hgyl~第六章蒸发

1、2021-8-71 化工原理化工原理 陈玉琴陈玉琴 2021-8-72 6-16-1 概述概述 蒸发是工业上常用的蒸发是工业上常用的浓缩方法浓缩方法。 一、蒸发概念一、蒸发概念 1 1、蒸发蒸发：使含有不挥发物质的溶液沸腾汽化，：使含有不挥发物质的溶液沸腾汽化， 并移出蒸汽，从而使溶液中的溶质浓度提高的并移出蒸汽，从而使溶液中的溶质浓度提高的 单元操作，称为蒸发。单元操作，称为蒸发。 2 2、蒸发的、蒸发的目的目的：将溶液浓缩后将溶液浓缩后, ,冷却结晶，冷却结晶， 获得获得固体产品固体产品；获得纯净的获得纯净的溶剂产品溶剂产品；获获 得浓缩的得浓缩的溶液产品溶液产品。 2021-8-73 3

2、、蒸发的必备条件：、蒸发的必备条件： 被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶剂被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶剂 的溶液。的溶液。本章只讨论水溶液的蒸发。本章只讨论水溶液的蒸发。 加热蒸汽：加热蒸汽：工业上采用的热源为水蒸气，称为加工业上采用的热源为水蒸气，称为加 热蒸气热蒸气,又称又称生蒸汽生蒸汽。 二次蒸汽：二次蒸汽：蒸发时产生的蒸汽称为二次蒸汽蒸发时产生的蒸汽称为二次蒸汽。 蒸发的必备条件：蒸发的必备条件：（1）热能（）热能（加热蒸汽）的不断供给；加热蒸汽）的不断供给； （2）二次蒸汽的不断排除。）二次蒸汽的不断排除。 2021-8-74 二、蒸发的分类二、蒸发的分类 1 1、

3、按操作空间的压力分：常压蒸发，加压蒸发及减、按操作空间的压力分：常压蒸发，加压蒸发及减 压蒸发。压蒸发。 减压蒸发减压蒸发又称真空蒸发。真空蒸发的特点：又称真空蒸发。真空蒸发的特点： （1） 减压下，溶液的沸点下降减压下，溶液的沸点下降，有利于处理热敏性，有利于处理热敏性 物料物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源；，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源； （2）溶液的沸点随所处的压强的减小而减小溶液的沸点随所处的压强的减小而减小，故对，故对 相同压强的加热蒸气，当溶液处于减压时，可以提高传相同压强的加热蒸气，当溶液处于减压时，可以提高传 热总温度差；但同时，溶液的粘度会加大，又使总传热热

4、总温度差；但同时，溶液的粘度会加大，又使总传热 系数减小；系数减小； （3）真空蒸发系统要求有造成减压的设备，如真空泵，）真空蒸发系统要求有造成减压的设备，如真空泵， 这样会使系统的投资和操作费用提高。这是不利的一面。这样会使系统的投资和操作费用提高。这是不利的一面。 2021-8-75 2、按二次蒸汽的利用情况分：、按二次蒸汽的利用情况分： （1）单效蒸发：单效蒸发：将所产生的二次蒸汽不再利用，而将所产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发，称为单效蒸发。直接送往冷凝器冷凝以除去的蒸发，称为单效蒸发。 （2） 多效蒸发：多效蒸发：将多个蒸发器串连，使加热蒸汽在将多个蒸发器串

5、连，使加热蒸汽在 蒸发过程中得到多次利用的蒸发过程称为蒸发过程中得到多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。多效蒸发。 动画动画 2021-8-76 三、蒸发流程三、蒸发流程 下图所示为硝酸铵水溶液蒸发的简化流程图。该流下图所示为硝酸铵水溶液蒸发的简化流程图。该流 程包括蒸发器和冷凝器。稀硝酸铵水溶液（程包括蒸发器和冷凝器。稀硝酸铵水溶液（料液料液）经预）经预 热后加入蒸发器。热后加入蒸发器。 蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室蒸发器的下部是由许多加热管组成的加热室，在管在管 外用加热蒸汽加热管内的溶液，外用加热蒸汽加热管内的溶液，并使之沸腾气化。经浓并使之沸腾气化。经浓 缩后的硝酸铵水溶液（完成

6、液）从蒸发器底部排出。缩后的硝酸铵水溶液（完成液）从蒸发器底部排出。 蒸发器的上部为分离室（蒸发室），汽化产生的蒸蒸发器的上部为分离室（蒸发室），汽化产生的蒸 汽在分离室及其顶部的除沫器中将其携带的液沫予以分汽在分离室及其顶部的除沫器中将其携带的液沫予以分 离离，然后送往冷凝器被冷凝而除去。，然后送往冷凝器被冷凝而除去。 2021-8-77 动画动画 三效动画三效动画 2021-8-78 中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器 1 1加热室；加热室；2 2中央循环管；中央循环管； 3 3分离室；分离室；4 4外壳外壳 中央循环管式蒸发器：中央循环管式蒸发器： 加热室由管束组成，管束加热室由管束组

