化工原理蒸發(fā)第五章

1、第五章第五章 蒸發(fā)蒸發(fā) 概概 述述 在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，通過化學(xué)反應(yīng)或物理性在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，通過化學(xué)反應(yīng)或物理性 操作過程經(jīng)常得到一些含溶質(zhì)的稀溶液，為了得到符合標(biāo)準(zhǔn)的操作過程經(jīng)常得到一些含溶質(zhì)的稀溶液，為了得到符合標(biāo)準(zhǔn)的 產(chǎn)品，常產(chǎn)品，常將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而 使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。 5.1.1 蒸發(fā)分離的依據(jù)蒸發(fā)分離的依據(jù) 利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實(shí)現(xiàn)分離。利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實(shí)現(xiàn)分離。 7.

2、1.2 蒸發(fā)操作的目的蒸發(fā)操作的目的 獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品 脫除溶劑。此過程常伴隨有結(jié)晶過程脫除溶劑。此過程常伴隨有結(jié)晶過程 去除雜質(zhì)。去除雜質(zhì)。 蒸發(fā)操作的應(yīng)用蒸發(fā)操作的應(yīng)用 在工業(yè)上，有三種情況：在工業(yè)上，有三種情況： (1)制取液體產(chǎn)品。例如電解食鹽水得到的制取液體產(chǎn)品。例如電解食鹽水得到的NaOH稀溶液中，稀溶液中， 含有約含有約18%的的NaCl，通過蒸發(fā)方法在除去大部分水的同時(shí)，通過蒸發(fā)方法在除去大部分水的同時(shí)， 將將NaCl結(jié)晶而分離除去，得到規(guī)定的液堿產(chǎn)品；結(jié)晶而分離除去，得到規(guī)定的液堿產(chǎn)品； (2)生產(chǎn)固體產(chǎn)品。將稀溶液濃縮

3、達(dá)到飽和狀態(tài)，然后冷卻生產(chǎn)固體產(chǎn)品。將稀溶液濃縮達(dá)到飽和狀態(tài)，然后冷卻 使溶質(zhì)結(jié)晶與溶液分離，從而獲得固粒產(chǎn)品。例如，食鹽精使溶質(zhì)結(jié)晶與溶液分離，從而獲得固粒產(chǎn)品。例如，食鹽精 制、制糖、制藥等。制、制糖、制藥等。 (3)制取純?nèi)軇?。采用蒸發(fā)方法使溶劑汽化并冷凝，使不揮制取純?nèi)軇?。采用蒸發(fā)方法使溶劑汽化并冷凝，使不揮 發(fā)性雜質(zhì)分離而得到純?nèi)軇?，例如海水淡化制取淡水等。發(fā)性雜質(zhì)分離而得到純?nèi)軇?，例如海水淡化制取淡水等?蒸發(fā)的流程蒸發(fā)的流程 用來進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器用來進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器 和冷凝器。和冷凝器。 蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰 汽化，并移

4、去，由加熱室和分離室汽化，并移去，由加熱室和分離室 兩部分組成。兩部分組成。 蒸發(fā)操作時(shí)，溶液由分離室底部蒸發(fā)操作時(shí)，溶液由分離室底部 加入，沿中央循環(huán)管流向加熱室，加入，沿中央循環(huán)管流向加熱室， 在加熱室垂直管束內(nèi)通過時(shí)與飽和在加熱室垂直管束內(nèi)通過時(shí)與飽和 蒸汽間接換熱，被加熱至沸騰狀態(tài)，蒸汽間接換熱，被加熱至沸騰狀態(tài)， 汽液混合物沿加熱管上升，達(dá)到分汽液混合物沿加熱管上升，達(dá)到分 離室時(shí)蒸汽與溶液分離。為與加熱離室時(shí)蒸汽與溶液分離。為與加熱 蒸汽相區(qū)別，產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽相區(qū)別，產(chǎn)生的蒸汽稱為二次 蒸汽，二次蒸汽進(jìn)入冷凝器被除去。蒸汽，二次蒸汽進(jìn)入冷凝器被除去。 溶液仍在中央循環(huán)管與加

