蒸发的概念
汽化和液化的概念
汽化和液化的概念
汽化和液化是物质从一种物态转变为另一种物态的过程。
汽化是指物质从液态转变为气态的过程。
当物质的温度达到其沸点时，其分子之间的相互作用力被克服，分子能够克服表面张力逃离液体表面并进入气体相，形成蒸气。
汽化分为沸腾和蒸发两种方式。
沸腾是在液体内部产生气泡并迅速升到液体表面，并且整个液体都处于沸腾状态。
蒸发是指在液体表面，部分液体分子获得足够的能量克服表面张力独立于液体形成气体。
液化是指物质从气态转变为液态的过程。
当物质的温度降低到其沸点以下，其分子之间的相互作用力能够克服气体分子的热运动而聚集在一起，形成液体。
液化是由于降低温度的同时增加压力，使得分子更加接近、相互作用力加强而导致的。
汽化和液化是物质在不同温度和压力条件下，由于分子间相互作用力的变化引起的物态转变。
[工学]食品工程原理06蒸发
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料液
2. 强制循环式蒸发器
5
二次蒸气
4
优点：适用于粘度大、易
1-加热室 2-循环泵
结晶、易结垢物料
加热 蒸气 3 1 完成液
3-循环管 4-蒸发室
5-除沫器
的蒸发循环速度大
小可调节，传热系 数较大。 缺点：动力消耗大。
2
（二）非循环型蒸发器（单程蒸发器）
1. 单程型蒸发器的特点 1
应用：
适于处理蒸发量大的稀溶液以及热敏性 或易生泡的溶液；不适于处理高粘度、 有结晶析出或易结垢的溶液。
3. 降膜式蒸发器
结构：
其加热室与升膜式蒸发器类似。
原理：
原料液由加热室顶部加入，经管端的液体 分布器均匀地流入加热管内，在溶液自身 重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流， 并进行蒸发。
要求：
为了使溶液能在壁上均匀分布，且防止二 次蒸气由加热管顶端直接窜出，加热管顶 部必须设置加工良好的液体分布器。
（2）加热蒸气消耗量（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，有：
FhF SHS VHV Shs Php
式中：S —— 加热蒸汽消耗量，kg/s； hF，hP，hs — 加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg HV，Hs—— 二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg。
单效蒸发
二次蒸气不加利用而直接送到冷 凝器进行冷凝的蒸发操作。
将蒸发器产生的二次蒸气通到另外一
多效蒸发
个蒸发器作为加热蒸气，以便提高加 热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串
联蒸发操作称为多效蒸发。
蒸发的目的
除去液态食品中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。 提高制品浓度，获得浓缩的溶液直接作为产品或半成品。 使溶液达到适合于结晶操作的状态（饱和或过饱和浓度， 便于结晶操作。
第5章_蒸发
图5-6 降膜蒸发器的降膜分布器
在工业上还常把以上两种蒸 发器联合使用，如升-降膜式 蒸发器。其结构如图5-7所 示，蒸发器底部封头内装置 一块隔板，将加热管束分为 两部分，形成类似于双管程 换热器的结构。原料液经预 热达到沸点或接近沸点后引 入升膜加热管束２的底部， 液体沿管壁向上呈膜状流动， 汽、液混合物由顶部流入降 膜加热管束３，液体又呈膜 状沿管壁向下流动，最后汽、 液混合物进入分离室４进行 分离。
2.加热蒸汽的消耗量
原料液的 溶液的 比热 沸点温 o 蒸发器 蒸发操作中，加热蒸汽的消耗量可通过热量衡算来 kJ/kg·C oC 度 溶液的 的热损 确定。现对图 5-11 所示的单效蒸发器作热量衡算。 进料量 失kJ/h kg/h Wr Fc t t Q
得
D
第五章
蒸发
5.1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。
（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。
化工原理上册课件第六章-蒸发课件
蒸发器的选型原则
①对物料的工艺特性有良好的适应性，如热敏 性、腐蚀性、结晶、结垢、黏性、发泡性等。 其中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。 常用蒸发器的主要性能和适用场合列于表6-3中
Dr W (H cW t1) Fc0 (t1 t0 ) QL
加热 蒸汽 供热
下使汽水化在成t1 二次蒸汽
将原料液 由至t沸0升点温t1
热损 失
42
二．热量衡算
近似取 H cW t1 r ' 水在t1℃的汽化热
则有
D Wr Fc0 (t1 t0 ) QL r
若原料液在沸点下加入蒸发器并忽略热损失，则
1．溶质存在引起的沸点升高Δ′
' tB T '
溶液的 沸点
与溶液压力 相等时水的
沸点
50
二．溶液沸点升高的计算
溶液沸点： 与操作压力、溶液种类及其组成有关。
获取
查手册——附录中 估算——杜林规则（Duhring’s rule）
51
二．溶液沸点升高的计算
杜林规则（Duhring’s rule）
二．热量衡算
加热蒸汽消耗量
D WH ' (F W )h1 Fh0 QL r