7、成，管束 中央有一根直径较粗的管中央有一根直径较粗的管 子。子。细管内单位体积溶液细管内单位体积溶液 受热面大于粗管的受热面大于粗管的，因此，因此 细管内汽液混合物的密度细管内汽液混合物的密度 比粗管内的小比粗管内的小。这种。这种密度密度 差促使溶液作沿粗管下降差促使溶液作沿粗管下降 而由细管上升的连续规则而由细管上升的连续规则 的自然循环运动的自然循环运动。粗管称。粗管称 为为降液管降液管或或中央循环管中央循环管， 细管称为沸腾管或加热管。细管称为沸腾管或加热管。 2021-8-79 四、蒸发操作的特点四、蒸发操作的特点 1 1、传热性质：传热性质：传热壁面的一侧为加热蒸气进行冷传热壁面的一

8、侧为加热蒸气进行冷 凝，另一侧为溶液的沸腾，所以凝，另一侧为溶液的沸腾，所以蒸发过程属于间壁两侧蒸发过程属于间壁两侧 流体均有相变化的恒温传热过程；流体均有相变化的恒温传热过程； 2 2、溶液性质：溶液性质：有些溶液在蒸发过程中有有些溶液在蒸发过程中有晶体析出，晶体析出， 或易结垢、易生成泡沫或易结垢、易生成泡沫等，还有些溶液等，还有些溶液高温下易分解或高温下易分解或 聚合聚合。此外，在蒸发过程中，随着溶液的浓缩，其粘度。此外，在蒸发过程中，随着溶液的浓缩，其粘度 不断增大，腐蚀性也逐渐加强。所有这些性质的不同或不断增大，腐蚀性也逐渐加强。所有这些性质的不同或 变化，在蒸发时都要考虑到，且要根

9、据不同物料的特性变化，在蒸发时都要考虑到，且要根据不同物料的特性 和工艺条件的要求，选择适宜的蒸发方法和蒸发设备。和工艺条件的要求，选择适宜的蒸发方法和蒸发设备。 2021-8-710 3 3、溶液的沸点升高：溶液的沸点升高：蒸发的物料是溶有不挥发溶蒸发的物料是溶有不挥发溶 质的溶液。在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂质的溶液。在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂 （水）的沸点。所以，（水）的沸点。所以，当加热蒸汽温度一定时，蒸发当加热蒸汽温度一定时，蒸发 溶液时的传热温差就会比蒸发纯溶剂时的传热温差小溶液时的传热温差就会比蒸发纯溶剂时的传热温差小， 而且，溶液的浓度越大，这种影响越显著。而且，

10、溶液的浓度越大，这种影响越显著。 4 4、能量利用与回收：能量利用与回收：如何充分利用加热蒸气，使如何充分利用加热蒸气，使 单位质量的加热蒸气能除去较多的水分单位质量的加热蒸气能除去较多的水分，亦即如何，亦即如何提提 高加热蒸气的经济程度高加热蒸气的经济程度，是蒸发操作中要考虑的关键，是蒸发操作中要考虑的关键 问题之一。问题之一。 5 5、泡沫夹带：泡沫夹带：二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝 前必须设法除去，否则不但损失物料，而且还会污染前必须设法除去，否则不但损失物料，而且还会污染 冷凝设备。冷凝设备。 2021-8-711 6-26-2 蒸发设备蒸发器蒸发设备蒸

11、发器 蒸发设备的作用蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加是使进入蒸发器的原料液被加 热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出 二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。 蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和 分离室组成分离室组成。蒸发的。蒸发的辅助设备辅助设备包括：使液沫进一步包括：使液沫进一步 分离的分离的除沫器除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器冷凝器。 减压操作时还需减压操作时还需真空装置真空装置。 2021-8-712 一

12、、蒸发器的分类一、蒸发器的分类 在蒸发操作时，根据两流体之间的接触方式不同，在蒸发操作时，根据两流体之间的接触方式不同， 可将蒸发器分为可将蒸发器分为间接加热式间接加热式蒸发器和蒸发器和直接加热式直接加热式 （P306）蒸发器。间接加热式蒸发器主要由蒸发器。间接加热式蒸发器主要由加热室加热室及及 分离室分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情 况，可将工业中常见的间接加热蒸发器分为况，可将工业中常见的间接加热蒸发器分为循环型循环型 （非膜式）（非膜式）和和单程型（膜式）单程型（膜式）两大类。两大类。 （膜式蒸发器）（膜式蒸发器） (自然循环蒸发器、

13、强制自然循环蒸发器、强制 循环蒸发器循环蒸发器) （P306） 2021-8-713 二、蒸发器二、蒸发器 （一）循环型（非膜式）蒸发器（一）循环型（非膜式）蒸发器 特点：特点： 溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传 热效果。由于引起循环运动的原因不同，又分为自然热效果。由于引起循环运动的原因不同，又分为自然 循环型和强制循环型两类。循环型和强制循环型两类。 自然循环：自然循环：由于溶液受热程度不同产生由于溶液受热程度不同产生密度差密度差引起引起 强制循环：强制循环：用用泵泵迫使溶液沿一定方向流动迫使溶液沿一定方向流动 2021-8-714 1.1.中央