5、熱管中進(jìn)溶液仍在中央循環(huán)管與加熱管中進(jìn) 行循環(huán)，當(dāng)達(dá)到濃度要求后稱為完行循環(huán)，當(dāng)達(dá)到濃度要求后稱為完 成液，從蒸發(fā)器底部排出。成液，從蒸發(fā)器底部排出。 冷凝水冷凝水 加熱蒸汽加熱蒸汽 料液料液 二次蒸汽二次蒸汽 完成液完成液 水水 冷卻水冷卻水 不凝性氣體不凝性氣體 蒸發(fā)的分類蒸發(fā)的分類 按操作壓強(qiáng)分：加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)按操作壓強(qiáng)分：加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā) 真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)： 1.減壓下溶液沸點(diǎn)減壓下溶液沸點(diǎn)t1降低，使蒸發(fā)器的傳熱推動(dòng)力降低，使蒸發(fā)器的傳熱推動(dòng)力t=T-t1增大，增大， 因而，對(duì)一定的傳熱量因而，對(duì)一定的傳熱量Q，可節(jié)省蒸發(fā)器的傳熱面積，可節(jié)省蒸

6、發(fā)器的傳熱面積S。 2.蒸發(fā)操作的熱源可采用低壓蒸汽或廢熱蒸汽，節(jié)省能耗。蒸發(fā)操作的熱源可采用低壓蒸汽或廢熱蒸汽，節(jié)省能耗。 P,T ,t一定，一定，Q不變不變 3.適于處理熱敏性物料，即在高溫下易分解、聚合或變質(zhì)的物適于處理熱敏性物料，即在高溫下易分解、聚合或變質(zhì)的物 料。料。 4.減少蒸發(fā)器的熱損失。減少蒸發(fā)器的熱損失。 真空操作的缺點(diǎn)：真空操作的缺點(diǎn)： 1.溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增大，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)下降溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增大，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)下降 2.動(dòng)力消耗大。因需要有造成減壓的裝置。動(dòng)力消耗大。因需要有造成減壓的裝置。 按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)、沸騰蒸發(fā)按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)、沸騰蒸

7、發(fā) 自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點(diǎn)的溫度條件下汽化。自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點(diǎn)的溫度條件下汽化。 汽化只在溶液表面進(jìn)行，汽化面積小，傳熱速率低，汽化只在溶液表面進(jìn)行，汽化面積小，傳熱速率低， 汽化速率低汽化速率低 沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液 的各個(gè)部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高的各個(gè)部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高 按二次蒸汽是否被利于分：單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)按二次蒸汽是否被利于分：單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā) 單效蒸發(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱單效蒸發(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱 的操作的操作 多效

8、蒸發(fā)：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，多效蒸發(fā)：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽， 以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作 蒸發(fā)的特點(diǎn)蒸發(fā)的特點(diǎn) 從蒸發(fā)的過程可以看出，蒸發(fā)操作總是從溶液中分離出從蒸發(fā)的過程可以看出，蒸發(fā)操作總是從溶液中分離出 部分溶劑，而過程的實(shí)質(zhì)是傳熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另部分溶劑，而過程的實(shí)質(zhì)是傳熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另 一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過程，溶劑的汽化速率由傳熱速一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過程，溶劑的汽化速率由傳熱速 率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程。同時(shí)，蒸發(fā)器也是一率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程。同時(shí)，蒸發(fā)器也是一 種換熱器。但蒸發(fā)操作和設(shè)備與一

9、般的傳熱過程有所不同。種換熱器。但蒸發(fā)操作和設(shè)備與一般的傳熱過程有所不同。 蒸發(fā)具有下述特點(diǎn)：蒸發(fā)具有下述特點(diǎn)： 傳熱性質(zhì)：傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè)傳熱性質(zhì)：傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè) 為溶液進(jìn)行沸騰，故屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫為溶液進(jìn)行沸騰，故屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫 傳熱過程。傳熱過程。 溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出、易結(jié)垢溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出、易結(jié)垢 和產(chǎn)生泡沫；溶液的粘度在蒸發(fā)過程中逐漸增大，腐蝕性和產(chǎn)生泡沫；溶液的粘度在蒸發(fā)過程中逐漸增大，腐蝕性 逐漸加強(qiáng)。這些性質(zhì)將影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)。逐漸加強(qiáng)。這些性質(zhì)將影響設(shè)備

