hgyl-第六章-蒸發(fā)解讀課件

第六章蒸發(fā)

Evaporation

化工原理陳玉琴12/30/20221第六章蒸發(fā)

Evaporation

§6-1

概述

蒸發(fā)是工業(yè)上常用的濃縮方法。

一、蒸發(fā)概念1、蒸發(fā)：使含有不揮發(fā)物質(zhì)的溶液沸騰汽化，并移出蒸汽，從而使溶液中的溶質(zhì)濃度提高的單元操作，稱為蒸發(fā)。2、蒸發(fā)的目的：①將溶液濃縮后,冷卻結(jié)晶，獲得固體產(chǎn)品；②獲得純凈的溶劑產(chǎn)品；③獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。

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§6-1概述

蒸發(fā)是工業(yè)上常用的濃3、蒸發(fā)的必備條件：被蒸發(fā)的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶劑的溶液。本章只討論水溶液的蒸發(fā)。

加熱蒸汽：工業(yè)上采用的熱源為水蒸氣，稱為加熱蒸氣,又稱生蒸汽。

二次蒸汽：蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽。蒸發(fā)的必備條件：（1）熱能（加熱蒸汽）的不斷供給；（2）二次蒸汽的不斷排除。

12/30/202233、蒸發(fā)的必備條件：12/26/20223二、蒸發(fā)的分類

1、按操作空間的壓力分：常壓蒸發(fā)，加壓蒸發(fā)及減壓蒸發(fā)。減壓蒸發(fā)又稱真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)的特點：（1）減壓下，溶液的沸點下降，有利于處理熱敏性物料，且可利用低壓強的蒸汽或廢蒸汽作為熱源；（2）溶液的沸點隨所處的壓強的減小而減小，故對相同壓強的加熱蒸氣，當溶液處于減壓時，可以提高傳熱總溫度差；但同時，溶液的粘度會加大，又使總傳熱系數(shù)減??；（3）真空蒸發(fā)系統(tǒng)要求有造成減壓的設(shè)備，如真空泵，這樣會使系統(tǒng)的投資和操作費用提高。這是不利的一面。12/30/20224二、蒸發(fā)的分類12/26/202242、按二次蒸汽的利用情況分：（1）單效蒸發(fā)：將所產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而直接送往冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)，稱為單效蒸發(fā)。（2）多效蒸發(fā)：將多個蒸發(fā)器串連，使加熱蒸汽在蒸發(fā)過程中得到多次利用的蒸發(fā)過程稱為多效蒸發(fā)。動畫12/30/202252、按二次蒸汽的利用情況分：12/26/20225

三、蒸發(fā)流程

下圖所示為硝酸銨水溶液蒸發(fā)的簡化流程圖。該流程包括蒸發(fā)器和冷凝器。稀硝酸銨水溶液（料液）經(jīng)預(yù)熱后加入蒸發(fā)器。

蒸發(fā)器的下部是由許多加熱管組成的加熱室，在管外用加熱蒸汽加熱管內(nèi)的溶液，并使之沸騰氣化。經(jīng)濃縮后的硝酸銨水溶液（完成液）從蒸發(fā)器底部排出。

蒸發(fā)器的上部為分離室（蒸發(fā)室），汽化產(chǎn)生的蒸汽在分離室及其頂部的除沫器中將其攜帶的液沫予以分離，然后送往冷凝器被冷凝而除去。12/30/20226三、蒸發(fā)流程12/26/20226動畫三效動畫12/30/20227動畫三效動畫12/26/20227中央循環(huán)管式蒸發(fā)器1－加熱室；2－中央循環(huán)管；3－分離室；4－外殼中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：加熱室由管束組成，管束中央有一根直徑較粗的管子。細管內(nèi)單位體積溶液受熱面大于粗管的，因此細管內(nèi)汽液混合物的密度比粗管內(nèi)的小。這種密度差促使溶液作沿粗管下降而由細管上升的連續(xù)規(guī)則的自然循環(huán)運動。粗管稱為降液管或中央循環(huán)管，細管稱為沸騰管或加熱管。12/30/20228中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：12/26/20228四、蒸發(fā)操作的特點1、傳熱性質(zhì)：傳熱壁面的一側(cè)為加熱蒸氣進行冷凝，另一側(cè)為溶液的沸騰，所以蒸發(fā)過程屬于間壁兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過程；

2、溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出，或易結(jié)垢、易生成泡沫等，還有些溶液高溫下易分解或聚合。此外，在蒸發(fā)過程中，隨著溶液的濃縮，其粘度不斷增大，腐蝕性也逐漸加強。所有這些性質(zhì)的不同或變化，在蒸發(fā)時都要考慮到，且要根據(jù)不同物料的特性和工藝條件的要求，選擇適宜的蒸發(fā)方法和蒸發(fā)設(shè)備。

12/30/20229四、蒸發(fā)操作的特點12/26/20229

3、溶液的沸點升高：蒸發(fā)的物料是溶有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液。在相同壓強下，溶液的沸點高于純?nèi)軇ㄋ┑姆悬c。所以，當加熱蒸汽溫度一定時，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差就會比蒸發(fā)純?nèi)軇r的傳熱溫差小，而且，溶液的濃度越大，這種影響越顯著。4、能量利用與回收：如何充分利用加熱蒸氣，使單位質(zhì)量的加熱蒸氣能除去較多的水分，亦即如何提高加熱蒸氣的經(jīng)濟程度，是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一。5、泡沫夾帶：二次蒸汽中常夾帶大量液沫，冷凝前必須設(shè)法除去，否則不但損失物料，而且還會污染冷凝設(shè)備。12/30/2022103、溶液的沸點升高：蒸發(fā)的物料是溶有不揮發(fā)溶質(zhì)的§6-2