14、循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器 加热室由管束组成，管加热室由管束组成，管 束中央有一根直径较粗的管束中央有一根直径较粗的管 子。子。细管内单位体积溶液受细管内单位体积溶液受 热面大于粗管的热面大于粗管的，即细管内即细管内 的溶液受热好，溶液气化的的溶液受热好，溶液气化的 多，因此多，因此细管内汽液混合物细管内汽液混合物 的密度比粗管内的小的密度比粗管内的小。这种。这种 密度差密度差促使溶液作沿粗管下促使溶液作沿粗管下 降而由细管上升的连续规则降而由细管上升的连续规则 的自然循环运动的自然循环运动。粗管称为粗管称为 降液管或中央循环管，细管降液管或中央循环管，细管 称为沸腾管或加热管称为沸腾管

15、或加热管。 1 1加热室；加热室；2 2中央循环中央循环 管；管；3 3分离室；分离室；4 4外壳外壳 动画动画 2021-8-715 中央循环管式蒸发器具有溶液循环好，传热效率高中央循环管式蒸发器具有溶液循环好，传热效率高 的优点，而且结构紧凑，制造方便，操作可靠，所以的优点，而且结构紧凑，制造方便，操作可靠，所以 应用非常广泛，有应用非常广泛，有“标准蒸发器标准蒸发器”之称。之称。 为了溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为了溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般 为加热管总截面积的为加热管总截面积的4040100100。管束高度为。管束高度为1 12m2m， 加热管直径在加热管直径在2

16、52575mm75mm之间，长径比一般为之间，长径比一般为20204040。 由于结构限制，由于结构限制，循环速度一般在循环速度一般在0.40.40.5m/s0.5m/s以下以下， 故溶液粘度大、沸点高。故溶液粘度大、沸点高。中央循环管式蒸发器适用于中央循环管式蒸发器适用于 处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。 2021-8-716 2. 2. 外热式蒸发器外热式蒸发器 外热式蒸发器的加热外热式蒸发器的加热 管较长，其长径比为管较长，其长径比为5050 100100。由于循环管内的溶。由于循环管内的溶 液未受蒸汽加热，其密度液未受蒸汽加热，其密度 较加热管内的大

17、，因此形较加热管内的大，因此形 成成溶液沿循环管下降而沿溶液沿循环管下降而沿 加热管上升的循环运动，加热管上升的循环运动， 循环速度可达循环速度可达1.5m/s1.5m/s。 1加热室；加热室；2分离室；分离室； 3循环管循环管 动画动画 2021-8-717 3. 强制循环蒸发器强制循环蒸发器 自然循环蒸发器共同缺点自然循环蒸发器共同缺点 就是溶液的循环速度较慢，传就是溶液的循环速度较慢，传 热效果较差。热效果较差。 对于粘度大，易结垢或易对于粘度大，易结垢或易 结晶的溶液，可采用强制循环结晶的溶液，可采用强制循环 蒸发器，蒸发器，这种蒸发器内的溶液这种蒸发器内的溶液 是利用外加动力（泵）进

18、行循是利用外加动力（泵）进行循 环的环的，循环速度可达循环速度可达2 25m/s5m/s。 泵迫使溶液沿一个方向通过加泵迫使溶液沿一个方向通过加 热管热管。 但是但是动力消耗大动力消耗大：0.40.4 0.8kW/(m0.8kW/(m2 2传热面积）。传热面积）。 1 1加热室；加热室；2 2循环泵；循环泵；3 3循循 环管；环管；4 4分离室；分离室；5 5除沫器除沫器 动画动画 2021-8-718 循环型蒸发器的共同特点蒸发器内料液的滞留量循环型蒸发器的共同特点蒸发器内料液的滞留量 大，物料在高温下停留时间长，对热敏性物料不利。大，物料在高温下停留时间长，对热敏性物料不利。 而在单程型（

19、膜式）蒸发器中，物料一次通过加而在单程型（膜式）蒸发器中，物料一次通过加 热面即可完成浓缩要求；离开加热管的溶液及时加热面即可完成浓缩要求；离开加热管的溶液及时加 以冷却，受热时间大为缩短，因此对热敏性物料特以冷却，受热时间大为缩短，因此对热敏性物料特 别适宜。别适宜。 2021-8-719 （膜式蒸发器）（膜式蒸发器） 2021-8-720 在各种流动状态下，以膜状流动在各种流动状态下，以膜状流动 效果最好，故溶液应先预热到沸点或效果最好，故溶液应先预热到沸点或 接近沸点后在进入蒸发器。接近沸点后在进入蒸发器。 1、升膜式蒸发器、升膜式蒸发器 动画动画 2021-8-721 2、降膜式蒸发器