蒸发器的热负荷
加热蒸汽的 冷凝潜热
Q Dr WH ' (F W )h1 Fh0 QL
39
二．热量衡算
2. 可忽略溶液稀释热的情况 大多数溶液在溶质含量不太高时，其稀释热
不显著常可忽略。对于这类溶液，其焓值可由比 热容近似计算。以0℃的溶液为基准，则
34
挥发的基础概念
挥发的基础概念挥发是一种物质从液体或固体状态转变为气体状态的过程。
在这个过程中，物质的分子从紧密排列的状态转变为分散自由移动的状态。
这种转变通常需要克服吸引力力量，使分子能够克服固体或液体之间的相互作用，进而进入气体相。
因此，挥发是一种热力学过程，取决于温度、压力和物质本身的性质。
挥发的基础概念有以下几点：1. 气体化：挥发是液体或固体物质的气体化过程。
当物质从液体或固体状态变为气体状态时，它的分子会脱离原来的排列，以较高速度在空间中自由移动。
这种过程涉及到分子间的相互作用力的克服和分子能量的增加。
2. 蒸发：蒸发是指在较低温度下，物质仅发生在液体表面的挥发过程。
在液体表面，分子可以因为热运动获得足够的能量，克服液体相内的吸引力，从而进入气体相。
液体表面越宽广，蒸发越容易发生。
3. 沸腾：沸腾是指当液体被加热到一定温度时，整个液体体积内发生大量气泡的挥发过程。
在沸腾中，液体内部的各个部分都产生气泡，并逐渐从液体内部升上液体表面。
这是因为在沸腾过程中液体内部足够热，分子能够克服相互作用力，进入气体相。
4. 挥发性：挥发性是指物质易挥发的程度。
一般来说，物质挥发性越强，其分子在液体或固体状态下从一个相转移到另一个相的能力越强。
挥发性取决于物质的性质，包括分子大小、分子间相互作用力和溶剂性等。
挥发过程受到多种因素的影响，如温度、压力和物质本身的性质。
当温度升高时，物质的挥发性也会增强，因为分子的热运动增加了克服相互作用力所需的能量。
而压力越低，挥发发生的机会就越多，因为分子更容易逃脱液体或固体的相互作用。
挥发是很多物质与环境发生物质和能量的交换的过程。
例如，衣物在晾晒的过程中，水分中的水分分子会不断地脱离液体相，进入气体相中；地表水中的水分也会逐渐蒸发到空气中。
这些都是因为挥发使得水分子能够克服液体分子之间的相互作用力，进入气体相，使环境中的水分子浓度逐渐降低。
在化学领域中，挥发也是一种分离和纯化物质的方法。
蒸发
5.1 概述蒸发是分离液相均一系（溶液）的单元操作之一。
这种操作是将溶液加热，使其中部分（或全部）溶剂气化并不断除去，以提高溶液中的溶质浓度。
被蒸发的溶液由挥发性的溶剂和不挥发的溶质所组成，因此蒸发也是挥发性溶剂和不挥发溶质的分离过程。
用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。
5.1.1 蒸发的分类蒸发按操作温度可分为自然蒸发和沸腾蒸发。
自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点时汽化，溶剂的汽化仅发生在溶液的表面，自然蒸发速率缓慢。
沸腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时汽化，在汽化过程中，溶液呈沸腾状态，溶剂的汽化不仅发生在溶液表面，而且发生在溶液内部，因此，沸腾蒸发的速率远大于自然蒸发的速率。
工业上的蒸发操作大多采用沸腾蒸发。
蒸发按操作压强可分为加压蒸发、常压蒸发和减压（真空）蒸发。
为了保持产品生产过程的系统压强（例如丙烷脱沥青），则蒸发需在加压状态下操作。
对于热敏性物料（例如抗生素溶液、果汁、食用油脂），为了保证其产品质量，必须在较低温度下蒸发浓缩，则需采用真空操作以降低溶液的沸点。
但由于沸点降低，溶液的黏度也相应增大，而且造成真空需要增加设备和动力。
因此，一般无特殊要求的溶液，则采用常压蒸发。
此外，按操作方式，可将蒸发分为间歇蒸发和连续蒸发；按蒸发操作产生的二次蒸汽是否再作为蒸发器的热源利用，可将蒸发分为单效蒸发和多效蒸发等。
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。
水的蒸发温度
水的蒸发温度水是地球上最常见的物质之一，也是生命的基础。
它具有独特的物理和化学性质，其中之一就是蒸发。
蒸发是指液体转变为气体的过程。
在自然界中，水的蒸发是一种非常普遍的现象，它不仅影响着天气和气候，还直接影响着人类的生活和经济。
水的蒸发温度是指水从液态到气态的转变所需的能量。
在大气压力下，水的蒸发温度是100℃。
这意味着当水的温度达到100℃时，水分子就开始蒸发并转化为水蒸气。
这个过程需要吸收大量的热量，称为潜热。
因此，水的蒸发是一种吸热过程。
然而，在实际情况中，水的蒸发温度并不总是100℃。
这是因为大气压力的影响。
当大气压力降低时，水的蒸发温度也会降低。
例如，当在高山上煮水时，由于大气压力的降低，水的蒸发温度会降低，使得水在低于100℃的温度下沸腾。
此外，水的蒸发温度还受到其他因素的影响，如水的纯度、表面积、风速和相对湿度等。
纯度越高的水，其蒸发温度越高。
表面积越大的水，其蒸发速度越快。
风速越大，水的蒸发速度也会增加。
相对湿度越低，水的蒸发速度也会增加。
水的蒸发不仅仅是一种物理现象，它还有重要的生态和经济意义。
水的蒸发是自然界水循环的重要环节之一，它通过将水从地表和植被中蒸发出来，将水分送回到大气中，形成云和降水。
这对维持生态平衡和保护环境具有重要意义。