蒸發(fā)設(shè)備－蒸發(fā)器

蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。

蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和分離室組成。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。12/30/202211§6-2蒸發(fā)設(shè)備－蒸發(fā)器蒸發(fā)設(shè)備的一、蒸發(fā)器的分類在蒸發(fā)操作時，根據(jù)兩流體之間的接觸方式不同，可將蒸發(fā)器分為間接加熱式蒸發(fā)器和直接加熱式（P306）蒸發(fā)器。間接加熱式蒸發(fā)器主要由加熱室及分離室組成。按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況，可將工業(yè)中常見的間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。（膜式蒸發(fā)器）(自然循環(huán)蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器)（P306）12/30/202212一、蒸發(fā)器的分類在蒸發(fā)操作時，根據(jù)兩二、蒸發(fā)器（一）循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，因而可以提高傳熱效果。由于引起循環(huán)運動的原因不同，又分為自然循環(huán)型和強制循環(huán)型兩類。自然循環(huán)：由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起強制循環(huán)：用泵迫使溶液沿一定方向流動12/30/202213二、蒸發(fā)器（一）循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器12/26/202211.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器加熱室由管束組成，管束中央有一根直徑較粗的管子。細管內(nèi)單位體積溶液受熱面大于粗管的，即細管內(nèi)的溶液受熱好，溶液氣化的多，因此細管內(nèi)汽液混合物的密度比粗管內(nèi)的小。這種密度差促使溶液作沿粗管下降而由細管上升的連續(xù)規(guī)則的自然循環(huán)運動。粗管稱為降液管或中央循環(huán)管，細管稱為沸騰管或加熱管。1－加熱室；2－中央循環(huán)管；3－分離室；4－外殼動畫12/30/2022141.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器1－加熱室；2－中央循環(huán)管；3－分

中央循環(huán)管式蒸發(fā)器具有溶液循環(huán)好，傳熱效率高的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，所以應(yīng)用非常廣泛，有“標準蒸發(fā)器”之稱。為了溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管截面積一般為加熱管總截面積的40～100％。管束高度為1～2m，加熱管直徑在25～75mm之間，長徑比一般為20～40。由于結(jié)構(gòu)限制，循環(huán)速度一般在0.4～0.5m/s以下，故溶液粘度大、沸點高。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適用于處理結(jié)垢不嚴重、腐蝕性較小的溶液。12/30/202215中央循環(huán)管式蒸發(fā)器具有溶液循環(huán)好，傳熱效率高的優(yōu)點，

2.外熱式蒸發(fā)器外熱式蒸發(fā)器的加熱管較長，其長徑比為50～100。由于循環(huán)管內(nèi)的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內(nèi)的大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運動，循環(huán)速度可達1.5m/s。1－加熱室；2－分離室；3－循環(huán)管動畫12/30/2022162.外熱式蒸發(fā)器1－加熱室；2－分離室；3－循環(huán)管動畫3.

強制循環(huán)蒸發(fā)器

自然循環(huán)蒸發(fā)器共同缺點就是溶液的循環(huán)速度較慢，傳熱效果較差。對于粘度大，易結(jié)垢或易結(jié)晶的溶液，可采用強制循環(huán)蒸發(fā)器，這種蒸發(fā)器內(nèi)的溶液是利用外加動力（泵）進行循環(huán)的，循環(huán)速度可達2～5m/s。泵迫使溶液沿一個方向通過加熱管。但是動力消耗大：0.4～0.8kW/(m2傳熱面積）。1－加熱室；2－循環(huán)泵；3－循環(huán)管；4－分離室；5－除沫器動畫12/30/2022173.強制循環(huán)蒸發(fā)器1－加熱室；2－循環(huán)泵；3－循環(huán)管；4－

循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點蒸發(fā)器內(nèi)料液的滯留量大，物料在高溫下停留時間長，對熱敏性物料不利。

而在單程型（膜式）蒸發(fā)器中，物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求；離開加熱管的溶液及時加以冷卻，受熱時間大為縮短，因此對熱敏性物料特別適宜。12/30/202218循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點蒸發(fā)器內(nèi)料液的滯留量大（膜式蒸發(fā)器）12/30/202219（膜式蒸發(fā)器）12/26/202219

在各種流動狀態(tài)下，以膜狀流動效果最好，故溶液應(yīng)先預(yù)熱到沸點或接近沸點后在進入蒸發(fā)器。

1、升膜式蒸發(fā)器動畫12/30/202220在各種流動狀態(tài)下，以膜狀流動效果最好，故溶液2、降膜式蒸發(fā)器P305圖5－63、刮板攪拌薄膜式蒸發(fā)器P306圖5－9（三）直接加熱蒸發(fā)器P306圖5－1012/30/2022212、降膜式蒸發(fā)器12/26/202221

三、蒸發(fā)器的選型

蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，實際選型時，除了要求結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、金屬消耗量小、維修方便、傳熱效果好等等外，首要的還是看它能否適應(yīng)所蒸發(fā)物料的工藝特性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶、結(jié)垢性等等，然后再全面綜合地加以考慮。12/30/202222三、蒸發(fā)器的選型12/26/202222

1、溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度的變化的范圍，是選型首要考慮的因素。to2、溶液的熱穩(wěn)定性：長時間受熱易分解，易聚合以及易結(jié)垢的溶液蒸發(fā)時，應(yīng)采用滯料量少，停留時間短的蒸發(fā)器。如膜式蒸發(fā)器。to3、有晶體析出的溶液：對蒸發(fā)時有晶體析出的溶液，應(yīng)采用外熱式蒸發(fā)器或強制循環(huán)式蒸發(fā)器。to4、易發(fā)泡的溶液：這類溶液在蒸發(fā)時會生成層層重疊不易破碎的泡沫，充滿了整個分離室后即隨二次蒸汽排出，不但損失物料，而且污染冷凝器。蒸發(fā)這類溶液宜采用外熱式蒸發(fā)器、強制循環(huán)式蒸發(fā)器或升膜式蒸發(fā)器。to12/30/2022231、溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度的變化的范圍，是選型5、有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)腐蝕性的溶液時，加熱管應(yīng)采用特殊材質(zhì)制成，或者內(nèi)壁襯以耐腐蝕材料。6、易結(jié)垢的溶液：對易結(jié)垢的溶液，應(yīng)考慮選擇便于清洗和溶液循環(huán)速度較大的蒸發(fā)器。To7、溶液的處理量：當要求傳熱面積大于10m2時，不宜選用刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器（P306圖5－9），要求傳熱面積在20m2以上時，宜采用多效蒸發(fā)操作。12/30/2022245、有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)腐蝕性的溶液時，加熱管應(yīng)采用特殊材toTo12/30/202225to12/26/202225§6-3單效蒸發(fā)§6-3-1溶液的沸點升高和溫度差損失一、溶液的沸點升高

在一定的壓強與液層深度條件下，溶液的沸點較純?nèi)軇ㄋ┑母?，高出的度?shù)稱為溶液的沸點升高，例如，常壓下20%（質(zhì)量百分數(shù)），若不特別指明，本章溶液的組成都是指質(zhì)量百分數(shù)。NaOH水溶液的沸點為108.5℃，而水的為100℃，此時溶液沸點升高8.5℃。12/30/202226§6-3單效蒸發(fā)§6-3-1溶液的沸點升高和溫