20、、降膜式蒸发器 P305 图图56 3、刮板搅拌薄膜式蒸发器、刮板搅拌薄膜式蒸发器 P306 图图59 （三）直接加热蒸发器（三）直接加热蒸发器 P306 图图510 2021-8-722 三、蒸发器的选型三、蒸发器的选型 蒸发器的结构型式很多，实际选型时，除了要求蒸发器的结构型式很多，实际选型时，除了要求 结构简单、易于制造、金属消耗量小、维修方便、传结构简单、易于制造、金属消耗量小、维修方便、传 热效果好等等外，热效果好等等外，首要的还是看它能否适应所蒸发物首要的还是看它能否适应所蒸发物 料的工艺特性，料的工艺特性，包括物料的粘性、热敏性、腐蚀性、包括物料的粘性、热敏性、腐蚀性、 结晶、结

21、垢性等等，然后再全面综合地加以考虑。结晶、结垢性等等，然后再全面综合地加以考虑。 2021-8-723 1 1、溶液的粘度、溶液的粘度：蒸发过程中，溶液粘度的变化的范：蒸发过程中，溶液粘度的变化的范 围，是选型首要考虑的因素。围，是选型首要考虑的因素。toto 2 2、溶液的热稳定性：、溶液的热稳定性：长时间受热易分解，易聚合以长时间受热易分解，易聚合以 及易结垢的溶液蒸发时，应采用滞料量少，停留时间及易结垢的溶液蒸发时，应采用滞料量少，停留时间 短的蒸发器。如膜式蒸发器。短的蒸发器。如膜式蒸发器。 toto 3 3、有晶体析出的溶液：、有晶体析出的溶液：对蒸发时有晶体析出的溶液，对蒸发时有晶

22、体析出的溶液， 应采用外热式蒸发器或强制循环式蒸发器。应采用外热式蒸发器或强制循环式蒸发器。 toto 4 4、易发泡的溶液：、易发泡的溶液：这类溶液在蒸发时会生成层层重这类溶液在蒸发时会生成层层重 叠不易破碎的泡沫，充满了整个分离室后即随二次蒸叠不易破碎的泡沫，充满了整个分离室后即随二次蒸 汽排出，不但损失物料，而且污染冷凝器。蒸发这类汽排出，不但损失物料，而且污染冷凝器。蒸发这类 溶液宜采用外热式蒸发器、强制循环式蒸发器或升膜溶液宜采用外热式蒸发器、强制循环式蒸发器或升膜 式蒸发器。式蒸发器。 toto 2021-8-724 5 5、有腐蚀性的溶液：蒸发腐蚀性的溶液时，加热管、有腐蚀性的溶

23、液：蒸发腐蚀性的溶液时，加热管 应采用应采用特殊材质特殊材质制成，或者制成，或者内壁衬以耐腐蚀材料内壁衬以耐腐蚀材料。 6 6、易结垢的溶液：对易结垢的溶液，应考虑选择便、易结垢的溶液：对易结垢的溶液，应考虑选择便 于清洗和溶液循环速度较大的蒸发器。于清洗和溶液循环速度较大的蒸发器。 ToTo 7 7、溶液的处理量：当要求传热面积大于、溶液的处理量：当要求传热面积大于10m10m2 2时，不宜时，不宜 选用刮板搅拌薄膜蒸发器（选用刮板搅拌薄膜蒸发器（P306P306图图5 59 9），要求传热），要求传热 面积在面积在20m20m2 2以上时，宜采用多效蒸发操作。以上时，宜采用多效蒸发操作。

24、2021-8-725 toto ToTo 2021-8-726 6-3 6-3 单效蒸发单效蒸发 6-3-1 6-3-1 溶液的沸点升高和溶液的沸点升高和温度差损失温度差损失 一一、溶液的沸点升高、溶液的沸点升高 在一定的压强与液层深度条件下，溶液的沸在一定的压强与液层深度条件下，溶液的沸 点较纯溶剂（水）的高，高出的度数称为溶液的点较纯溶剂（水）的高，高出的度数称为溶液的 沸点升高，沸点升高，例如，常压下例如，常压下20%20%（质量百分数）（质量百分数） ， 若不特别指明，若不特别指明，本章溶液的组成都是指质量百分本章溶液的组成都是指质量百分 数数。NaOHNaOH水溶液的沸点为水溶液的沸

25、点为108.5108.5，而水的为，而水的为 100100，此时溶液沸点升高，此时溶液沸点升高8.58.5。 2021-8-727 一般稀溶液和有机溶液的沸点升高值较小，而无一般稀溶液和有机溶液的沸点升高值较小，而无 机盐溶液的沸点升高值较大，机盐溶液的沸点升高值较大，有时可高达数十度。有时可高达数十度。 沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利，沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利，例例 如用如用120120饱和水蒸汽分别加热饱和水蒸汽分别加热20%20%的的NaOHNaOH水溶液和纯水溶液和纯 水，并使之沸腾，有效温度差分别为水，并使之沸腾，有效温度差分别为120-120- 108.5=1

