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1、第五章 蒸发,本章重点和难点 蒸发浓缩的操作原理、计算； 熟悉单效真空的工艺设备的配置； 了解多效蒸发流程及计算原理。,第一节 概 述,蒸发: 使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。所用的设备成为蒸发器。 加热蒸气：为蒸发操作提供热能的水蒸汽。亦称生蒸气。 二次蒸气：被蒸发的物料所产生的蒸气。,典型的蒸发操作,蒸发操作的分类 按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发 单效蒸发：二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝。 多效蒸发：二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气。多效蒸发则可提高加热蒸气的利用率，,单
2、效蒸发,溶液的沸点升高(温度差损失) 溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。,稀溶液或有机溶液沸点升高值较小； 无机盐溶液沸点升高值较大； 浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。,传热温度差损失：由于溶液的沸点升高，使蒸发器中的传热有效温度差小于未考虑沸点升高时理论上的传热温度差，由于沸点升高使传热温度差降低。故溶液的沸点升高又称为传热的温度差损失。 温度差损失： = tT- t t=Ts-t tT =Ts-T,（1）溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失 ； （2）加热管内液柱静压强而引起的温度差损失 ； （3）管路流体阻力而引起的温度差损失 。 总温度差损
3、失为：,蒸发过程中引起温度差损失的原因有：,tA 溶液沸点，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，,因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失,的计算方法 = f a 杜林法则,2、杜林规则 该规则认为：某溶液（或液体）在两种不同压力下两沸点之差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数，即 （5-7） 式中 tA 、tw分别为压强pM下溶液的沸点与纯水的沸点， tA、tw分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点， 一定浓度下溶液的沸点与相同压强下水的沸点呈直线关系，可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。,Pm 液层中部的平均压强，
4、Pa p 液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa l 液层深度，m,因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失,=tpm-tp tpm 与平均压强pm相对应纯水的沸点， tp与二次蒸气压强p相对应的水的沸点，,影响的因素： 液层内有气泡，算出的值偏大； 溶液循环速度较大时，会因流体阻力使平均压强增高。,采用多效蒸发时，二次蒸气在离开前一效蒸发室流往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.51.5。,因管路流体阻力而引起的温度差损失,单效蒸发的计算,1.物料衡算 2.热量衡算 加热蒸气的热量用于将原料液加热到沸点； 蒸发
5、水分； 热损失。 3. 传热计算,tm =T-t,蒸发器的生产能力和生产强度,进料状况对生产能力的影响： (1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力； (2)沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水分，其生产能力有所增加； (3)高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。,蒸发器的生产强度 若为沸点进料，且忽略热损失，则：,欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高蒸发器的总传热系数和传热温度差。,总传热系数取决于对流传热系数和污垢热阻。 蒸气冷凝传热系数通常比溶液沸腾传热系数大； 必须考虑及时排除蒸气中的不凝性气体，以免热阻增加，总传热系数下降。
6、,增大总传热系数是提高蒸发器生产强度的主要途径,传热温差取决于加热蒸气和二次蒸气的压强。,将若干个蒸发器串联起来，将前一个蒸发器产生的二次蒸汽引入后一个蒸发器的加热室作为热源，就成为多效蒸发。 可以把后效蒸发器的加热室看作前效的冷凝器，而末效的二次蒸汽则送去冷凝。 多效蒸发要求：后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低。,实际上每蒸发1kg水要消耗1kg 以上的蒸汽。 温差损失的存在； 二次蒸汽的气化潜热总是大于加热蒸汽的气化潜热。,多效蒸发,单位蒸气消耗量,蒸发量与传热量成正比，在多效蒸发中 没有提高蒸发量； 节约了加热蒸汽； 设备投资增加；,因此。在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比
7、（传热面积相等的）单效蒸发器的生产能力大。,1.顺流法 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。 特点： 蒸发室的压强依效序递减，效间流动不需泵； 沸点依效序递降，前效料进入后效时放出显热，供一部分水汽化； 浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对热敏性物料有利。 沿流动方向浓度增高，传热系数下降。,多效蒸发,2.逆流法 料液与蒸气流动方向相反； 原料由末效进入，用泵依次输送至前效， 完成液由第一效底部取出。 加热蒸气的流向仍是由第一效顺序至末效。 特点： 浓度较高的料液在较高温度下蒸发； 粘度不高； 传热系数较大； 效间需用泵输送； 无自蒸发； 高温加热面上易引起结焦和营养物质的破坏。
8、,3. 平流法 原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出， 蒸气流向仍是由第一效流至末效。此种流程适用于处理蒸发 过程中伴有结晶析出的溶液。 4. 混流法 效数多时，也可采用顺流和逆流并用的操作，称为混流 法，这种流程可协调两种流程的优缺点，适于粘度极高料液 的浓缩。,原料液,加热蒸汽,至冷凝器,完成液,1,2,3,冷凝水,冷凝水,冷凝水,图 平流加料法的三效蒸发装置流程示意图,完成液,完成液,多效蒸发,蒸发设备,结构： 加热室（垂直管束） 细管，沸腾管或加热管，直径2575mm，长径比2040 粗管：降液管或中央循环管，其截面积为加热管总截面积40100 。 蒸发室等 原理：细管内单
9、位体积液体受热面大，受热良好，致使细管内汽液混和物比粗管内小，密度差促使溶液循环。 工作过程：,1.中央循环管式蒸发器（标准式蒸发器）,特点： （1）溶液循环好，传热效率高； （2）结构紧凑，制造方便，操作可靠，应用广泛 ； （3）完成液粘度大，沸点高； （4）加热室不易清洗。 适应性：适于处理结垢不严重，腐蚀性小的溶液。,2.悬筐式蒸发器 3.外热式蒸发器 4.列文蒸发器 5.强制循环蒸发器 6.膜式蒸发器 升膜式 降膜式 升降膜式 7.刮板搅拌薄膜蒸发器 8.直接加热式蒸发器,结构： 加热蒸发室 多根垂直管组成，长径比100150:2550mm。 预热段 蒸发段 分离器 工作原理及过程：
10、原料液(预热至沸点或近沸点)进入预热段预热至沸点； 料液被蒸发汽化，二次蒸汽高速上升(二次蒸气在加热管内的速度不应小于10m/s，一般为2050m/s，减压下可高达100160m/s) ； 液体被高速上升的二次蒸气带动，沿壁面边呈膜状上升，同时被蒸发； 二次蒸汽和浓缩液至顶部后进入进入分离器； 汽液分离后，完成液由分离室底部排出，二次蒸汽由顶部排出。,升膜式蒸发器,适应性： 适于处理蒸发量大的稀溶液；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。,结构： 加热室(与升膜式蒸发器类似)； 液体分部器(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)； 分离器。 工作过程： 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流下，并进行蒸发。 适应性： 适用于处理热敏性物料； 不适于处理易结晶、结垢或粘度大的溶液。,降膜式蒸发器,结构： 加热管(一根垂直的空心管)； 圆管外有夹套(内通蒸气)； 圆管内装旋转搅拌叶片。 工作过程： 原料液沿切线方向进入管内； 受离心力、重力及叶片的刮带作用； 在管壁上形成旋转下降的薄膜，并不断的被蒸发； 完成液由底部排出。 适应性： 该蒸发器适用于高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液的蒸发。 结构复杂，动力耗费大，传热面小，处理能力不大。,4.刮板搅拌薄膜蒸发器,