化工原理第5章 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。
化工原理上第5章5 蒸发
效数选择：
生蒸汽经济性随效数提高幅度减小，而设备费用始终 正比于效数。 选取原则：设备费用和操作费用总和最小，
通常选取2-3效。
5.4.4 提高加热蒸汽经济性的措施
(1) 额外蒸汽的引出 (2) 冷凝水的闪蒸 (3) 多效变级闪蒸 (4) 热泵蒸发
(1) 额外蒸汽的引出
在多效蒸发中，可在前几效引出部分二次蒸气，称为额外蒸气,作为 其它加热设备的热源。引出额外蒸气时，生蒸气的消耗量增加，但 所增加的生蒸气量小于引出的额外蒸气总量，从总体来看，生蒸气 的经济性提高了.
(2) 蒸发器的传热面积计算和有效温差分配
各效有：
Ai
Qi K i ti
t1
: t2
: t3
Q1 K1 A1
:
Q2 K2 A2
:
Q3 K3 A3
一般取： A1 A2 A.3 ...An
得：
t1
:
t2
:
t3
Q1 K1
:
Q2 K2
: Q3 K3
t1
Q1
/ K1 Qi
已知： F, x0 , t0 , x, p, p
求： W，D，A （ 以平流流程为例）
(1) 物料衡算和热量衡算
1) 物料衡算
W
n
Wi
总溶质：
Fx0
i 1
(F
W )xn
W
F (1
x0
)
xn
任一效溶质：Fx0 (F W1...Wi )xi
xi
(F
Fx0 W1...Wi )
蒸发室
加热室
完成液 Fq-mW0,-xqmw,w, t,tc,,ch,,h
化工原理习题解答(第二版)(祁存谦)习题解
祁存谦丁楠吕树申《化工原理》习题解答第1章流体流动第2章流体输送第3章沉降过滤第4章传热第5章蒸发第6章蒸馏第7章吸收第9章干燥第8章萃取第10章流态化广州中山大学化工学院（510275）2008/09/28第1章 流体流动1-1．容器A 中气体的表压力为60kPa ，容器B 中的气体的真空度为Pa 102.14⨯。
试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa 。
该处环境大气压等于标准大气压。
（答：A,160kPa ；B,88kPa ）解：取标准大气压为kPa 100，所以得到：kPa 16010060=+=A P ；kPa 8812100=-=B P 。
1-2．某设备进、出口的表压分别为 12kPa -和157kPa ，当地大气压为101.3kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。
(答：169kPa -) 解：kPa 16915712-=--=-=∆出进P P P 。
1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa （表压）。
问水封管插入液面下的深度h 最小应为若干？ （答：m 02.1）解：m 02.18.910101033=⨯⨯=∆=g P H ρ习题1-3 附图1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm 5.33⨯φ外管为mm 5.3mm 60⨯φ。
内管流过密度为3m 1150kg -⋅，流量为1h 5000kg -⋅的冷冻盐水。
管隙间流着压力（绝压）为MPa 5.0，平均温度为C 00，流量为1h 160kg -⋅的气体。
标准状态下气体密度为3m 1.2kg -⋅，试求气体和液体的流速分别为若干1s m -⋅？（ 答：1L s m11.2U -⋅=；1g s 5.69m U -⋅= ）习题1-4 附图解：mm 27225.35.33=⨯-=内d ，m m 5325.360=⨯-=外d ；对液体：122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π，13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。
夏清主编的《化工原理》(第2版)上册-配套题库-课后习题-第5章 蒸 发【圣才出品】
圣才电子书
溶液的稀释热效应。
十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
解：需要蒸发的水量
由蒸发室真空度为 80kPa，且当地大气压为 100kPa，则绝对压强为 20kPa，查得 T＇＝59.7℃，r＇＝2356kJ/kg。
因为原料沸点进料，所以原料液的传热速率
又由题意知温差损失 18℃，则溶液沸点为
则由总传热速率方程得
故
查得 109.5℃时的加热蒸汽的压强为 143kPa。
6．在双效并流蒸发设备中，每小时蒸发 1000kg 的 10％某种水溶液。第一效完成液 的组成为 15％，第二效的为 30％。两效中溶液的沸点分别为 108℃和 95℃。试求溶液自 第一效进入第二效时因温度降低而自蒸发的水量及自蒸发量占第二效中总蒸发量的百分数。
解：第一效蒸发的水量
在第二效操作下，
5/8
圣才电Байду номын сангаас书
十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
自蒸发水量