一般稀溶液和有機溶液的沸點升高值較小，而無機鹽溶液的沸點升高值較大，有時可高達數(shù)十度。沸點升高現(xiàn)象對蒸發(fā)操作的有效溫度差不利，例如用120℃飽和水蒸汽分別加熱20%的NaOH水溶液和純水，并使之沸騰，有效溫度差分別為120-108.5=11.5℃和120-100=20℃。由于有沸點升高現(xiàn)象，使同條件下蒸發(fā)溶液的有效溫度差下降8.5℃。12/30/202227一般稀溶液和有機溶液的沸點升高值較小，而無機鹽溶液的溫度差損失不僅僅是因為溶液中含有了不揮發(fā)性溶質(zhì)引起的，蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力高于冷凝器以克服二次蒸汽從蒸發(fā)器流到冷凝器的阻力損失、蒸發(fā)器的操作需維持一定的液面等因素都會造成溫度差損失。Δ=Δ′+Δ"+Δ"′

二、蒸發(fā)設(shè)備中的溫度差損失12/30/202228溫度差損失不僅僅是因為溶液中含有了不揮發(fā)性溶

（1）由于溶液中溶質(zhì)存在而引起的溫度差損失

由于溶液中溶有不揮發(fā)性溶質(zhì)，使得溶液的蒸汽壓比同條件下純水的要低，因此溶液的沸點比同條件下純水的高，兩者之差稱為由于溶液中溶質(zhì)存在而引起的溫度差損失（沸點升高），或稱為因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失（沸點升高），以’表示。

該溫度差損失與溶液種類、濃度及操作壓強有關(guān)，一般由實驗測定。12/30/202229（1）由于溶液中溶質(zhì)存在而引起的溫度差損失12/26

（2）由加熱管內(nèi)液柱靜壓強引起的溫度差損失某些蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)積有一定高度的液層，液層內(nèi)部各截面上的壓強大于液層表面的壓強，因此液層內(nèi)部的沸點高于液面的沸點，液層內(nèi)部的沸點與液層表面沸點之差稱為因液柱靜壓強引起的溫度差損失，用’’表示。

（3）由于管路中流動阻力而引起的溫度差損失多效蒸發(fā)中二次蒸汽由前效送至下一效時，因流動阻力使二次蒸汽壓強略有下降，溫度也相應(yīng)降低，致使有效溫度差略有損失，這種損失稱為因流動阻力而引起的溫度差損失，用’’’表示。一般取經(jīng)驗值1C～1.5C。12/30/202230（2）由加熱管內(nèi)液柱靜壓強引起的溫度差損失（3）由§6-3-2生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度

一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力

蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量來表示，又稱蒸發(fā)量，用W表示，[kg/h]?？捎谜舭l(fā)器的傳熱速率來衡量其生產(chǎn)能力。二、蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度1、概念：蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是指單位時間內(nèi)在單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水分量，用U表示，[kg/m2.h]。

蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是衡量蒸發(fā)器性能好壞的標準。12/30/202231§6-3-2生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力12、提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度的途徑：若為沸點進料，忽略蒸發(fā)器的熱損失：r’－操作壓強下，二次蒸汽的氣化潛熱，kJ/kg.12/30/2022322、提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度的途徑：12/26/202232

（1）提高tm:tm=T-t

傳熱溫差取決于加熱蒸汽的壓強以及冷凝器中二次蒸汽的壓強。加熱蒸汽的壓強：300～500kPa，特例：600～800kPa冷凝器的真空度:要求殘壓（絕壓）10～20kPa（2）增大總傳熱系數(shù)K：

總傳熱系數(shù)K取決于兩側(cè)的對流傳熱分系數(shù)及污垢熱阻。一般：o>>i。考慮增大i為主。管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻也是影響總傳熱系數(shù)K的重要因素。12/30/202233（1）提高tm:tm=T-t§6－4多效蒸發(fā)

節(jié)約能源，提高加熱蒸汽的經(jīng)濟程度，使單位質(zhì)量的加熱蒸汽能夠除去較多的水分，是蒸發(fā)操作中要解決的關(guān)鍵問題之一。多效蒸發(fā)就是最有效的措施之一。12/30/202234§6－4多效蒸發(fā)節(jié)約能源，提高加熱蒸汽一、多效蒸發(fā)的操作原理

將二次蒸汽作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，只要該蒸發(fā)器蒸發(fā)室的壓強和溶液沸點，均比原蒸發(fā)器中的低，則引入的二次蒸汽仍能起到加熱作用，此時第二個蒸發(fā)器的加熱室便是第一個蒸發(fā)器的冷凝器。

將多個蒸發(fā)器這樣連接起來一同操作，即組成一個多效蒸發(fā)器。每一個蒸發(fā)器稱為一效，通入生蒸汽的蒸發(fā)器稱為第一效，利用第一效的二次蒸汽以加熱的稱為第二效，依此類推。12/30/202235一、多效蒸發(fā)的操作原理12/26/202235W－蒸發(fā)量，單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量,kg/h；D－加熱蒸汽的消耗量,kg/h。D/W－單位蒸汽耗量，蒸發(fā)單位質(zhì)量的水分所消耗的加熱蒸汽,無量綱。效數(shù)：單效雙效三效四效五效D/W：1.10.570.40.30.27

to

To

多效蒸發(fā)可以節(jié)省大量的生蒸汽。在蒸發(fā)大量水分時，廣泛采用多效蒸發(fā)。常用的多效蒸發(fā)：雙效、三效、四效，有的多達六效。

12/30/202236W－蒸發(fā)量，單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量,kg/h；12/26/2二、多效蒸發(fā)流程根據(jù)溶液與二次蒸氣的流向，可有不同的加料方法與相應(yīng)的流程。加熱蒸汽的流向都是由第一效順序流至末效。以三效為例，可以有三種流程：1、并流加料流程

（1）流程：如下圖所示。在這種流程中，溶液的流向和蒸氣的流向相同，從第1效順序到第3效，壓力逐效降低，溶液濃度逐效升高。12/30/202237二、多效蒸發(fā)流程12/26/202237動畫12/30/202238動畫12/26/202238（2）特點：a.溶液的輸送可以利用各效間的壓力差進行。b.溶液由前一效進入后一效時，由于減壓，存在自蒸發(fā)現(xiàn)象，故后一效產(chǎn)生的二次蒸氣略多。自蒸發(fā)現(xiàn)象：在并流流程中，由于后一效的壓力較前一效的低，所以，當溶液由前一效進入后一效時，往往由于過熱而自行蒸發(fā)，常稱為自蒸發(fā)或閃蒸，這就使后一效可以產(chǎn)生稍多一些的二次蒸氣。12/30/202239（2）特點：12/26/202239c.傳熱系數(shù)逐效減小，最末一、二效尤為顯著。傳熱系數(shù)逐效減?。翰⒘骷恿蠒r，沿著溶液的流動方向，溶液的濃度不斷升高，而其溫度卻不斷降低，溶液的粘度增加很大，使得后一效蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)常較前一效的為小，這在最末一、二效更為嚴重。因此，并流加料時，第1效的傳熱系數(shù)往往比末效的大得多。12/30/202240c.傳熱系數(shù)逐效減小，最末一、二效尤為顯著。12/26/202、逆流加料流程