10、的結(jié)構(gòu)。 溶液沸點(diǎn)的改變?nèi)芤悍悬c(diǎn)的改變(升高升高)：含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽：含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽 壓較同溫度下純水的低，即在相同的壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)壓較同溫度下純水的低，即在相同的壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn) 高于純水的沸點(diǎn)，所以當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳高于純水的沸點(diǎn)，所以當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳 熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差，兩者之差稱為溫度差損熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差，兩者之差稱為溫度差損 失，而且溶液濃度越高，溫度差損失越大失，而且溶液濃度越高，溫度差損失越大 蒸發(fā)溶液溫度差：蒸發(fā)溶液溫度差：t=T-t 蒸發(fā)純水溫度差：蒸發(fā)純水溫度差：tT=T-T P一定時(shí)，一定時(shí)，

11、 t T t tT 泡沫挾帶：二次蒸汽中常挾帶大量泡沫，冷凝前必須設(shè)法泡沫挾帶：二次蒸汽中常挾帶大量泡沫，冷凝前必須設(shè)法 除去。否則既損失物料，又污染冷凝設(shè)備。除去。否則既損失物料，又污染冷凝設(shè)備。 能源利用：蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽，含有許多潛熱，應(yīng)能源利用：蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽，含有許多潛熱，應(yīng) 合理利用這部分潛熱。合理利用這部分潛熱。 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備 常用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)常用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 蒸發(fā)器組成：蒸發(fā)器組成： 加熱室：加熱室：加熱溶液使之汽化加熱溶液使之汽化 分離室：分離室：分離二次蒸汽和完成液分離二次蒸汽和完成液 化工生產(chǎn)中常用的間接加熱蒸發(fā)器按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的

12、流化工生產(chǎn)中常用的間接加熱蒸發(fā)器按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的流 動(dòng)情況，分為兩大類：動(dòng)情況，分為兩大類： 循環(huán)型循環(huán)型(非膜式非膜式) 單程型單程型(膜式膜式) 循環(huán)型循環(huán)型(非膜式非膜式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，溶液在蒸循環(huán)型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，溶液在蒸 發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間長，溶液濃度接近于完成液濃度。根據(jù)引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間長，溶液濃度接近于完成液濃度。根據(jù)引起循環(huán)運(yùn)動(dòng) 的原因，分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。的原因，分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。 自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn)自然循環(huán)：由于溶

13、液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn) 生密度差而引起的循環(huán)運(yùn)動(dòng)生密度差而引起的循環(huán)運(yùn)動(dòng) 強(qiáng)制循環(huán)：依靠外力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)制循環(huán)：依靠外力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng) 1中央循環(huán)管式中央循環(huán)管式(標(biāo)準(zhǔn)式標(biāo)準(zhǔn)式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 溶液循環(huán)好溶液循環(huán)好 傳熱效率高傳熱效率高 結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作 可靠可靠 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 循環(huán)速度低循環(huán)速度低 溶液粘度大、沸點(diǎn)高溶液粘度大、沸點(diǎn)高 不易清洗不易清洗 適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性小適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性小 的溶液的溶液 2懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器 加熱室像個(gè)筐，懸掛在蒸發(fā)器加熱室像個(gè)筐，懸掛在蒸發(fā)