两效共蒸发水分
则第二效蒸发的水量
自蒸发水分占第二效蒸发百分数为
1．并流加料的多效蒸发装置中，一般各效的总传热系数逐效减小，而蒸发量却逐效 略有增加，试分析原因。
解：因为操作中溶液沸点上升，溶液粘度加大易析出固体晶体，同时由于后效溶液的 组成较前效高、且温度较低，所以传热系数随溶液流动方向的组成提高而逐渐下降。由于 后效溶液的沸点较前效低，故前效溶液进入后效时，会因过热而自动蒸发，因而可多产生 一部分二次蒸汽。
液温度为 40℃。分离室的真空度为 60kPa，加热蒸汽表压为 30kPa，蒸发器的总传热系
数为 2000W/（m2·℃），热损失很小可以略去不计。试求蒸发器的传热面积及加热蒸汽消
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。
化工原理-蒸发
蒸发蒸发操作的特点：蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩得到浓溶液的过程。
1.1 蒸发的基本流程：蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不断除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
蒸发器实质上是一个换热器，由加热室和分离室两部分组成，加热室通常用饱和水蒸气加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离室分离后从蒸发器引出，为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器顶部设有气液分离用的除沫装置从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，在多效蒸发中，二次蒸汽用于下一效的物料加热。
冷却水从冷凝器顶加入，与上升的蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，不凝气体从顶部排出。
通常不凝气体来源有两个方面，料液中溶解的空气和系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。
料液在蒸发器中蒸浓达到要求后称为完成液，从蒸发器底部放出，是蒸发操作的产品。
1.1.2 蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。
常压蒸发和减压蒸发据操作压力不同，蒸发过程可以分为常压蒸发和减压蒸发，常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压力从冷凝器排出。
减压蒸发冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统中的不凝气需用真空泵抽出。
减压蒸发较常压蒸发具有如下优点：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。
单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程分为单效蒸发和多效蒸发。
单效蒸发中加热蒸汽在冷凝器中用水冷却排出。
多效蒸发中，第一个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推，串联蒸发器的个数称为效数。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（二）按操作压强 1．常压蒸发：蒸发器加热室溶液侧的操作压强略高于大
气压强，此时系统中不凝气体依靠其本身的压强排出。 2．真空蒸发：溶液侧的操作压强低于大气压强，要依靠
真空泵抽出不凝气体并维持系统的真空度。其目的是为了降低 溶液的沸点和有效利用热源。与常压蒸发相比，真空蒸发可以 使用低压蒸汽或废热蒸汽作热源；减小系统的热损失，有利于 处理热敏热性物料，在相同热源温度装置下可提高温度差。但 溶液沸点的降低会使其粘度增大，沸腾时传热系数将降低；且 系统需用真空装置，因而会增加一些额外的能量消耗和设备。
（四）按操作方式 1．间歇蒸发：它又可分为一次进料、一次出料和连续进
料、一次出料两种方式。排出的蒸浓液通常称为完成液。在整 个操作过程中，蒸发器内的溶液浓度和沸点均随时间而变化， 因此传热的温度差、传热系数等各参数均随时间而变，达到一 定溶液浓度后将完成液排出。
2．连续蒸发：连续进料、完成液连续排出。一般大规模 生产中多采用续蒸发。
（三）按蒸发器的效数 工业生产中被蒸发的物料多为水溶液，且常用饱和水蒸汽
为热源通过间壁加热。热源蒸 汽习惯上称为生蒸汽，而从蒸发器汽化生成的水蒸汽称为二次 蒸汽。
1．单效蒸发：蒸发装置中只有一个蒸发器，蒸发时生成 的二次蒸汽直接进入冷凝器而不再次利用，称为单效蒸发。
2．多效蒸发：将几个蒸发器串联操作，使蒸汽的热能得 到多次利用。通常它是将前一个蒸发器产生的二次蒸汽作为后 一个蒸发器的加热蒸汽，蒸发器串联的个数称为效数，最后一 个蒸发器产生的二次蒸汽进入冷凝器被冷凝，这样的蒸发过程 称为多效蒸发。