26、1.5108.5=11.5和和120-100=20120-100=20。 由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液的有由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液的有 效温度差下降效温度差下降8.58.5。 2021-8-728 温度差损失不仅仅是因为溶液中含有了不挥发温度差损失不仅仅是因为溶液中含有了不挥发 性溶质引起的，蒸发器内的操作压力高于冷凝器以性溶质引起的，蒸发器内的操作压力高于冷凝器以 克服二次蒸汽从蒸发器流到冷凝器的阻力损失、蒸克服二次蒸汽从蒸发器流到冷凝器的阻力损失、蒸 发器的操作需维持一定的液面等因素都会造成温度发器的操作需维持一定的液面等因素都会造成温度 差损失。差损失。 =+ 二

27、、蒸发设备中的温度差损失二、蒸发设备中的温度差损失 2021-8-729 （1 1）由于溶液中溶质存在而引起的温度差损失）由于溶液中溶质存在而引起的温度差损失 由于溶液中溶有不挥发性溶质，使得溶液的蒸汽由于溶液中溶有不挥发性溶质，使得溶液的蒸汽 压比同条件下纯水的要低，因此溶液的沸点比同条件压比同条件下纯水的要低，因此溶液的沸点比同条件 下纯水的高，两者之差称为由于溶液中溶质存在而引下纯水的高，两者之差称为由于溶液中溶质存在而引 起的温度差损失（沸点升高），或称为因溶液蒸汽压起的温度差损失（沸点升高），或称为因溶液蒸汽压 下降而引起的温度差损失（沸点升高），以下降而引起的温度差损失（沸点升高）

28、，以 表示。 表示。 该该温度差损失与溶液种类、浓度及操作压强有关，温度差损失与溶液种类、浓度及操作压强有关， 一般由实验测定。一般由实验测定。 2021-8-730 （2 2）由加热管内液柱静压强引起的温度差损失）由加热管内液柱静压强引起的温度差损失 某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液层，液某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液层，液 层内部各截面上的压强大于液层表面的压强，因此层内部各截面上的压强大于液层表面的压强，因此液液 层内部的沸点高于液面的沸点，液层内部的沸点与液层内部的沸点高于液面的沸点，液层内部的沸点与液 层表面沸点之差称为因液柱静压强引起的温度差损失，层表面沸点之差称为因液柱

29、静压强引起的温度差损失， 用用 表示。 表示。 （3 3）由于管路中流动阻力而引起的）由于管路中流动阻力而引起的温度差损失温度差损失 多效蒸发中二次蒸汽由前效送至下一效时，多效蒸发中二次蒸汽由前效送至下一效时，因因流流 动阻力使动阻力使二次蒸汽压强略有下降，温度也相应降低，二次蒸汽压强略有下降，温度也相应降低， 致使有效温度差略有损失，这种损失称为因致使有效温度差略有损失，这种损失称为因流动阻力流动阻力 而引起的而引起的温度差损失，用温度差损失，用 表示。表示。一般取经验值一般取经验值 1 1 C C1.5 1.5 C C。 2021-8-731 6-3-2 6-3-2 生产能力及生产强度生产

30、能力及生产强度 一、蒸发器的生产能力一、蒸发器的生产能力 蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水 分量来表示，又称蒸发量，用分量来表示，又称蒸发量，用W W表示，表示，kg/hkg/h。 可用蒸发器的传热速率来衡量其生产能力。可用蒸发器的传热速率来衡量其生产能力。 二、蒸发器的生产强度二、蒸发器的生产强度 1 1、概念：、概念：蒸发器的生产强度是指单位时间内在蒸发器的生产强度是指单位时间内在 单位传热面积上所蒸发的水分量，用单位传热面积上所蒸发的水分量，用U U表示，表示， kg/mkg/m2 2.h.h。 蒸发器的生产强度是衡量蒸发器性能好坏蒸发器的生产强度

31、是衡量蒸发器性能好坏 的标准的标准。 S W U 2021-8-732 2、提高蒸发器的生产强度的途径：、提高蒸发器的生产强度的途径： 若为沸点进料，忽略蒸发器的热损失：若为沸点进料，忽略蒸发器的热损失： r r 操作压强下，二次蒸汽的气化潜热， 操作压强下，二次蒸汽的气化潜热，kJ/kg.kJ/kg. m tKSWrQ r tKS W m r tK S W U m tTtm 2021-8-733 （1 1）提高提高 t tm m: : t tm m=T-t=T-t 传热温差取决于加热蒸汽的压强以及冷凝器中二传热温差取决于加热蒸汽的压强以及冷凝器中二 次蒸汽的压强。次蒸汽的压强。 加热蒸汽的压