14、器 殼體的下部，可由頂部取出。殼體的下部，可由頂部取出。 加熱蒸汽由殼體上部進(jìn)入加熱加熱蒸汽由殼體上部進(jìn)入加熱 室，在管間放熱加熱管內(nèi)溶液室，在管間放熱加熱管內(nèi)溶液 使其上升，而沿懸筐外壁與蒸使其上升，而沿懸筐外壁與蒸 發(fā)器內(nèi)壁間環(huán)隙通道向下循環(huán)發(fā)器內(nèi)壁間環(huán)隙通道向下循環(huán) 流動(dòng)。流動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 溶液循環(huán)速度高溶液循環(huán)速度高 傳熱速率較高傳熱速率較高 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 設(shè)備費(fèi)高設(shè)備費(fèi)高 占地面積大占地面積大; 加熱管內(nèi)溶液滯留量大加熱管內(nèi)溶液滯留量大 適于處理易結(jié)垢，有晶體析出適于處理易結(jié)垢，有晶體析出 的溶液的溶液 3外熱式蒸發(fā)器外熱式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器將加熱室與分這種蒸發(fā)器將加熱室與分 離

15、室分開，采用較長的加熱離室分開，采用較長的加熱 管。管。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 降低了整個(gè)蒸發(fā)器的降低了整個(gè)蒸發(fā)器的 高度，便于清洗和更高度，便于清洗和更 換換 循環(huán)速度較高，使得循環(huán)速度較高，使得 對(duì)流傳熱系數(shù)提高對(duì)流傳熱系數(shù)提高 結(jié)垢程度小結(jié)垢程度小 適于處理易結(jié)垢、有晶體適于處理易結(jié)垢、有晶體 析出、處理量大的溶液析出、處理量大的溶液 4列文蒸發(fā)器列文蒸發(fā)器 特點(diǎn)是在加熱室上部設(shè)置沸騰室，加熱特點(diǎn)是在加熱室上部設(shè)置沸騰室，加熱 室中的溶液因受到附加液柱的作用，必室中的溶液因受到附加液柱的作用，必 須上升到沸騰室才開始沸騰，這樣避免須上升到沸騰室才開始沸騰，這樣避免 了溶液在加熱管中結(jié)垢或析出晶體

16、。了溶液在加熱管中結(jié)垢或析出晶體。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 流動(dòng)阻力小流動(dòng)阻力小 循環(huán)速度高循環(huán)速度高 傳熱效果好傳熱效果好 加熱管內(nèi)不易堵塞加熱管內(nèi)不易堵塞 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 設(shè)備費(fèi)高設(shè)備費(fèi)高 廠房高，耗用金屬多廠房高，耗用金屬多 適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液 5強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器 在加熱室設(shè)置循環(huán)泵，使溶液在加熱室設(shè)置循環(huán)泵，使溶液 沿加熱室方向以較高的速度循沿加熱室方向以較高的速度循 環(huán)流動(dòng)。環(huán)流動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 循環(huán)速度高循環(huán)速度高 晶體不易粘結(jié)在加熱管壁晶體不易粘結(jié)在加熱管壁 對(duì)流傳熱系數(shù)高對(duì)流傳熱系數(shù)高 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 動(dòng)力消耗大動(dòng)力消耗大 對(duì)泵

17、的密封要求高對(duì)泵的密封要求高 加熱面積小加熱面積小 適于處理粘度大，易結(jié)垢、有適于處理粘度大，易結(jié)垢、有 晶體析出的溶液。晶體析出的溶液。 單程型單程型(膜式膜式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器 1升膜蒸發(fā)器升膜蒸發(fā)器 特點(diǎn)是加熱室內(nèi)的加熱管細(xì)而長。特點(diǎn)是加熱室內(nèi)的加熱管細(xì)而長。 溶液預(yù)熱到接近沸點(diǎn)時(shí)由蒸發(fā)器溶液預(yù)熱到接近沸點(diǎn)時(shí)由蒸發(fā)器 底部送入，進(jìn)入加熱管時(shí)立即受底部送入，進(jìn)入加熱管時(shí)立即受 熱沸騰汽化，溶液在高速上升的熱沸騰汽化，溶液在高速上升的 二次蒸汽帶動(dòng)下，沿管壁邊呈膜二次蒸汽帶動(dòng)下，沿管壁邊呈膜 狀向上流動(dòng)邊蒸發(fā)。到達(dá)分離室狀向上流動(dòng)邊蒸發(fā)。到達(dá)分離室 后，完成液與二次蒸汽分離后由后，完成液與二次蒸