（1）流程：如下圖所示。蒸汽還是從第1效順序到第3效，而溶液的流向和蒸氣的流向相反。從第1效到第3效，壓力逐效降低，溶液濃度逐效降低。動畫12/30/2022412、逆流加料流程

（1）流程：如下圖所示。蒸汽還是從第1

（2）特點：與并流加料流程相反。a.逆流加料時，各效之間溶液的輸送要用泵來完成。b.由于多效蒸發(fā)時，前一效壓力總是比后一效的為高，所以，當溶液由后一效逆流進入前一效時，不僅沒有自蒸發(fā)，還需多消耗部分熱量將溶液加熱至沸點。所以與并流進料比，產(chǎn)生的二次蒸汽量較少。

12/30/202242（2）特點：與并流加料流程相反。12/26/202242

c.在逆流加料時，沿著溶液的流動方向，溶液的濃度不斷升高，其溫度也不斷上升，所以，各效溶液的粘度比較接近，從而各效的傳熱系數(shù)不會像并流加料時那樣相差懸殊，而是差不多大。當完成液由第1效排出時，其溫度也較其余各效的為高。逆流加料適用于粘度隨濃度和溫度變化較大的溶液，而不適于熱敏性物料的蒸發(fā)。12/30/202243c.在逆流加料時，沿著溶液的流動方向，溶液的3、平流加料流程

如下圖所示。蒸汽還是從第1效順序到第3效，料液由各效分別加入，完成液也分別由各效排出。該流程主要應(yīng)用于蒸發(fā)過程中容易析出結(jié)晶的場合。動畫12/30/2022443、平流加料流程

如下圖所示。蒸汽還是從第1效順序三、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較前提：多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的操作條件相同，即（1）多效蒸發(fā)的第一效的加熱蒸汽與單效蒸發(fā)的加熱蒸汽相同；（2）單效蒸發(fā)的冷凝器與多效蒸發(fā)末效的冷凝器相同。1、溫度差損失和有效溫度差

（1）當完成液濃度相同時，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)；

（2）當理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發(fā)的各效有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)。12/30/202245三、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較12/26/202245

多效蒸發(fā)中每一效都存在溫度差損失。假定完成液的濃度相同，則多效蒸發(fā)中末效的溫度差損失接近于單效蒸發(fā)的溫度差損失，因此，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)。由此可知，當理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發(fā)的有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)。隨總效數(shù)增加，有效傳熱溫度差減小。同時，由于總有效傳熱溫度差以某種方式分配于各效，因此，多效蒸發(fā)中每一效的有效傳熱溫度差遠小于單效。12/30/202246多效蒸發(fā)中每一效都存在溫度差損失。假定完成液如下圖為單效、二效和三效蒸發(fā)裝置中溫度差損失示意，圖中三種情況有著相同的操作條件。其中圖形總高度代表加熱蒸汽溫度130℃和冷凝器中蒸汽溫度50℃間的總溫度差（即130-50=80℃），陰影部分代表由于各種原因引起的溫度差損失，空白部分代表有效溫度差，即傳熱的推動力。由圖可見，多效蒸發(fā)較單效蒸發(fā)的溫度差損失大。顯然，效數(shù)越多，溫度差損失越大。12/30/202247如下圖為單效、二效和三效蒸發(fā)裝置中溫度差損失示單效兩效三效單效蒸發(fā)及多效蒸發(fā)溫度差損失和有效溫度差12/30/202248單效兩效5050507070707090100110120130130130110100100602020單效1010雙效三效溫度/℃單效、雙效、三效蒸發(fā)裝置中的溫度差損失12/30/202249505050707070709010011012013013

2、經(jīng)濟性

由于多效蒸發(fā)提高了生蒸汽的經(jīng)濟性，完成一定的蒸發(fā)任務(wù)W所需要的生蒸汽量大為減少，顯著降低了操作費用，因此，在蒸發(fā)大量水分時，廣泛采用多效蒸發(fā)。to

3、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度

（1）生產(chǎn)能力（W）：單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量。單效和多效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力可分別由總傳熱速率方程式表示：單效：Q=KStt＝T－t三效:Q1=K1S1t1Q2=K2S2t2Q3=K3S3t3

12/30/2022502、經(jīng)濟性

由于多效蒸發(fā)提高了生蒸汽的經(jīng)濟性

設(shè)多效蒸發(fā)中，各效的傳熱面積S和總傳熱系數(shù)K相等，并等于單效的，又設(shè)兩者理論傳熱溫度差相同。三效總傳熱速率：Q＝Q1＋

Q2＋

Q3＝KStt＝t1＋t2＋t3＝T－t在各效S、K與單效相同時，若不考慮操作過程中的溫度差損失，多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的傳熱速率相同，所以二者的生產(chǎn)能力相同。但由于蒸發(fā)過程中不可避免的存在溫度差損失，而且多效蒸發(fā)的溫度差損失較大，所以其生產(chǎn)能力小于單效蒸發(fā)。12/30/202251設(shè)多效蒸發(fā)中，各效的傳熱面積S和總傳熱系數(shù)K（2）生產(chǎn)強度（U）：單位時間內(nèi)單位傳熱面積上蒸發(fā)的水分量。這是衡量蒸發(fā)器性能的重要指標之一。為完成相同的生產(chǎn)任務(wù)，多效蒸發(fā)所需要的傳熱面積是單效蒸發(fā)的n倍，所以多效蒸發(fā)的生產(chǎn)強度是單效蒸發(fā)的1/n；

多效蒸發(fā)提高了經(jīng)濟性，但卻降低了生產(chǎn)強度。多效蒸發(fā)經(jīng)濟性的提高是以增加設(shè)備費用為代價的。12/30/202252（2）生產(chǎn)強度（U）：單位時間內(nèi)單位傳熱面積上蒸發(fā)的水分量。四、多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制及最佳效數(shù)1、傳熱溫度差的限制實際生產(chǎn)中加熱蒸氣壓力和冷凝器的真空度都有一定的限制，因此理論傳熱溫度差也有一定限制。而隨效數(shù)增加，各效傳熱溫度差損失之和增大。如果效數(shù)過多，則會出現(xiàn)總溫度差損失等于或大于總有效溫度差，蒸發(fā)操作無法完成。對沸點升高較大的溶液，效數(shù)對有效傳熱溫度差的影響尤其顯著。12/30/202253四、多效蒸發(fā)中效數(shù)的限制及最佳效數(shù)12/26/202、設(shè)備費用的限制