32、强：加热蒸汽的压强：300300500kPa500kPa，特例：，特例：600600800kPa800kPa 冷凝器的真空度冷凝器的真空度: : 要求残压（绝压）要求残压（绝压） 101020kPa20kPa （2）增大总传热系数增大总传热系数K： i si o R b K 111 总传热系数总传热系数K K取决于两侧的对流传热分系数及污垢取决于两侧的对流传热分系数及污垢 热阻。一般热阻。一般 ： o o i i。考虑增大。考虑增大 i i为主。管内侧的污为主。管内侧的污 垢热阻也是影响总传热系数垢热阻也是影响总传热系数K K的重要因素。的重要因素。 2021-8-734 6 64 4 多效蒸

33、发多效蒸发 节约能源，提高加热蒸汽的经济程度，使节约能源，提高加热蒸汽的经济程度，使 单位质量的加热蒸汽能够除去较多的水分单位质量的加热蒸汽能够除去较多的水分，是蒸，是蒸 发操作中要解决的关键问题之一。多效蒸发就是发操作中要解决的关键问题之一。多效蒸发就是 最有效的措施之一。最有效的措施之一。 2021-8-735 一、多效蒸发的操作原理一、多效蒸发的操作原理 将二次蒸汽作为另一蒸发器的加热蒸汽，只要该将二次蒸汽作为另一蒸发器的加热蒸汽，只要该 蒸发器蒸发室的压强和溶液沸点，均比原蒸发器中的蒸发器蒸发室的压强和溶液沸点，均比原蒸发器中的 低，则引入的二次蒸汽仍能起到加热作用，此时低，则引入的二

34、次蒸汽仍能起到加热作用，此时第二第二 个蒸发器的加热室便是第一个蒸发器的冷凝器。个蒸发器的加热室便是第一个蒸发器的冷凝器。 将多个蒸发器这样连接起来一同操作，即组成一将多个蒸发器这样连接起来一同操作，即组成一 个多效蒸发器。每一个蒸发器称为一效，个多效蒸发器。每一个蒸发器称为一效，通入生蒸汽通入生蒸汽 的蒸发器称为第一效，利用第一效的二次蒸汽以加热的蒸发器称为第一效，利用第一效的二次蒸汽以加热 的称为第二效，依此类推的称为第二效，依此类推。 2021-8-736 W W蒸发量，单位时间内蒸发的水分量蒸发量，单位时间内蒸发的水分量,kg/h,kg/h； D D加热蒸汽的消耗量加热蒸汽的消耗量,k

35、g/h,kg/h。 D / W D / W 单位蒸汽耗量，蒸发单位质量的水分所消单位蒸汽耗量，蒸发单位质量的水分所消 耗的加热蒸汽耗的加热蒸汽, ,无量纲。无量纲。 效数：效数： 单效单效 双效双效 三效三效 四效四效 五效五效 D / WD / W： 1.1 0.57 0.4 0.3 0.271.1 0.57 0.4 0.3 0.27 toto ToTo 多效蒸发可以节省大量的生蒸汽多效蒸发可以节省大量的生蒸汽。在蒸发大量。在蒸发大量 水分时，广泛采用多效蒸发。常用的多效蒸发：双水分时，广泛采用多效蒸发。常用的多效蒸发：双 效效 、 三效、四效，有的多达六效。三效、四效，有的多达六效。 20

36、21-8-737 二、多效蒸发流程二、多效蒸发流程 根据溶液与二次蒸气的流向，可有不同的加料方根据溶液与二次蒸气的流向，可有不同的加料方 法与相应的流程。法与相应的流程。加热蒸汽的流向都是由第一效顺序加热蒸汽的流向都是由第一效顺序 流至末效流至末效。以三效为例，可以有三种流程：。以三效为例，可以有三种流程： 1 1、并流加料流程、并流加料流程 （1 1）流程：）流程： 如下图所示。在这种流程中如下图所示。在这种流程中，溶液的流向和蒸气，溶液的流向和蒸气 的流向相同，从第的流向相同，从第1 1效顺序到第效顺序到第3 3效，压力逐效降低，效，压力逐效降低， 溶液浓度逐效升高。溶液浓度逐效升高。 2

37、021-8-738 动画动画 2021-8-739 （2 2）特点：）特点： a.a.溶液的输送可以利用各效间的压力差进行溶液的输送可以利用各效间的压力差进行。 b.b.溶液由前一效进入后一效时，由于减压，溶液由前一效进入后一效时，由于减压，存在自蒸存在自蒸 发现象发现象，故后一效产生的二次蒸气略多。，故后一效产生的二次蒸气略多。 自蒸发现象：自蒸发现象：在并流流程中，由于后一效的压力较前在并流流程中，由于后一效的压力较前 一效的低，所以，一效的低，所以，当溶液由前一效进入后一效时，往当溶液由前一效进入后一效时，往 往由于过热而自行蒸发，常称为自蒸发或闪蒸往由于过热而自行蒸发，常称为自蒸发或闪