18、汽分離后由 分離室底部排出。分離室底部排出。 適于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液，適于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液， 熱敏性和易生泡沫的溶液；熱敏性和易生泡沫的溶液； 不適于濃度高、粘度大、有晶體不適于濃度高、粘度大、有晶體 析出溶液的蒸發(fā)。析出溶液的蒸發(fā)。 2降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器 它的加熱室與升膜式類似，它的加熱室與升膜式類似， 但分離室設(shè)置在下部。溶液但分離室設(shè)置在下部。溶液 預(yù)熱后由加熱室頂部加入，預(yù)熱后由加熱室頂部加入， 經(jīng)管端的液體分布器均勻分經(jīng)管端的液體分布器均勻分 配在各加熱管內(nèi)。配在各加熱管內(nèi)。 這類蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵是這類蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵是 設(shè)置良好的液體分布器，以設(shè)置良好的液體分布器，以

19、保證溶液均勻成膜和防止二保證溶液均勻成膜和防止二 次蒸汽從加熱管頂部穿出。次蒸汽從加熱管頂部穿出。 常用的膜分布器見書。常用的膜分布器見書。 適于處理濃度、粘度較大適于處理濃度、粘度較大 的溶液的溶液 不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢 的溶液。的溶液。 3 升降膜式蒸發(fā)器升降膜式蒸發(fā)器 蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束 組合而成，蒸發(fā)器的底部封頭組合而成，蒸發(fā)器的底部封頭 內(nèi)有一隔板，將加熱管束分成內(nèi)有一隔板，將加熱管束分成 兩部分。溶液由升膜管束底部兩部分。溶液由升膜管束底部 進(jìn)入，流向頂部，然后從降膜進(jìn)入，流向頂部，然后從降膜 管束流下，進(jìn)入分離室，得到管束

20、流下，進(jìn)入分離室，得到 完成液。完成液。 適于處理濃縮過程中粘度變化適于處理濃縮過程中粘度變化 大的溶液、廠房有限制的場合。大的溶液、廠房有限制的場合。 4刮板薄膜蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器 它是在加熱管內(nèi)部安裝一可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮板，它是在加熱管內(nèi)部安裝一可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮板， 刮板端部與加熱管內(nèi)壁間隙固定在刮板端部與加熱管內(nèi)壁間隙固定在0.75 1.5mm之間，依靠刮板的作用使溶液成膜狀分之間，依靠刮板的作用使溶液成膜狀分 布在加熱管內(nèi)壁面上。布在加熱管內(nèi)壁面上。 溶液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入，在重力溶液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入，在重力 和旋轉(zhuǎn)刮板帶動(dòng)下，在加熱管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)刮板帶動(dòng)下，在加

21、熱管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn) 下降的液膜，在下降過程中通過接收加熱管外下降的液膜，在下降過程中通過接收加熱管外 加熱蒸汽夾套中蒸汽冷凝熱量而被不斷蒸發(fā)，加熱蒸汽夾套中蒸汽冷凝熱量而被不斷蒸發(fā)， 底部得到完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分離底部得到完成液，二次蒸汽上升至頂部經(jīng)分離 器后進(jìn)入冷凝器。器后進(jìn)入冷凝器。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，傳熱面積小，缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，傳熱面積小， 處理能力低。處理能力低。 適于處理易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度的溶液適于處理易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度的溶液 直接加熱蒸發(fā)器直接加熱蒸發(fā)器 將一定比例的燃燒氣與空氣直將一定比例的燃燒氣與空氣直 接噴入溶液中，燃燒氣的溫度接噴入溶

