorand heated to a temperature where the solvent begins to evaporate. 单效蒸发的过程包括加热溶液、蒸发溶剂、分离凝结蒸汽和收集浓缩溶液等多个关键步骤。
单效蒸发及其计算
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。
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。
单效蒸发及其计算
（三）由于管路阻力而引起的温度差损失Δ″
二次蒸气由分离器送至冷凝器要克服管道 中流动阻力，所以分离室内二次蒸气压强应略 高于冷凝器中规定的压强。相应的蒸气温度也 高于冷凝器中蒸气的温度，两者的差值称为由 于管路阻力引起的温度差损失Δ″，其值与蒸气 的流速、物性及管路特性有关，一般取经验值 1～1.5 ℃。
单效蒸发及其计算
解：（1）求Δ′ 取冷凝器绝压pk为15kPa，可查出15 kPa下水蒸气的饱和 温度T′为53.5℃。取因流动阻力而引起的温度差损失Δ 1 ℃，故二次蒸气温度T′=54.5 ℃。由附表查出二次蒸气其他参 数为：T″=54.5 ℃，p′=15.4 kPa ,汽化潜热r′=2367.6 kJ/kg。
单效蒸发及其计算
单效蒸发及其计算
二、 单效蒸发的计算
单效蒸发中要计算的内容有：（1）单位时间内由溶 液中整除的二次蒸气质量，称为蒸发量；（2）单位时间内 消耗的加热蒸气量；（3）所需的蒸发器传热面积S。
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一、单效蒸发的流程
如图13—1所示是一套典型的单效蒸发操作装置流程，左面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备蒸发器，它的下部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，将不可避免地要夹带一部分液体，为此，在蒸发器的上部设置了一个称为分离室2的分离空间，并在其出口处装有除沫装置，以便将夹带的液体分离开，蒸汽则进入冷凝器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。
蒸发操作可以在常压、加压或减压下进行，上述流程是采用减压蒸发操作的。
减压蒸发是指在低于大气压的条件下进行的蒸发，具有如下优点：
①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小；
②可以蒸发不耐高温的溶液；
③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂；
④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。
但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，
同时还要有减压装置，需配置如图中
所示的真空泵、缓冲罐、气液分离器等辅助设备，使基建费用和操作费用相应增加。
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。
二、单效蒸发的计算
虽然大多数工程采用多效蒸发操作，但多效蒸发计算较为复杂，可将多效蒸发视为若干个单效蒸发的组合。
对于单效蒸发，在给定生产任务确定了操作条件后，则可用物料衡算和热量衡算来计算溶剂的蒸发量以及加热蒸汽的消耗量。
下面以蒸发水溶液为例讨论有关计算的内容。
如图13—2所示在溶剂蒸发时，单位时间内从溶液中蒸发出来的水分量，可以通过物料衡算得出，在稳定连续的蒸发过程中，单位时间进入和离开蒸发器的溶质数量应相等。
即
Fxw1＝(F—W)XW2 (13—1)
式中F--单位时间内原料液的耗用量，kg／h；
W一一单位时间内蒸发出的水分量，kg／h；
XW1一一原料液的质量分数；
XW2——完成液的质量分数。
a由式(13—1)可求得水分蒸发量为
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