3.单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操 作。
4.多效蒸发：将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，作 为加热蒸汽以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效 蒸发。 。
5.生产能力：单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量。 6.生产强度：单位传热面积的蒸发量，即单位时间、单位传
热面积蒸发的水份量 [ k g ] h ?m 2
2.要不断地供给热能合溶液沸腾汽化。由于溶质的存在， 使蒸发过程中溶液的沸点温度高于纯溶剂的沸点。（本书中的 纯溶剂指纯水）
3.溶剂汽化后要及时地排除。否则，溶液上方蒸气压力增 大后，影响溶剂的汽化。若蒸气与溶液达到平衡状态时，蒸发 操作将无法进行。
三、几个基本概念：
1.生蒸汽：即新鲜加热蒸汽。
2.二次蒸汽：蒸出的蒸汽。
四、蒸发操作的特点
1.有相变化的恒温传热 蒸发器的加热管壁一侧为用加热蒸汽去加热管子另一侧的 溶液，因此加热蒸汽会放出热量，冷凝为液相；而管子另一侧 的溶液会吸收热量沸腾，从而由液相变为气相。所以操作时两 者均有相转变，但温度不变，故蒸发操作属于有相变化的恒温 传热。 2.溶液沸点升高 含有不挥发溶质水溶液的蒸气较同条件下纯溶剂（本书中 为纯水，以后不再说明）的低，故沸点较同条件下水的沸点 高，溶液浓度越高这种现象越严重。
三、分类
（一）按加热方式 1．直接加热：例如通过喷射嘴将燃料燃烧后的高温
火焰或热烟道气直接喷入被蒸发的溶液中，使溶剂汽化。 这类直接接触式蒸发器的传热速率高，但应用范围受到被 蒸发物料和蒸发要求的限制。不属于本章讨论范围。
2．间接加热：热量通过间壁式换热设备传给被蒸发 溶液而使溶剂汽化。一般工业蒸发过程多属此类。
第五章
蒸发
第1节 概述
定义：工程上把采用加热方法，将含有不挥发性溶质（通 常为固体）的溶液在沸腾状态下，使其浓缩的单元操作称为蒸 发。即溶液浓缩过程。
特点： 被蒸发的溶液是由不挥发的溶质（多为固体）与可 挥发的溶剂组成，所以蒸发操作实际上是不挥发溶质与挥发性 溶剂相分离的过程。
进行蒸发操作的设备称为蒸发器。 化工厂中、制药过程中多以蒸发水溶液为主，故本章只讨 论水溶液的蒸发。 蒸发操作广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领域。
一、其主要目的有以下几个方面：
1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶） 制取固体产品。
2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩 脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等；
3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。
二、蒸发操作必须具备的条件
1.蒸发操作所处理的溶液具有挥发性，而溶质不具有挥 发性。
单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
Fw0 ? (F ? W)w
水分蒸发量： W ? F (1? w0 )
第2节 单效蒸发及其计算
7.2.1 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 水分的蒸发量； ② 加热蒸汽消耗量； ③蒸发器的传热面积。 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。
一、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，
综上所述，蒸发操作和蒸发器有别于一般的传热操作和换 热器。
蒸发的流程
图为单效蒸发流程示意图。蒸发装置包括蒸发器和冷凝器 （如用真空蒸发，在冷凝器后应接真空泵）。以蒸发器内用加 热蒸气（一般为饱和水蒸气）将水溶液加热，使水沸腾汽化。 蒸发室下部为加热室，相当于一个间壁式换热器（通常为列管 式），应保证足够的传热面积和较高的传热系数。上部为蒸发 室，沸腾的汽液两相在蒸发室中分离，因此也称为分离室，应 有足够的分离空间和横截面积。在蒸发室顶部设有除沫装置以 除于二次蒸汽中夹带的液滴。二次蒸汽进入冷凝器用冷却水冷 凝，冷凝水由冷凝器顶部排出。不凝气体的来源有系统中原存 的空气、进料液中溶解的气体或在减压操作时漏入的空气。
3.物料的工艺特性 待蒸发溶液本身巨有许多特性，例如蒸发过程中容易产生 泡沫；易在管壁上结垢；操作时浓度逐渐加大，致使溶液的性 质不断地改变，例如粘度加大，且浓度达到一定高度时有些溶 液还会有晶体析出；热敏性溶液有时要分解或聚合。 4.热能的利用 蒸发操作耗费大量的生蒸汽，同时又产生大量的冷凝水和 二次蒸汽。蒸发操作中除要考虑节约生蒸汽的用量外，还应将 冷凝水的显热和蒸汽的汽化热加以利用。节能与利用废热能是 与蒸发操作密切相关的经济问题。