22、液中，燃燒氣的溫度 可高達(dá)可高達(dá)12001800，由于氣、，由于氣、 液間的溫度差大，且氣體對(duì)溶液間的溫度差大，且氣體對(duì)溶 液產(chǎn)生強(qiáng)烈的鼓泡作用，使水液產(chǎn)生強(qiáng)烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽分迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽 與煙道氣一同由頂部排出。與煙道氣一同由頂部排出。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，不需要固定優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，不需要固定 的傳熱面，熱利用率高的傳熱面，熱利用率高 適于處理易結(jié)垢、易結(jié)晶或有適于處理易結(jié)垢、易結(jié)晶或有 腐蝕性的溶液。腐蝕性的溶液。 不適于處理不能被燃燒氣污染不適于處理不能被燃燒氣污染 及熱敏性的溶液。及熱敏性的溶液。 5.2.1 蒸發(fā)設(shè)備中的溫度差損失蒸發(fā)設(shè)備中的溫度

23、差損失 5.2 單效蒸發(fā)單效蒸發(fā) TttTTTtt)()( 00T傳熱溫差損失傳熱溫差損失 Tt T tt 溶液沸點(diǎn)溶液沸點(diǎn) 有效傳熱溫差有效傳熱溫差 溫度差損失的原因溫度差損失的原因 ： 溶液沸點(diǎn)的升高。這是由于溶液蒸汽壓較溶液沸點(diǎn)的升高。這是由于溶液蒸汽壓較 純?nèi)軇ㄋ┰谕粶囟认碌恼羝麎簽榈停內(nèi)軇ㄋ┰谕粶囟认碌恼羝麎簽榈停?致使溶液的沸點(diǎn)比純?nèi)軇ㄋ└?；致使溶液的沸點(diǎn)比純?nèi)軇ㄋ└撸?蒸發(fā)器中靜壓頭的影響，導(dǎo)致溶液沸點(diǎn)的蒸發(fā)器中靜壓頭的影響，導(dǎo)致溶液沸點(diǎn)的 上升。上升。 以及流體流過加熱管是產(chǎn)生的摩擦阻力，以及流體流過加熱管是產(chǎn)生的摩擦阻力， 都導(dǎo)致溶液沸點(diǎn)的進(jìn)一步上升。都

24、導(dǎo)致溶液沸點(diǎn)的進(jìn)一步上升。 （1）溶液的沸點(diǎn)升高和杜林規(guī)則）溶液的沸點(diǎn)升高和杜林規(guī)則 在相當(dāng)寬的壓強(qiáng)范圍內(nèi)溶液的沸點(diǎn)與同壓在相當(dāng)寬的壓強(qiáng)范圍內(nèi)溶液的沸點(diǎn)與同壓 強(qiáng)的下溶劑的沸點(diǎn)成線性關(guān)系：強(qiáng)的下溶劑的沸點(diǎn)成線性關(guān)系： K tt tt ww A 0 0 A )( 0 ww 0 A ttKtt A 不同濃度不同濃度NaOH水溶液的水溶液的 沸點(diǎn)與對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)下純水的沸點(diǎn)與對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)下純水的 沸點(diǎn)的關(guān)系，由圖可以看沸點(diǎn)的關(guān)系，由圖可以看 出，當(dāng)出，當(dāng)NaOH水溶液濃度水溶液濃度 為零時(shí)，它的沸點(diǎn)線為一為零時(shí)，它的沸點(diǎn)線為一 條條 對(duì)角線，即水的沸點(diǎn)對(duì)角線，即水的沸點(diǎn) 線，其它濃度下溶液的沸線，其它濃度下溶

25、液的沸 點(diǎn)線大致為一組平行直線。點(diǎn)線大致為一組平行直線。 45 由該圖可以看出：由該圖可以看出： 濃度不太高的范圍內(nèi)，由于沸點(diǎn)線近似為濃度不太高的范圍內(nèi)，由于沸點(diǎn)線近似為 一組平行直線，因此可以合理的認(rèn)為沸點(diǎn)的升一組平行直線，因此可以合理的認(rèn)為沸點(diǎn)的升 高與壓強(qiáng)無關(guān)，而可取大氣壓下的數(shù)值；高與壓強(qiáng)無關(guān)，而可取大氣壓下的數(shù)值； 濃度范圍只需要知的兩個(gè)不同壓強(qiáng)下溶液濃度范圍只需要知的兩個(gè)不同壓強(qiáng)下溶液 的沸點(diǎn)，則其他壓強(qiáng)下的溶液沸點(diǎn)可按杜林規(guī)的沸點(diǎn)，則其他壓強(qiáng)下的溶液沸點(diǎn)可按杜林規(guī) 則進(jìn)行計(jì)算。則進(jìn)行計(jì)算。 （2）液柱靜壓頭和加熱管內(nèi)摩擦損失對(duì)溶液沸）液柱靜壓頭和加熱管內(nèi)摩擦損失對(duì)溶液沸 點(diǎn)的影響

