单效蒸发过程分析
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。
蒸发过程及其特点
第五章蒸发§5-1 概述一、蒸发过程及其特点蒸发：是指将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾使部分溶剂汽化并使溶液得到浓缩的过程。
蒸发的主要目的：①浓缩溶液；②制取或回收纯溶剂。
蒸发的特点：P186二、蒸发过程的分类P187（一）按加热方式：直接加热、间接加热（二）按操作压强：常压蒸发、真空蒸发、加压蒸发（三）按蒸发器的效数：单效蒸发、多效蒸发（四）按操作方式：间歇蒸发、连续蒸发一、单效蒸发流程单效蒸发流程见P188图5-1。
流程主要包括蒸发器和冷凝器。
蒸发器从下向上主要包括：加热室（可看成是间壁式换热器、要有足够的传热面积和较高的传热系数）、蒸发室（又称分离室，应有足够的分离空间和横截面积，以保证沸腾的气液两相充分分离）、除沫器（位于蒸发室顶部，用于除去二次蒸汽中夹带的液滴、雾沫）。
二次蒸汽进入冷凝器后，一般用冷却水冷凝，冷凝下来的水由冷凝器下部经水封排出，而不凝气则由冷凝器顶部排出。
二、单效蒸发过程的计算：略三、蒸发器的生产能力和生产强度：略多效蒸发的目的主要是通过二次蒸汽的再利用，以达到节约能耗的目的。
一、多效蒸发的操作流程并流加料的三效蒸发流程见P194图5-4。
按加热蒸汽的流向，一效蒸发器蒸出的二次蒸汽作为二效蒸发器的加热蒸汽，而二效蒸发器蒸出的二次蒸汽作为三效（即末效）的加热蒸汽，三效蒸发器蒸出的二次蒸汽则进入冷凝器，用冷却水直接冷凝后由水封排出。
由图可以看出，料液的流向与蒸汽的流向是相同的，故称为并流加料流程。
操作要点：①要保证各效过程沸腾，各效的加热蒸汽温度si t 应高于各效加热管内溶液的沸点温度i t ，即满足c s s s t t t t t t >>>>>32211，其中c t 表示冷凝器内压强为c p 时的饱和温度。
②各效分离室的操作压强i p 也必须依次降低，以保证料液沸点逐效降低，即c p p p p >>>321。
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 。
化工单元操作 蒸发
特点：循环速度大且可以调节，但动力消耗大； 适用范围：适于处理高黏度、易结垢或有结晶析出
的溶液。
2、非循环型蒸发器
共同点：传热效果好，加热时间短，适于热敏性材
料的蒸发。 （1）升膜式 传热及蒸发速度快，适用于处理大量稀溶液 或易起泡的蒸发。
（2）降膜式 特点：有利
于液膜的
维持和高 粘度液体
的蒸发。
D,T,hc
注：溶液的焓由实验测定，值随浓度和温度而变化。 当溶液的浓缩热不大时，可用平均比热容近似计算：
h1 c1t1 h0 c0 t 0 c0 cw 1 w0 cB w0 c
c1 cW 1 w1 cB w1
Fw0 Fw0 c1 cW 1 cB F W F W
（3）刮板式蒸发器
二、蒸发器的选用
膜式：适用于热敏性材料；
刮板型：适用于高粘度溶液；
循环型：常用液体的蒸发；
具体性能比较：见P200。
三、蒸发装置的附属设备
1、除沫器 （1）作用：气
液分离，防
止有用产品 的损失。 （2）型式：
2、冷凝器
（1）作用：使二次蒸汽冷凝。
（2）型式：混合式（凝液需回收）、间壁式（凝
费用高。
（3）外式
特点：
优点：便于清洗和更换，降低蒸发器的总高 度，循环速度快，传热系数大； 缺点：单位面积金属耗量大，热损失大；
（4）列文式
优点：循环速度加快，加 热管内不易结垢，增加
了传热推动力；
缺点：设备庞大，温差损 失大； 适用范围：适于处理易结 晶、结垢及粘度大的溶
液。
（5）强制循环型
例题：见P188。
（2）加热蒸汽消耗量的计算 对系统进行热量衡算，
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。
项目四 任务一单效蒸发.
所以沸腾液体的平均温度为 ：
t t ( p) '' '
在大多数教材中，液柱内部的平均压力取的是液面压力和液柱 底部压力的平均值，即
1 LG 2 1 ' ' t ( p Lg ) t ( p ) 5 pm p
2. 蒸发设备中的温度差损失
（3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失 ' ' '
二、 单效蒸发
1.单效蒸发的计算
对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条 件以后，通常需要计算以下的这些内容： ① 分的蒸发量； ② 热蒸汽消耗量； ③ 发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量 衡算方程和传热速率方程来解决。
1. 单效蒸发的计算
（1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程， 单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
一、 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可 知：在相同温度下，其蒸汽压纯溶剂的为低，因此，在相同的 压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温一定 时，蒸发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小，而溶液 的浓度越大，这种影响就越显著。 ② 节约能源 ③ 物料的工艺特性 本章的重点就是研究上述问题，同时还考虑从二次蒸汽 中分离夹带液沫的问题。
Fw0 ( F W )w
水分蒸发量： 完成液的浓度：
w0 W F (1 ) w
w Fw0 F W
1. 单效蒸发的计算
（2）热量衡算 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
DIs Fi0 ( F W )i WI Dis Q损 D( I s is ) F (i i0 ) W ( I i) Q损
蒸发器单效多效蒸发专业知识讲座
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7.1 概述
（3）加热蒸汽和二次蒸汽 蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而 蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。为了 区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸发出来的蒸汽称 之为二次蒸汽。
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7.1 概述
（1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品 或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态， 随后加以冷却，析出固体产物，即采 用蒸发，结晶的联合操作以获得固体 溶质。 ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。
is c*T0 i0c0t00c0t0 ic t0ct
代入前面的两式得： D ( I s i s ) F ( c t c 0 t 0 ) W ( I c ) Q t损
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（3）
D ( I s is ) F ( i i0 ) W ( I i) Q 损
（4）
式中 D ——加热蒸汽消耗量，kg/s；
t 0 ，t——加料液与完成液的温度，℃； i 0 ，i，i s ——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg；
I ，I s ——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。 式中热损失 Q 损 可视具体条件来取加热蒸汽放热量（Dr 0 ）的
w w Fw0
F W
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单效蒸发过程分析
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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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