多效蒸發(fā)中，對一定的蒸發(fā)任務(wù)W，隨著效數(shù)的增加，單位蒸汽耗量減少，使操作費用降低；但是效數(shù)越多，設(shè)備費用的增加很大。而由前面表(To）可知，生蒸氣經(jīng)濟性提高的幅度隨效數(shù)增加而減小。如果在設(shè)備的折舊年限內(nèi)，再增加一效后節(jié)約的蒸氣費用不足以抵消其設(shè)備投資時，則不能再增加效數(shù)，實際的多效蒸發(fā)過程，效數(shù)不是很多。由單效改為雙效：

由四效改為五效：12/30/2022542、設(shè)備費用的限制

多效蒸發(fā)中，對一定的蒸發(fā)任務(wù)W，

從傳熱的角度考慮，為使維持溶液的沸騰傳熱好，在確定效數(shù)時，應(yīng)注意使各效分配到的有效溫度差不小于5～7℃。

最佳效數(shù)選擇：原則上應(yīng)使單位生產(chǎn)能力的設(shè)備費與操作費之和為最小。近年來，為了更充分的利用熱能，已出現(xiàn)了適當增加效數(shù)的趨勢。一般來說，對于電解質(zhì)溶液，如NaOH等水溶液的蒸發(fā)，由于其沸點升高較大，故通常為2～3效；對于非電解質(zhì)溶液，如糖的水溶液或其它有機溶液的蒸發(fā)，其沸點升高較小，可取4～6效；對海水淡化的蒸發(fā)裝置，效數(shù)可多達20～30效。12/30/202255從傳熱的角度考慮，為使維持溶液的沸騰傳熱好，本章小結(jié)

1、什么是蒸發(fā)？蒸發(fā)的必備條件是什么？2、什么是多效蒸發(fā)？與單效蒸發(fā)比，多效蒸發(fā)有什么優(yōu)缺點？3、蒸發(fā)操作有哪些特點？4、什么是溶液的沸點升高？什么是溶液的溫度差損失？造成溶液的溫度差損失的原因是什么？5、真空蒸發(fā)有什么優(yōu)點？6、多效蒸發(fā)是否效數(shù)越多越好？為什么？12/30/202256本章小結(jié)1、什么是蒸發(fā)？蒸發(fā)的必備條件是什么？12

7、什么是蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度？怎樣提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度？

8、熟悉單效蒸發(fā)及多效蒸發(fā)的流程。9、在多效蒸發(fā)中，并流加料流程與逆流加料流程各有什么優(yōu)缺點？10、平流加料流程適用于何類溶液？12/30/2022577、什么是蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度？怎樣提高蒸發(fā)器的生第六章蒸發(fā)

Evaporation

化工原理陳玉琴12/30/202258第六章蒸發(fā)

Evaporation

§6-1

概述

蒸發(fā)是工業(yè)上常用的濃縮方法。

一、蒸發(fā)概念1、蒸發(fā)：使含有不揮發(fā)物質(zhì)的溶液沸騰汽化，并移出蒸汽，從而使溶液中的溶質(zhì)濃度提高的單元操作，稱為蒸發(fā)。2、蒸發(fā)的目的：①將溶液濃縮后,冷卻結(jié)晶，獲得固體產(chǎn)品；②獲得純凈的溶劑產(chǎn)品；③獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。

12/30/202259

§6-1概述

蒸發(fā)是工業(yè)上常用的濃3、蒸發(fā)的必備條件：被蒸發(fā)的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶劑的溶液。本章只討論水溶液的蒸發(fā)。

加熱蒸汽：工業(yè)上采用的熱源為水蒸氣，稱為加熱蒸氣,又稱生蒸汽。

二次蒸汽：蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽。蒸發(fā)的必備條件：（1）熱能（加熱蒸汽）的不斷供給；（2）二次蒸汽的不斷排除。

12/30/2022603、蒸發(fā)的必備條件：12/26/20223二、蒸發(fā)的分類

1、按操作空間的壓力分：常壓蒸發(fā)，加壓蒸發(fā)及減壓蒸發(fā)。減壓蒸發(fā)又稱真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)的特點：（1）減壓下，溶液的沸點下降，有利于處理熱敏性物料，且可利用低壓強的蒸汽或廢蒸汽作為熱源；（2）溶液的沸點隨所處的壓強的減小而減小，故對相同壓強的加熱蒸氣，當溶液處于減壓時，可以提高傳熱總溫度差；但同時，溶液的粘度會加大，又使總傳熱系數(shù)減??；（3）真空蒸發(fā)系統(tǒng)要求有造成減壓的設(shè)備，如真空泵，這樣會使系統(tǒng)的投資和操作費用提高。這是不利的一面。12/30/202261二、蒸發(fā)的分類12/26/202242、按二次蒸汽的利用情況分：（1）單效蒸發(fā)：將所產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而直接送往冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)，稱為單效蒸發(fā)。（2）多效蒸發(fā)：將多個蒸發(fā)器串連，使加熱蒸汽在蒸發(fā)過程中得到多次利用的蒸發(fā)過程稱為多效蒸發(fā)。動畫12/30/2022622、按二次蒸汽的利用情況分：12/26/20225

三、蒸發(fā)流程

下圖所示為硝酸銨水溶液蒸發(fā)的簡化流程圖。該流程包括蒸發(fā)器和冷凝器。稀硝酸銨水溶液（料液）經(jīng)預(yù)熱后加入蒸發(fā)器。

蒸發(fā)器的下部是由許多加熱管組成的加熱室，在管外用加熱蒸汽加熱管內(nèi)的溶液，并使之沸騰氣化。經(jīng)濃縮后的硝酸銨水溶液（完成液）從蒸發(fā)器底部排出。