在经济方面，水的蒸发也有着重要的作用。
许多工业和农业生产过程都需要水的蒸发。
例如，食品加工、制药、纺织、造纸等工业生产过程中，常常需要将水蒸发掉。
在农业生产中，灌溉和蒸发冷却等也需要大量的水蒸发。
总之，水的蒸发温度是一个非常重要的物理概念，它直接影响着自然界和人类生产生活的方方面面。
通过深入了解和研究水的蒸发温度，我们可以更好地利用和管理水资源，保护环境和促进可持续发展。
chap7 蒸发
(1) f a
式中
a ——常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值
求得，℃；
Δ′——操作条件下溶液的沸点升高，℃；
a
f——校正系数，无因次。其经验计算式为：
0.016(T 273) 2 f r
。
总温度差损失为：
（5-3）
1.1
溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
t A T
式中 tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。
T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的
饱和温度，℃
在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不
（3）除去杂质
加热
不凝性气体
冷却水
二次蒸汽 冷凝器 除沫器
料液 加热蒸汽 （生蒸汽）
蒸发室
加热室
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
1.3分类
（1）按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸 发 （2）按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
单效蒸发：将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝以
除去的蒸发操作。
（5-1）
T/——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃
传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。
计算公式为：
Δ= ΔtT- Δt
ΔtT =Ts-T
Δt——传热的有效温度差， ℃
ΔtT ——理论上的传热温度差， ℃
Δt=Ts-t
式中
t —— 溶液的沸点， ℃ T——纯水在操作条件下的沸点， ℃ Ts——加热蒸气的温度， ℃
例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150 ℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为 t=115 ℃，其最大传热温度差，用ΔtT来表示： ΔtT=Ts-T=150-100=50℃ 有效温度差为： Δt=Ts-t=150-115=35℃ 则温度差损失为：
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蒸发的概念
蒸发是指物质从固体到液体，再从液体到气态的过程，是水分从液态形式转变为气态形式的重要自然现象。
它在日常生活中发挥着重要作用，也是气候形成和变化的重要环节。
蒸发是热带地区和沙漠地区气温升高的原因，是地球内部能量转换的一种方式，也是大气层影响地球温度的重要原因。
蒸发的过程是使水分从一种形式转变为另一种形式的过程，波动现象是它的基本原理。
由于物体内部能量不是直接转换成动能，而是先把这部分能量转换成自由活动的热量，这些热量辐射到空气中，空气中的汽液分子紧密挤压，使它们凝固成水滴，形成雨滴，进而形成了雨云。
蒸发的原理是物体的温度越高，每单位体积的汽液分子就越多，当汽液分子在这种高温条件下紧密挤压，它们受到的热力引力就大于它们的本质引力，使汽液分子的运动能力增强，它们会把能量转换成自由活动的能量，从而形成气态。
这些气态的汽液分子会把物体上的潮湿热量转换成气态，并带走，进入大气中，从而使物体变干，物体表面变冷，这就是蒸发的原理。
蒸发汽化过程中，水分子会传给大气一部分能量，从而使大气层温度升高，这就是蒸发过程中温度升高的原因。
大气温度的升高会使大气层膨胀，这时空气分子撞击太阳的热量会反弹回太阳，使太阳的热量减少，这就是蒸发过程中雨云形成的原因。
蒸发的概念不仅可以理解为物理学的概念，而且也是大气学的重
要概念。
蒸发的过程在大气循环中发挥着重要作用，它控制着热带地区和沙漠地区气温的升高，对于地球能量平衡也发挥着重要作用，它影响着大气层形成雨云，影响着大气层形成湿度气流等等。
蒸发也是地球内部能量转换的方式，它把海洋的潮湿热量转换成大气层的气流，并在大气层的上层把这种热量带走，这就是蒸发的重要作用。
另外，由于蒸发过程中会产生大量的水蒸气，可以添加到大气层中，使大气中湿度升高，把有益物质带到低层，从而影响地表水汽的形成和温度变换。
综上所述，蒸发的概念是有关气象学，物理学，大气学等学科中，非常重要的概念，它不仅影响着热带地区和沙漠地区的气温变化，对于大气层的形成也有巨大的影响，也是地球内部能量转换的重要方式。
蒸发的概念对于认识大气的运行规律，了解气温的变化规律具有重要的意义，从而更好地利用和保护大气中的有益成分。