38、蒸，这就，这就 使后一效可以产生稍多一些的二次蒸气。使后一效可以产生稍多一些的二次蒸气。 2021-8-740 c.传热系数逐效减小，传热系数逐效减小，最末一、二效尤为显著最末一、二效尤为显著。 。 传热系数逐效减小：传热系数逐效减小：并流加料时，并流加料时，沿着溶液的流沿着溶液的流 动方向，溶液的浓度不断升高，动方向，溶液的浓度不断升高，而其温度却不断而其温度却不断 降低，溶液的粘度增加很大，降低，溶液的粘度增加很大，使得后一效蒸发器使得后一效蒸发器 的传热系数常较前一效的为小，这在最末一、二的传热系数常较前一效的为小，这在最末一、二 效更为严重。因此，并流加料时，第效更为严重。因此，并流加

39、料时，第1 1效的传热效的传热 系数往往比末效的大得多。系数往往比末效的大得多。 2021-8-741 2 2、逆流加料流程、逆流加料流程 （1 1）流程：如下图所示。）流程：如下图所示。蒸汽还是蒸汽还是从第从第1效顺序到效顺序到 第第3效，而效，而溶液的流向和蒸气的流向相反。从第溶液的流向和蒸气的流向相反。从第1 1效到效到 第第3 3效，压力逐效降低，溶液浓度逐效降低效，压力逐效降低，溶液浓度逐效降低。 动画动画 2021-8-742 （2 2）特点：）特点：与并流加料流程相反与并流加料流程相反。 a.a.逆流加料时，各效之间溶液的输送要用泵来完逆流加料时，各效之间溶液的输送要用泵来完 成

40、成。 b.b.由于多效蒸发时，前一效压力总是比后一效的由于多效蒸发时，前一效压力总是比后一效的 为高，所以，当溶液由后一效为高，所以，当溶液由后一效逆流逆流进入前一效时，进入前一效时，不不 仅没有自蒸发，还需多消耗部分热量将溶液加热至沸仅没有自蒸发，还需多消耗部分热量将溶液加热至沸 点点。所以所以与并流进料比，产生的二次蒸汽量较少与并流进料比，产生的二次蒸汽量较少。 2021-8-743 c.c.在逆流加料时，在逆流加料时，沿着溶液的流动方向，溶液沿着溶液的流动方向，溶液 的浓度不断升高，其温度也不断上升的浓度不断升高，其温度也不断上升，所以，所以，各效各效 溶液的粘度比较接近，从而各效的传热

41、系数不会像溶液的粘度比较接近，从而各效的传热系数不会像 并流加料时那样相差悬殊，而是差不多大。并流加料时那样相差悬殊，而是差不多大。当完成当完成 液由第液由第1 1效排出时，其温度也较其余各效的为高。效排出时，其温度也较其余各效的为高。 逆流加料适用于粘度随浓度和温度变化较大的逆流加料适用于粘度随浓度和温度变化较大的 溶液，而不适于热敏性物料的蒸发。溶液，而不适于热敏性物料的蒸发。 2021-8-744 3 3、平流加料流程、平流加料流程 如下图所示。如下图所示。蒸汽还是从第蒸汽还是从第1效顺序到第效顺序到第3效，效， 料液由各效分别加入，完成液也分别由各效排出料液由各效分别加入，完成液也分别

42、由各效排出。该该 流程主要应用于蒸发过程中容易析出结晶的场合流程主要应用于蒸发过程中容易析出结晶的场合。 动画动画 2021-8-745 三、多效蒸发与单效蒸发的比较三、多效蒸发与单效蒸发的比较 前提：前提：多效蒸发与单效蒸发的操作条件相同多效蒸发与单效蒸发的操作条件相同，即，即 （1 1）多效蒸发的第一效多效蒸发的第一效的加热蒸汽的加热蒸汽与单效蒸发的加热与单效蒸发的加热 蒸汽相同；（蒸汽相同；（2 2）单效蒸发的冷凝器与多效蒸发末效的）单效蒸发的冷凝器与多效蒸发末效的 冷凝器相同。冷凝器相同。 1 1、温度差损失和有效温度差、温度差损失和有效温度差 （1 1） 当完成液浓度相同时，当完成液

43、浓度相同时，多效蒸发中各效温多效蒸发中各效温 度差损失之和大于单效蒸发度差损失之和大于单效蒸发； （2 2）当理论传热温度差一定时，）当理论传热温度差一定时，多效蒸发的各多效蒸发的各 效有效传热温度差之和小于单效蒸发效有效传热温度差之和小于单效蒸发。 2021-8-746 多效蒸发中每一效都存在温度差损失。假定完成多效蒸发中每一效都存在温度差损失。假定完成 液的浓度相同，则液的浓度相同，则多效蒸发中末效的温度差损失接近多效蒸发中末效的温度差损失接近 于单效蒸发的温度差损失，于单效蒸发的温度差损失，因此，多效蒸发中各效温因此，多效蒸发中各效温 度差损失之和大于单效蒸发。由此可知，度差损失之和大于