26、點(diǎn)的影響 按液面下處按液面下處L/2溶液的沸騰溫度來計(jì)算，液溶液的沸騰溫度來計(jì)算，液 體在平均溫度下的飽和壓力：體在平均溫度下的飽和壓力： gLpp 2 1 m 液柱靜壓強(qiáng)引起的溶液液柱靜壓強(qiáng)引起的溶液 溫度升高：溫度升高： )() 2 1 ( ptgLpt 所以沸騰液體的平所以沸騰液體的平 均溫度為均溫度為 ： )(ptt 5.2.2 單效蒸發(fā)的計(jì)算單效蒸發(fā)的計(jì)算 （1）物料衡算）物料衡算 溶質(zhì)在蒸發(fā)過程中不揮發(fā)，溶質(zhì)在蒸發(fā)過程中不揮發(fā)， 且蒸發(fā)過程是個(gè)定態(tài)過程，單且蒸發(fā)過程是個(gè)定態(tài)過程，單 位時(shí)間進(jìn)入和離開蒸發(fā)器的量位時(shí)間進(jìn)入和離開蒸發(fā)器的量 相等，即相等，即 10 )(xWFFx )1

27、( 1 0 x x FW WF Fx x 0 1 水分蒸發(fā)量：水分蒸發(fā)量： 完成液的濃度：完成液的濃度： F,x0,t0,h0 D,T,H F-W,x1,t1,h1 W,T,H D,T,hw （2）熱量衡算）熱量衡算 對(duì)蒸發(fā)器作熱量衡算，當(dāng)加熱蒸汽在飽和對(duì)蒸發(fā)器作熱量衡算，當(dāng)加熱蒸汽在飽和 溫度下排出時(shí)，溫度下排出時(shí)， 損 QDhHWhWFFhDH w 10 )( 損 QhHWhhFhHD w )()()( 001 用以上兩個(gè)式子進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須預(yù)知溶液在一用以上兩個(gè)式子進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須預(yù)知溶液在一 定濃度和溫度下的焓。對(duì)于大多數(shù)物料的蒸發(fā)，可定濃度和溫度下的焓。對(duì)于大多數(shù)物料的蒸發(fā)，可 以不

28、計(jì)溶液的濃縮熱，而由比熱求得其焓。習(xí)慣上以不計(jì)溶液的濃縮熱，而由比熱求得其焓。習(xí)慣上 取取0為基準(zhǔn)，即為基準(zhǔn)，即0時(shí)的焓為零，則有時(shí)的焓為零，則有 損 QtFctcWFHWTcHD w 00110 )()( TcTch www 0 00000 0tctch 11111 0tctch 代入前面的兩式得：代入前面的兩式得： 為了避免使用不同溶液濃度下的比熱，可為了避免使用不同溶液濃度下的比熱，可 以近似認(rèn)為溶液的比熱容和所含溶質(zhì)的濃度呈以近似認(rèn)為溶液的比熱容和所含溶質(zhì)的濃度呈 加和關(guān)系，即加和關(guān)系，即 損 QtFctcWFHWTcHD w 00110 )()( 0B00 )1 (xcxcc w 1

