化工原理 蒸发解析
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---蒸发分析
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第一节 概 述
一、基本概念
定义：
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。
利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特 性使两者实现分离。 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。
易结垢的溶液：蒸发器使用一段时间后，就会有污垢产生，垢层的 导热系数小，从而使传热速率下降。应选用便于清洗和溶液循环速度 大的增大器，如悬筐式、强制循环式、浸没燃烧式等。
溶液的处理量：溶液的处理量也是选型时应考虑的因素。处理量小的 ，选用尺寸较大的单效蒸发，处理量大的，选用尺寸适宜的多效蒸发 。
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（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 必须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射 泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。
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这类蒸发器操作的关键是设置良好的液体分布器，以保证溶液均 匀成膜和防止二次蒸汽从加热管顶部穿出。
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3 . 升－降膜式蒸发器
蒸发器由升膜管束和降膜管束组 合而成，蒸发器的底部封头内有 一隔板，将加热管束分成两部分。 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。
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一、蒸发水量
（蒸发器的物料衡算 ）
如图以蒸发器为衡算范围，取 1h为衡算基准，作物料衡算：
对溶质做物料衡算：
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
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。
《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
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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。
化工原理蒸发、结晶、冷冻浓缩
第五章蒸发、结晶、冷冻浓缩第一节蒸发一、蒸发的基本概念和理论（一）蒸发的目的蒸发式根据溶液中溶质与溶剂挥发性的差异，将溶液加热至沸腾状态，使其中的一部分溶剂发生汽化并被排除，以提高溶液中溶质浓度的操作。
由于固体溶质通常是不挥发的，所以蒸发也不是挥发性溶质与挥发性溶剂的分离过程，它是化工、医药、食品等生产中常用的一中操作单元。
（二）蒸发的基本过程蒸发过程主要由两部分组成：（1）加热料液，使溶剂汽化；（2）除去二次蒸汽。
通常情况下，前者在蒸发器中进行，后者在冷凝器中进行。
（三）蒸发操作的必要条件蒸发操作主要由加热和分离两部分组成。
因此，要使蒸发操作得以顺利进行，必须同时满足两个必要条件：（1）有源源不断的热能供应；（2）及时排除二次蒸汽。
（四）蒸发过程的特点（1）传热性质（2）溶液性质（五）蒸发过程的分类1.按操作压强分类：常压蒸发、真空蒸发、加压蒸发、2.按蒸发器的效数分类：单效蒸发、多效蒸发、3.操作方式分类：间歇蒸发、连续蒸发二、蒸发装置及其选型蒸发器是蒸发装置中的主体设备，其型式有多种，大致可分为循环型和非循环型（单程型）两大类。
（一）循环型蒸发1.中央循环管式蒸发2.悬筐式蒸发器3.外加热式蒸发器4.列文式蒸发器5.强制循环蒸发器（二）循环型（单程型）蒸发器1.升膜式蒸发器2.降膜式蒸发器3.刮板式蒸发器（三）蒸发装置的附属设备1.除沫器2.冷凝器（四）蒸发器的选用三、单效蒸发（一）单效蒸发流程（二）单效蒸发计算1.水分蒸发量的计算设溶质在蒸发过程中不挥发，故进出口溶液中的溶质质量不变。
对蒸发器作溶质的物料衡算，可得()1x W F Fx D -= 水分蒸发量⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=101x x F W 完成液中溶质的质量分数DF Fx x -=0 式中 F —原料液量，kg/h 0x —原料液中溶质的质量分数1x —完成液中溶质的质量分数W —水分蒸发量，kg/h2.加热蒸汽消耗量的计算对图5—12系统作热量衡算，可得()L c s Q h W F W h Dh Fh Dh +-++=+1'0式中 s h —加热蒸汽的焓，kJ/h'h —二次蒸汽的焓，kJ/hc h —冷凝水的焓，kJ/h1h —完成液的焓，kJ/h0h —原料液的焓，kJ/hD —加热蒸汽消耗量，kg/hL Q —蒸发器的热损失，kJ/h由上式可得加热蒸汽消耗量为 ()cs L h h Q Fh h W F Wh D -+--+=01' 定义e WD =，称为单位蒸汽消耗量，即每汽化1kg 水所需要消耗的加热蒸汽量。