蒸發(fā)器的上部為分離室（蒸發(fā)室），汽化產(chǎn)生的蒸汽在分離室及其頂部的除沫器中將其攜帶的液沫予以分離，然后送往冷凝器被冷凝而除去。12/30/202263三、蒸發(fā)流程12/26/20226動畫三效動畫12/30/202264動畫三效動畫12/26/20227中央循環(huán)管式蒸發(fā)器1－加熱室；2－中央循環(huán)管；3－分離室；4－外殼中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：加熱室由管束組成，管束中央有一根直徑較粗的管子。細管內(nèi)單位體積溶液受熱面大于粗管的，因此細管內(nèi)汽液混合物的密度比粗管內(nèi)的小。這種密度差促使溶液作沿粗管下降而由細管上升的連續(xù)規(guī)則的自然循環(huán)運動。粗管稱為降液管或中央循環(huán)管，細管稱為沸騰管或加熱管。12/30/202265中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：12/26/20228四、蒸發(fā)操作的特點1、傳熱性質(zhì)：傳熱壁面的一側(cè)為加熱蒸氣進行冷凝，另一側(cè)為溶液的沸騰，所以蒸發(fā)過程屬于間壁兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過程；

2、溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出，或易結(jié)垢、易生成泡沫等，還有些溶液高溫下易分解或聚合。此外，在蒸發(fā)過程中，隨著溶液的濃縮，其粘度不斷增大，腐蝕性也逐漸加強。所有這些性質(zhì)的不同或變化，在蒸發(fā)時都要考慮到，且要根據(jù)不同物料的特性和工藝條件的要求，選擇適宜的蒸發(fā)方法和蒸發(fā)設(shè)備。

12/30/202266四、蒸發(fā)操作的特點12/26/20229

3、溶液的沸點升高：蒸發(fā)的物料是溶有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液。在相同壓強下，溶液的沸點高于純?nèi)軇ㄋ┑姆悬c。所以，當加熱蒸汽溫度一定時，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差就會比蒸發(fā)純?nèi)軇r的傳熱溫差小，而且，溶液的濃度越大，這種影響越顯著。4、能量利用與回收：如何充分利用加熱蒸氣，使單位質(zhì)量的加熱蒸氣能除去較多的水分，亦即如何提高加熱蒸氣的經(jīng)濟程度，是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一。5、泡沫夾帶：二次蒸汽中常夾帶大量液沫，冷凝前必須設(shè)法除去，否則不但損失物料，而且還會污染冷凝設(shè)備。12/30/2022673、溶液的沸點升高：蒸發(fā)的物料是溶有不揮發(fā)溶質(zhì)的§6-2

蒸發(fā)設(shè)備－蒸發(fā)器

蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。

蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和分離室組成。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。12/30/202268§6-2蒸發(fā)設(shè)備－蒸發(fā)器蒸發(fā)設(shè)備的一、蒸發(fā)器的分類在蒸發(fā)操作時，根據(jù)兩流體之間的接觸方式不同，可將蒸發(fā)器分為間接加熱式蒸發(fā)器和直接加熱式（P306）蒸發(fā)器。間接加熱式蒸發(fā)器主要由加熱室及分離室組成。按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況，可將工業(yè)中常見的間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。（膜式蒸發(fā)器）(自然循環(huán)蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器)（P306）12/30/202269一、蒸發(fā)器的分類在蒸發(fā)操作時，根據(jù)兩二、蒸發(fā)器（一）循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，因而可以提高傳熱效果。由于引起循環(huán)運動的原因不同，又分為自然循環(huán)型和強制循環(huán)型兩類。自然循環(huán)：由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起強制循環(huán)：用泵迫使溶液沿一定方向流動12/30/202270二、蒸發(fā)器（一）循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器12/26/202211.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器加熱室由管束組成，管束中央有一根直徑較粗的管子。細管內(nèi)單位體積溶液受熱面大于粗管的，即細管內(nèi)的溶液受熱好，溶液氣化的多，因此細管內(nèi)汽液混合物的密度比粗管內(nèi)的小。這種密度差促使溶液作沿粗管下降而由細管上升的連續(xù)規(guī)則的自然循環(huán)運動。粗管稱為降液管或中央循環(huán)管，細管稱為沸騰管或加熱管。1－加熱室；2－中央循環(huán)管；3－分離室；4－外殼動畫12/30/2022711.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器1－加熱室；2－中央循環(huán)管；3－分

中央循環(huán)管式蒸發(fā)器具有溶液循環(huán)好，傳熱效率高的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，所以應(yīng)用非常廣泛，有“標準蒸發(fā)器”之稱。為了溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管截面積一般為加熱管總截面積的40～100％。管束高度為1～2m，加熱管直徑在25～75mm之間，長徑比一般為20～40。由于結(jié)構(gòu)限制，循環(huán)速度一般在0.4～0.5m/s以下，故溶液粘度大、沸點高。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適用于處理結(jié)垢不嚴重、腐蝕性較小的溶液。12/30/202272中央循環(huán)管式蒸發(fā)器具有溶液循環(huán)好，傳熱效率高的優(yōu)點，

2.外熱式蒸發(fā)器外熱式蒸發(fā)器的加熱管較長，其長徑比為50～100。由于循環(huán)管內(nèi)的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內(nèi)的大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運動，循環(huán)速度可達1.5m/s。1－加熱室；2－分離室；3－循環(huán)管動畫12/30/2022732.外熱式蒸發(fā)器1－加熱室；2－分離室；3－循環(huán)管動畫3.

強制循環(huán)蒸發(fā)器

自然循環(huán)蒸發(fā)器共同缺點就是溶液的循環(huán)速度較慢，傳熱效果較差。對于粘度大，易結(jié)垢或易結(jié)晶的溶液，可采用強制循環(huán)蒸發(fā)器，這種蒸發(fā)器內(nèi)的溶液是利用外加動力（泵）進行循環(huán)的，循環(huán)速度可達2～5m/s。泵迫使溶液沿一個方向通過加熱管。但是動力消耗大：0.4～0.8kW/(m2傳熱面積）。1－加熱室；2－循環(huán)泵；3－循環(huán)管；4－分離室；5－除沫器動畫12/30/2022743.強制循環(huán)蒸發(fā)器1－加熱室；2－循環(huán)泵；3－循環(huán)管；4－

循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點蒸發(fā)器內(nèi)料液的滯留量大，物料在高溫下停留時間長，對熱敏性物料不利。

而在單程型（膜式）蒸發(fā)器中，物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求；離開加熱管的溶液及時加以冷卻，受熱時間大為縮短，因此對熱敏性物料特別適宜。12/30/202275循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點蒸發(fā)器內(nèi)料液的滯留量大（膜式蒸發(fā)器）12/30/202276（膜式蒸發(fā)器）12/26/202219

在各種流動狀態(tài)下，以膜狀流動效果最好，故溶液應(yīng)先預(yù)熱到沸點或接近沸點后在進入蒸發(fā)器。

1、升膜式蒸發(fā)器動畫12/30/202277在各種流動狀態(tài)下，以膜狀流動效果最好，故溶液2、降膜式蒸發(fā)器P305圖5－63、刮板攪拌薄膜式蒸發(fā)器P306圖5－9（三）直接加熱蒸發(fā)器P306圖5－1012/30/2022782、降膜式蒸發(fā)器12/26/202221