44、单效蒸发。由此可知，当理论传热当理论传热 温度差一定时，多效蒸发的有效传热温度差之和小于温度差一定时，多效蒸发的有效传热温度差之和小于 单效蒸发单效蒸发。 随总效数增加，有效传热温度差减小。同时，随总效数增加，有效传热温度差减小。同时，由由 于总有效传热温度差于总有效传热温度差以某种方式以某种方式分配于各效分配于各效，因此，因此， 多效蒸发中每一效的有效传热温度差远小于单效。多效蒸发中每一效的有效传热温度差远小于单效。 2021-8-747 如下图为单效、二效和三效蒸发装置中温度差损如下图为单效、二效和三效蒸发装置中温度差损 失示意，图中三种情况有着相同的操作条件。其中图失示意，图中三种情况有

45、着相同的操作条件。其中图 形总高度代表加热蒸汽温度形总高度代表加热蒸汽温度130 和冷凝器中蒸汽温和冷凝器中蒸汽温 度度50间的总温度差间的总温度差 （即（即130-50=80），阴影部分），阴影部分 代表由于代表由于各种原因引起的温度差损失各种原因引起的温度差损失，空白部分代表空白部分代表 有效温度差有效温度差，即传热的推动力。由图可见，多效蒸发，即传热的推动力。由图可见，多效蒸发 较单效蒸发的温度差损失大。显然，效数越多，温度较单效蒸发的温度差损失大。显然，效数越多，温度 差损失越大。差损失越大。 2021-8-748 单效单效 两效两效 三效三效 单效蒸发及多效蒸发温度差损失和有效温度差

46、单效蒸发及多效蒸发温度差损失和有效温度差 2021-8-749 505050 70707070 90 100 110 120 130130130 110 100 100 2021-8-750 2 2、经济性、经济性 由于由于多效蒸发提高了生蒸汽的经济性多效蒸发提高了生蒸汽的经济性，完成一定的，完成一定的 蒸发任务蒸发任务W W所需要的生蒸汽量大为减少，所需要的生蒸汽量大为减少，显著降低了操作显著降低了操作 费用，因此，在蒸发大量水分时，广泛采用多效蒸发。费用，因此，在蒸发大量水分时，广泛采用多效蒸发。 toto 3 3、生产能力和生产强度、生产能力和生产强度 （1 1）生产能力（）生产能力（W

47、 W）：单位时间内蒸发的水分量。）：单位时间内蒸发的水分量。 单效和多效蒸发的生产能力可分别由总传热速率方程单效和多效蒸发的生产能力可分别由总传热速率方程 式表示：式表示： 单效：单效： Q=KSQ=KS t t t t T Tt t 三效三效: Q: Q1 1=K=K1 1S S1 1 t t1 1 Q Q2 2=K =K2 2S S2 2 t t2 2 Q Q3 3=K =K3 3S S3 3 t t3 3 2021-8-751 设多效蒸发中，各效的传热面积设多效蒸发中，各效的传热面积S S和总传热系数和总传热系数K K 相等，并等于单效的，又设两者理论传热温度差相同。相等，并等于单效的，

48、又设两者理论传热温度差相同。 三效总传热速率：三效总传热速率：Q Q Q Q1 1 Q Q2 2 Q Q3 3KSKSt t t t t t1 1 t t2 2 t t3 3T Tt t 在各效在各效S S、K K与单效相同时，与单效相同时，若若不考虑操作过程中不考虑操作过程中 的温度差损失的温度差损失，多效蒸发与单效蒸发的传热速率相同，多效蒸发与单效蒸发的传热速率相同， 所以二者的生产能力相同所以二者的生产能力相同。但由于蒸发过程中不可避。但由于蒸发过程中不可避 免的存在温度差损失，而且多效蒸发的温度差损失较免的存在温度差损失，而且多效蒸发的温度差损失较 大，所以其生产能力小于单效蒸发。大，

49、所以其生产能力小于单效蒸发。 2021-8-752 （2 2）生产强度（）生产强度（U U）：单位时间内单位传热面积上蒸）：单位时间内单位传热面积上蒸 发的水分量。这是衡量蒸发器性能的重要指标之一。发的水分量。这是衡量蒸发器性能的重要指标之一。 为完成相同的生产任务，多效蒸发所需要的传热为完成相同的生产任务，多效蒸发所需要的传热 面积是单效蒸发的面积是单效蒸发的n n倍，所以倍，所以多效蒸发的生产强度是单多效蒸发的生产强度是单 效蒸发的效蒸发的1/n1/n； 多效蒸发提高了经济性，但却降低了生产强度多效蒸发提高了经济性，但却降低了生产强度。 多效蒸发经济性的提高是以增加设备费用为代价的。多效蒸发经济性的提高是以增加设备费用为代价的。 2021-8-753 四、多效蒸发中效数的限制及最佳效数四、多效蒸发中效数的限制及最佳效数 1 1、 传热温度差的限制传热温度差的限制 实际生产中实际生产中加热蒸气压力和冷凝器的真空度都有加热蒸气压力和冷凝器的真空度都