最新化工原理蒸发
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
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。
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。
蒸发化工原理及应用
蒸发化工原理及应用蒸发是一种将液体转变为气体的过程，涉及到物质的能量转移和相变。
它在化工工业中有着广泛的应用，包括蒸馏、浓缩、脱水和结晶等。
本文将详细介绍蒸发的化工原理及应用。
首先，我们来了解蒸发的化工原理。
蒸发是通过加热液体使其沸腾，从而使液体内部的分子获得足够的能量，克服表面张力和大气压强的作用，从液态转变为气态。
在液体表面形成气泡，液态分子脱离液体进入气相，这个过程被称为沸腾。
蒸发是沸腾过程的一种特殊形式，其液态分子在不沸腾的情况下，通过表面散射进入气相。
蒸发涉及到能量的转移，其过程中液态分子吸收热量从而增加其能量。
这里的热量可以以多种方式提供，常见的有电加热、直接火燃烧、蒸汽加热等。
蒸发是一个自发的过程，具有热力学上的驱动力。
液体中高能量的分子有机会逃逸到气相中，从而降低液体的内能，使其更加稳定。
同时，蒸发的速度与温度和压力有关，温度越高、压力越低，液体分子的能量越大，蒸发速度越快。
蒸发过程中往往伴随着质量转移，因此蒸发被广泛应用于化工工业中的各个领域。
以下是一些常见的蒸发应用：1. 蒸馏：蒸馏是一种将混合物中两种或多种不同挥发性的成分分离的方法。
通过加热混合物，使其其中的一种或几种组分蒸发，然后通过冷凝收集产生的蒸汽，从而得到纯净的组分。
常见的蒸馏设备有精馏塔和托普科夫塔等。
2. 浓缩：浓缩是一种将溶液中的溶质浓缩的方法。
通过加热溶液，使溶剂蒸发，从而使溶质在体积减少的过程中浓缩。
浓缩可以用于生产浓缩果汁、浓缩奶等各种食品和饮料。
3. 脱水：脱水是将液体中的水分子去除的过程。
在食品和化工行业中，脱水可以使产品更加稳定和经济。
常见的脱水方法有真空脱水和气体吹脱水。
4. 结晶：结晶是一种通过蒸发溶液中溶质浓度超过其饱和度而使溶质结晶出来的方法。
通过加热溶液蒸发其中的溶剂，使溶质浓度超过饱和度，使溶质结晶沉淀。
结晶是制备无机盐、有机化合物等纯品的重要方法。
除了以上几个应用，蒸发在许多其他领域也有广泛的应用，例如海水淡化、污水处理、腐蚀防护等。
《化工原理》第7章 蒸发
3.2 蒸发设备的生产强度
生产强度 U W
A
U Q 1 Kt Ar r
1．提高Δt
单位传热面的蒸发量
T的提高，低压锅炉p≤0.7MPa(表)
t的降低与真空泵、冷却水温、流量有关
2．提高K ①提高流动速度
自然对流→强制对流 扩大管内沸腾环状流动区
②降低单程汽化率,减少结垢
局部浓度过高造成结垢
①效数在经济上的限制
第七章 蒸发
1 概述 蒸发：含有不挥发性溶质的溶液，受热使部分
溶剂汽化为蒸汽的操作 蒸发与传热
工业背景 氯碱工业：蒸发制碱 制糖工业：糖液的浓缩 制盐及海水淡化
基本原理：溶剂挥发，溶质不挥发
蒸发操作特点： 1．溶质在加热面上析出，形成垢层，热阻变大； 2．物性对蒸发器的结构的特殊要求； 3．大量耗热，节能重要 加热蒸汽与二次蒸汽的温差用于两部分： 1．传热推动力； 2．溶液的沸点升高
设备费用超过成倍增长，
操作费不按效数比例下降
效数
单效 二效 三效
W/D经验值 0.91 1.75 2.5
②效数在技术上的限制
总推动力须 (T t0 ) >0
如：NaOH水溶液
W0=10%→w1=14% ∆1=8℃,
→w2=23%→w3=50% ∆2=13℃, ∆1=40℃,
T-t0须>61℃
四效 3.33
求：蒸发器传热面积、蒸汽用量、生产强度、蒸 汽的经济性
解：F=3600kg/h=1kg/s, w0=0.2, w=0.5, t0=81.2℃, i0=60kJ/kg, t0=20℃, r0=2140kJ/kg, T=143.4℃, K=1100W/m2K, L=2.5m, ρ=1500kg/m3
化工原理-蒸发
循环型蒸发器
列文式蒸发器
加热室上增设沸腾室， 溶液的沸腾传热有加热 室转移到沸腾室.