三、蒸發(fā)器的選型

蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，實際選型時，除了要求結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、金屬消耗量小、維修方便、傳熱效果好等等外，首要的還是看它能否適應(yīng)所蒸發(fā)物料的工藝特性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶、結(jié)垢性等等，然后再全面綜合地加以考慮。12/30/202279三、蒸發(fā)器的選型12/26/202222

1、溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度的變化的范圍，是選型首要考慮的因素。to2、溶液的熱穩(wěn)定性：長時間受熱易分解，易聚合以及易結(jié)垢的溶液蒸發(fā)時，應(yīng)采用滯料量少，停留時間短的蒸發(fā)器。如膜式蒸發(fā)器。to3、有晶體析出的溶液：對蒸發(fā)時有晶體析出的溶液，應(yīng)采用外熱式蒸發(fā)器或強制循環(huán)式蒸發(fā)器。to4、易發(fā)泡的溶液：這類溶液在蒸發(fā)時會生成層層重疊不易破碎的泡沫，充滿了整個分離室后即隨二次蒸汽排出，不但損失物料，而且污染冷凝器。蒸發(fā)這類溶液宜采用外熱式蒸發(fā)器、強制循環(huán)式蒸發(fā)器或升膜式蒸發(fā)器。to12/30/2022801、溶液的粘度：蒸發(fā)過程中，溶液粘度的變化的范圍，是選型5、有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)腐蝕性的溶液時，加熱管應(yīng)采用特殊材質(zhì)制成，或者內(nèi)壁襯以耐腐蝕材料。6、易結(jié)垢的溶液：對易結(jié)垢的溶液，應(yīng)考慮選擇便于清洗和溶液循環(huán)速度較大的蒸發(fā)器。To7、溶液的處理量：當要求傳熱面積大于10m2時，不宜選用刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器（P306圖5－9），要求傳熱面積在20m2以上時，宜采用多效蒸發(fā)操作。12/30/2022815、有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)腐蝕性的溶液時，加熱管應(yīng)采用特殊材toTo12/30/202282to12/26/202225§6-3單效蒸發(fā)§6-3-1溶液的沸點升高和溫度差損失一、溶液的沸點升高

在一定的壓強與液層深度條件下，溶液的沸點較純?nèi)軇ㄋ┑母?，高出的度?shù)稱為溶液的沸點升高，例如，常壓下20%（質(zhì)量百分數(shù)），若不特別指明，本章溶液的組成都是指質(zhì)量百分數(shù)。NaOH水溶液的沸點為108.5℃，而水的為100℃，此時溶液沸點升高8.5℃。12/30/202283§6-3單效蒸發(fā)§6-3-1溶液的沸點升高和溫

一般稀溶液和有機溶液的沸點升高值較小，而無機鹽溶液的沸點升高值較大，有時可高達數(shù)十度。沸點升高現(xiàn)象對蒸發(fā)操作的有效溫度差不利，例如用120℃飽和水蒸汽分別加熱20%的NaOH水溶液和純水，并使之沸騰，有效溫度差分別為120-108.5=11.5℃和120-100=20℃。由于有沸點升高現(xiàn)象，使同條件下蒸發(fā)溶液的有效溫度差下降8.5℃。12/30/202284一般稀溶液和有機溶液的沸點升高值較小，而無機鹽溶液的溫度差損失不僅僅是因為溶液中含有了不揮發(fā)性溶質(zhì)引起的，蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力高于冷凝器以克服二次蒸汽從蒸發(fā)器流到冷凝器的阻力損失、蒸發(fā)器的操作需維持一定的液面等因素都會造成溫度差損失。Δ=Δ′+Δ"+Δ"′

二、蒸發(fā)設(shè)備中的溫度差損失12/30/202285溫度差損失不僅僅是因為溶液中含有了不揮發(fā)性溶

（1）由于溶液中溶質(zhì)存在而引起的溫度差損失

由于溶液中溶有不揮發(fā)性溶質(zhì)，使得溶液的蒸汽壓比同條件下純水的要低，因此溶液的沸點比同條件下純水的高，兩者之差稱為由于溶液中溶質(zhì)存在而引起的溫度差損失（沸點升高），或稱為因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失（沸點升高），以’表示。

該溫度差損失與溶液種類、濃度及操作壓強有關(guān)，一般由實驗測定。12/30/202286（1）由于溶液中溶質(zhì)存在而引起的溫度差損失12/26

（2）由加熱管內(nèi)液柱靜壓強引起的溫度差損失某些蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)積有一定高度的液層，液層內(nèi)部各截面上的壓強大于液層表面的壓強，因此液層內(nèi)部的沸點高于液面的沸點，液層內(nèi)部的沸點與液層表面沸點之差稱為因液柱靜壓強引起的溫度差損失，用’’表示。

（3）由于管路中流動阻力而引起的溫度差損失多效蒸發(fā)中二次蒸汽由前效送至下一效時，因流動阻力使二次蒸汽壓強略有下降，溫度也相應(yīng)降低，致使有效溫度差略有損失，這種損失稱為因流動阻力而引起的溫度差損失，用’’’表示。一般取經(jīng)驗值1C～1.5C。12/30/202287（2）由加熱管內(nèi)液柱靜壓強引起的溫度差損失（3）由§6-3-2生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度

一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力

蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量來表示，又稱蒸發(fā)量，用W表示，[kg/h]?？捎谜舭l(fā)器的傳熱速率來衡量其生產(chǎn)能力。二、蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度1、概念：蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是指單位時間內(nèi)在單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水分量，用U表示，[kg/m2.h]。

蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是衡量蒸發(fā)器性能好壞的標準。12/30/202288§6-3-2生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度一、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力12、提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度的途徑：若為沸點進料，忽略蒸發(fā)器的熱損失：r’－操作壓強下，二次蒸汽的氣化潛熱，kJ/kg.12/30/2022892、提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度的途徑：12/26/202232

（1）提高tm:tm=T-t

傳熱溫差取決于加熱蒸汽的壓強以及冷凝器中二次蒸汽的壓強。加熱蒸汽的壓強：300～500kPa，特例：600～800kPa冷凝器的真空度:要求殘壓（絕壓）10～20kPa（2）增大總傳熱系數(shù)K：

總傳熱系數(shù)K取決于兩側(cè)的對流傳熱分系數(shù)及污垢熱阻。一般：o>>i?？紤]增大i為主。管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻也是影響總傳熱系數(shù)K的重要因素。12/30/202290（1）提高tm:tm=T-t§6－4多效蒸發(fā)