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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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；
溶液沸点 ＞相同压力下水沸点 b）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升；
即：液柱静压头引起沸点升高
说明：
加热蒸汽 （生蒸汽）
辅助装置
二次蒸汽 除沫器 分离室
加热室
冷凝水
完成液 单效蒸发器
不凝性气体 冷却水 冷凝器
水
二、蒸发器类型
连续式、间歇式
常压式、减压式、加压式
间壁式蒸发器：*
循
环
中央循环管式
式自 强然 制循 循环 环式 式悬外：框热式式
------
特点：溶液在蒸发器中作良 好的循环流动，以提高传热 效果、缓和溶液结垢情况。
（4）升、降膜式蒸发器
升降膜式蒸发器将升膜和 降膜蒸发器装在了一起，料液 先经升膜蒸发器上升，然后由 降膜蒸发器下降。
适用于：蒸发过程中溶液 黏度变化很大、蒸发量不大场 合。
三、蒸发器选型 P308~309
升膜加 热室
预热室
降膜加 热室
5.3 单效蒸发 有推效动传力热=T温生差－=t溶T液生。－t溶液。
★生 蒸 汽：饱和水蒸气（加热剂）。 ★二次蒸汽：从溶液中蒸出的蒸汽。 ★单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，不再利用其冷凝热的操作。 ★多效蒸发：将二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽，以利用
其冷凝热的操作。
3、蒸发操作的类型：
（1）连续式、间歇式。 （2）加压、常压、减压。 一般减压：优点：①有利于处理热敏性物质；②推动力大。
强制循环型
2、单程型（膜式）
（1）升膜式蒸发器
料液在加热管内受热汽化， 生成的蒸汽在加热管内高速上升 （常压下汽速为20～50m/s，减 压 下 汽 速 可 达 100 至 160m/s 或 更 大些）。溶液被上升的蒸汽所带 动，沿管壁成膜状上升并继续蒸 发，汽、液混合物在分离器内分 离。
加热管直径约 为25～50mm， 管长 ------ 特点：①溶液在蒸发器中只
单
程
式
（
膜
式
）
降膜式蒸发器 刮板式蒸发器
升-降膜式蒸发器
通过加热室一次，不作循环 流动，停留时间短，适宜热 敏性物质。
②溶液通过加热室时，
在管壁上呈膜状流动，该流
直接接触式蒸发器：浸没燃烧蒸发器 动传热效果最佳，故习惯上
又称为液膜式蒸发器。
1、循环型
第五章 蒸 发
5.1 概述 5.2 蒸发设备 5.3 单效蒸发 5.4 多效蒸发
5.1 概述
1、什么是蒸发？
将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂加热沸腾汽化、 并移出汽化蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。
2、本质与特点： 推动力=T生－t溶液。
间壁式换热器两侧均有相变(蒸汽冷凝和液体沸腾)的传热 过程。溶剂的汽化速率由传热速率控制。
缺点：①µ↑K↓；②设备投资大。 （3）间壁式、直接接触式。
4、蒸发操作的用途：
（1）获得浓缩的溶液（烧碱溶液等） （2）制取纯溶剂 （3）同时制取浓溶液和纯溶剂 （4）结晶操作的前一步骤（三大民生产业：制盐、制糖和制碱）
5.2 蒸发设备
一、主要构造
蒸发器(加热室,分离室)
除沫器
料液
冷凝器 真空装置
150
分离器
升膜式蒸发器
优点：
❖溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特 别适用于热敏性物料的蒸发；
❖整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完 成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
❖由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大。
缺点：
对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适 当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。
适用场合：
适用于黏度较小的（小于0.05Pa·s）、蒸发量较大、易受热分解的热 敏性溶液者；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。
（2）降膜式蒸发器
料液是从蒸发器的顶 部加入，在重力作用下沿 管壁成膜状下降，并在此 过程中蒸发增浓，在其底 部得到浓缩液。
降膜式蒸发器可以蒸 发浓度较高、粘度较大（ 0.05～0.45 Pa·s）、蒸发 量较小、热敏性的物料。 但因液膜在管内分布不易 均匀，传热系数比升膜式 蒸发器的较小，仍不适用 易结晶或易结垢的物料。
（3）刮板式蒸发器
适用于黏度较大（大于1～10Pa·s及以上者）。 简称薄膜蒸发器，是一种利用外加动
力成膜的单程型蒸发器。
优点：热阻影响小，传热系数大，停留 时间短，一般为数秒或几十秒，故可适应 于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、 结垢、含固体、热敏性的物料。
缺点：结构复杂，动力消耗大，处理量 刮板 很小且制造安装要求高。
★如果采用蒸发器中的二次蒸气饱和温度 T ， 则溶液的沸点：
t T '''
' 溶液蒸汽压降低引起的沸点升高
'' 液柱静压头引起的沸点升高
★如果采用冷凝器中的二次蒸气温度T'' ，则：
t T''''''''