过 程 原
优点：避免加热管表面 结晶和结垢，适于粘度
理 大的溶液，传热系数大
与 装
缺点：液柱静压头引起
备 的温差损失大。
31
单程型蒸发器
升
膜
式
蒸
过 程 原
发 器
理
与
装
备
降 膜 式 蒸 发 器
33
单程型蒸发器
E1 E2
W1
W2
则 W1=D W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
过 程
W3=W2-E2=D-E1-E2
原 水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
理 与
D W 2 E1 1 E2
装
33 3
备 推广至n效： D W n 1 E1 n 2 E2 1 En 1
5
单效蒸发 物料衡算
水分蒸发量W
总物料衡算： F = L ＋W
过 溶质不变： F x0 Lx F W x
程
原 理
水分蒸发量：
W
F
1
x0 x
与
装 备
完成液浓度：
x F x0 F W
F x0 t0 h0 c0
D, Ts , Hs
W, T, H
蒸发室
加 热 L , x, 室 t , c, h
D, Ts, hs
装
备
35
单程型蒸发器 刮板式冷凝器
过 程 原 理 与 装 备
36
浸没燃烧式蒸发器
过 程 原 理 与 装 备
37
除沫器、冷凝器和真空装置 除沫器
化工原理蒸发
不同类型的蒸发器，各有特点，对溶液的适应性 也不相同，见P302表5-1。
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5.2 单效蒸发
5.2.1 溶液的沸点和温度差损失 1.溶液的沸点
含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下纯 水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点高于纯 水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的 传热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称 为温度差损失，而且溶液浓度越高，温度差损失 越大
tW
tW′
纯水沸点，℃
线即可求得该溶液在其它压
强下的沸点。
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求解方法有两种：
总的温度差损失为三项之和，即Δ=Δ’ +Δ’’
+20Δ24’/10/’10 ’
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1).因溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失Δ′
设tA为仅考虑因溶质存在时引起蒸汽压下降时溶液 的沸点，则Δ′=tA-T′。Δ值的大小与溶液的种类、 浓度以及操作压强有关，通常采用两种方法计算：
(1).经验估算法(吉辛科法) 对常压下由于蒸汽压下降而引起的沸点升高Δa′进 行修正用于操作压强下的温度差损失。
冷凝水
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完成液
水
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蒸发操作时，溶液由分离室底 部加入，沿中央循环管流向加
1.加热室 2.加热管 3.中央循环管 4.分离室 5.除沫器
不凝性气体
热室，在加热室垂直管束内通 过时与饱和蒸汽间接换热，被 加热至沸腾状态，汽液混合物
6.冷凝器 二次蒸汽
冷却水
沿加热管上升，达到分离室时
蒸汽与溶液分离。为与加热蒸 汽相区别，产生的蒸汽称为二 料液
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溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液， 其蒸汽压较同温度下纯水的低，即在相同的压强 下，溶液的沸点高于纯水的沸点，所以当加热蒸 汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水 的温度差，两者之差称为温度差损失，而且溶液 浓度越高，温度差损失越大
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D/W=1280/1333=0.96 由以上计算可知，原料液的温度越高，蒸发1kg水所消耗的加 热蒸汽量越少. （3）A=Q/{K(Ts-t1)}=DR/{K(Ts-t1)}
化工原理蒸发
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。
生产强度—评价性能 U kg/m2.h Ts t→ Δtm 但受限制
UWQKtm A Ar r
K↑ Δtm↑→U↑
α2 → K, 不凝性气体排出， 增大u，清除垢层等可增K。
焓--浓图
焓
一组温度线
杜林规则图
溶
液
质量浓度线
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 Δˊ 沸点计算法 杜林规则图
则 DFhh0WHhQ l
Hshs
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
C0 = C*(1 – x0) + CBx0 C = C*(1 – x) + CBx
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
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)
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 FC tC 0tH 0s W C T H sC tQ l
∵ Hs – C*Ts = R H – Ct ≈ r (H – C*T= r 若C ≈ C*)
DFCtC0t0WrQl
200kpa 沸点Ts =120.2℃ t1 =80℃ 30℃ A=[158822051000]/[36001500(120.2-80)]=16m2 80℃ A=[141722051000]/[36001500(120.2-80)]=14.4 m2 120℃ A=[128022051000]/[36001500(120.2-80)]=13 m2
压强为40kpa, 200kpa饱和蒸汽的汽化潜热分别为2312和2205kJ/kg
料液温度为30℃时的蒸汽消耗量：
D=[20003.77(80-30)+13332312+120003.6]/2205=1588kg/h
单位蒸汽消耗量 D/W=1588/1333=1.19
料液温度为80℃时，则D=(1333 2312+120003.6)/2205=1417kg/h
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
WF1x0x,or,xFF xW 0
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
D(Hs – hs) + Fh0 = (F – W)h + WH + Q l
AD KH Tss htsKD TsRt
1
K
11Rs1bdd1mRs2
d1 d2
d2d12
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)，
四 焓浓图
热效应—稀释热（浓缩热）, 焓浓图 P293 图6-12
纵坐标—焓,
横坐标—溶液浓度, 曲线---等温线
DF(hh0)W (Hh)Q l Hshs
其中h ,h0查图
五 蒸发器的生产能力与生产强度 P299
生产能力 W kg/h Q A
Q K A tm K A T s t W r
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
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
Q A
K tm
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 Δtm = Δt = Ts – t沸点