節(jié)約能源，提高加熱蒸汽的經(jīng)濟程度，使單位質(zhì)量的加熱蒸汽能夠除去較多的水分，是蒸發(fā)操作中要解決的關(guān)鍵問題之一。多效蒸發(fā)就是最有效的措施之一。12/30/202291§6－4多效蒸發(fā)節(jié)約能源，提高加熱蒸汽一、多效蒸發(fā)的操作原理

將二次蒸汽作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，只要該蒸發(fā)器蒸發(fā)室的壓強和溶液沸點，均比原蒸發(fā)器中的低，則引入的二次蒸汽仍能起到加熱作用，此時第二個蒸發(fā)器的加熱室便是第一個蒸發(fā)器的冷凝器。

將多個蒸發(fā)器這樣連接起來一同操作，即組成一個多效蒸發(fā)器。每一個蒸發(fā)器稱為一效，通入生蒸汽的蒸發(fā)器稱為第一效，利用第一效的二次蒸汽以加熱的稱為第二效，依此類推。12/30/202292一、多效蒸發(fā)的操作原理12/26/202235W－蒸發(fā)量，單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量,kg/h；D－加熱蒸汽的消耗量,kg/h。D/W－單位蒸汽耗量，蒸發(fā)單位質(zhì)量的水分所消耗的加熱蒸汽,無量綱。效數(shù)：單效雙效三效四效五效D/W：1.10.570.40.30.27

to

To

多效蒸發(fā)可以節(jié)省大量的生蒸汽。在蒸發(fā)大量水分時，廣泛采用多效蒸發(fā)。常用的多效蒸發(fā)：雙效、三效、四效，有的多達六效。

12/30/202293W－蒸發(fā)量，單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量,kg/h；12/26/2二、多效蒸發(fā)流程根據(jù)溶液與二次蒸氣的流向，可有不同的加料方法與相應(yīng)的流程。加熱蒸汽的流向都是由第一效順序流至末效。以三效為例，可以有三種流程：1、并流加料流程

（1）流程：如下圖所示。在這種流程中，溶液的流向和蒸氣的流向相同，從第1效順序到第3效，壓力逐效降低，溶液濃度逐效升高。12/30/202294二、多效蒸發(fā)流程12/26/202237動畫12/30/202295動畫12/26/202238（2）特點：a.溶液的輸送可以利用各效間的壓力差進行。b.溶液由前一效進入后一效時，由于減壓，存在自蒸發(fā)現(xiàn)象，故后一效產(chǎn)生的二次蒸氣略多。自蒸發(fā)現(xiàn)象：在并流流程中，由于后一效的壓力較前一效的低，所以，當溶液由前一效進入后一效時，往往由于過熱而自行蒸發(fā)，常稱為自蒸發(fā)或閃蒸，這就使后一效可以產(chǎn)生稍多一些的二次蒸氣。12/30/202296（2）特點：12/26/202239c.傳熱系數(shù)逐效減小，最末一、二效尤為顯著。傳熱系數(shù)逐效減小：并流加料時，沿著溶液的流動方向，溶液的濃度不斷升高，而其溫度卻不斷降低，溶液的粘度增加很大，使得后一效蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)常較前一效的為小，這在最末一、二效更為嚴重。因此，并流加料時，第1效的傳熱系數(shù)往往比末效的大得多。12/30/202297c.傳熱系數(shù)逐效減小，最末一、二效尤為顯著。12/26/202、逆流加料流程

（1）流程：如下圖所示。蒸汽還是從第1效順序到第3效，而溶液的流向和蒸氣的流向相反。從第1效到第3效，壓力逐效降低，溶液濃度逐效降低。動畫12/30/2022982、逆流加料流程

（1）流程：如下圖所示。蒸汽還是從第1

（2）特點：與并流加料流程相反。a.逆流加料時，各效之間溶液的輸送要用泵來完成。b.由于多效蒸發(fā)時，前一效壓力總是比后一效的為高，所以，當溶液由后一效逆流進入前一效時，不僅沒有自蒸發(fā)，還需多消耗部分熱量將溶液加熱至沸點。所以與并流進料比，產(chǎn)生的二次蒸汽量較少。

12/30/202299（2）特點：與并流加料流程相反。12/26/202242

c.在逆流加料時，沿著溶液的流動方向，溶液的濃度不斷升高，其溫度也不斷上升，所以，各效溶液的粘度比較接近，從而各效的傳熱系數(shù)不會像并流加料時那樣相差懸殊，而是差不多大。當完成液由第1效排出時，其溫度也較其余各效的為高。逆流加料適用于粘度隨濃度和溫度變化較大的溶液，而不適于熱敏性物料的蒸發(fā)。12/30/2022100c.在逆流加料時，沿著溶液的流動方向，溶液的3、平流加料流程

如下圖所示。蒸汽還是從第1效順序到第3效，料液由各效分別加入，完成液也分別由各效排出。該流程主要應(yīng)用于蒸發(fā)過程中容易析出結(jié)晶的場合。動畫12/30/20221013、平流加料流程

如下圖所示。蒸汽還是從第1效順序三、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較前提：多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的操作條件相同，即（1）多效蒸發(fā)的第一效的加熱蒸汽與單效蒸發(fā)的加熱蒸汽相同；（2）單效蒸發(fā)的冷凝器與多效蒸發(fā)末效的冷凝器相同。1、溫度差損失和有效溫度差

（1）當完成液濃度相同時，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)；

（2）當理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發(fā)的各效有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)。12/30/2022102三、多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較12/26/202245

多效蒸發(fā)中每一效都存在溫度差損失。假定完成液的濃度相同，則多效蒸發(fā)中末效的溫度差損失接近于單效蒸發(fā)的溫度差損失，因此，多效蒸發(fā)中各效溫度差損失之和大于單效蒸發(fā)。由此可知，當理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發(fā)的有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發(fā)。隨總效數(shù)增加，有效傳熱溫度差減小。同時，由于總有效傳熱溫度差以某種方式分配于各效，因此，多效蒸發(fā)中每一效的有效傳熱溫度差遠小于單效。12/30/2022103多效蒸發(fā)中每一效都存在溫度差損失。假定完成液如下圖為單效、二效和三效蒸發(fā)裝置中溫度差損失示意，圖中三種情況有著相同的操作條件。其中圖形總高度代表加熱蒸汽溫度130℃和冷凝器中蒸汽溫度50℃間的總溫度差（即130-50=80℃），陰影部分代表由于各種原因