29、B11 )1 (xcxcc w w WcFccWF 01 ）整理可得：（ 損 QttFctcHWTcHD ww )()()( 01010 可得加熱蒸汽的消耗量為：可得加熱蒸汽的消耗量為： 0 0101 )()( TcH QttFctcHW D w w 損 r QttFcrW D 損 )( 010 如果沸點(diǎn)進(jìn)料，且忽略熱損失，則如果沸點(diǎn)進(jìn)料，且忽略熱損失，則 r rW D r r W D e 單位蒸汽消耗量單位蒸汽消耗量 用來表示蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)程度（或生蒸汽的利用率）用來表示蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)程度（或生蒸汽的利用率） （3）蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算）蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算 由傳熱速率方程得由傳熱速率方程得

30、 m tK Q A 由于蒸發(fā)過程的蒸汽冷凝和溶液沸騰之間的恒溫差由于蒸發(fā)過程的蒸汽冷凝和溶液沸騰之間的恒溫差 傳熱，傳熱， ，且蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，且蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 ， 所以有所以有 tTt m DrQ )()(tTK Dr tTK Q A 5.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā) 利用二次蒸汽的潛熱利用二次蒸汽的潛熱 利用冷凝水的顯熱（如預(yù)熱原料液利用冷凝水的顯熱（如預(yù)熱原料液) ) 第一效：第一效： ，1kg生蒸汽在第一效中生蒸汽在第一效中 可產(chǎn)生可產(chǎn)生1kg的二次蒸汽，將此的二次蒸汽，將此1kg二次蒸汽（二次蒸汽（ ） 引入第二效又可蒸發(fā)引入第二效又可蒸發(fā)1kg水蒸氣。水蒸氣。 1 1 W D 1 WD 1

31、 W 5.3.1 多效蒸發(fā)蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（利用率）多效蒸發(fā)蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（利用率） 第二效：第二效： ，1kg生蒸汽在雙效中生蒸汽在雙效中 的總蒸發(fā)量的總蒸發(fā)量 ， 所以所以 依次依次 類推：類推： 三效三效 ， 效效 DWW 12 DWWW2 21 3 D W n n D W 2 D W min W D max D W 效數(shù)效數(shù) 單效單效 雙效雙效 三效三效 四效四效 五效五效 1.10.57 0.911.752.53.333.70 但實(shí)際上，由于熱損失，溫度差損失等原因，但實(shí)際上，由于熱損失，溫度差損失等原因， 單位蒸汽消耗量不可能達(dá)到如此經(jīng)濟(jì)的程度，單位蒸汽消耗量不可能達(dá)

32、到如此經(jīng)濟(jì)的程度， 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最大的根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最大的 的值大致如下：的值大致如下： DW / 5.3.2 多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)流程 并流：并流： 溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。 逆流：逆流： 溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。 錯(cuò)流：錯(cuò)流： 溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些 效間成逆流。效間成逆流。 平流：平流： 每一效都加入原料液的方法。每一效都加入原料液的方法。 下面以三效為例加以說明：下面以三效為例加以說明： （1）并流（順流）流程）并流（順流）流程 蒸汽流動(dòng)方向：蒸汽流動(dòng)方向： 12

33、3 溶液流動(dòng)方向：溶液流動(dòng)方向： 123 （1 1）并流流程）并流流程 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 由于前效的壓強(qiáng)較后效高，料液可借由于前效的壓強(qiáng)較后效高，料液可借 此壓強(qiáng)差自動(dòng)地流向后一效而無須泵送；此壓強(qiáng)差自動(dòng)地流向后一效而無須泵送； 溶液由前一效流入后一效處于過熱狀溶液由前一效流入后一效處于過熱狀 態(tài)會(huì)放出溶液的過熱量形成自蒸發(fā)，可產(chǎn)生更態(tài)會(huì)放出溶液的過熱量形成自蒸發(fā)，可產(chǎn)生更 多的二次蒸汽，因此第三效的蒸發(fā)量最大。多的二次蒸汽，因此第三效的蒸發(fā)量最大。 缺點(diǎn)：后效溫度較低，組成較高，使傳熱系數(shù)逐缺點(diǎn)：后效溫度較低，組成較高，使傳熱系數(shù)逐 漸降低。漸降低。 （2）逆流流程）逆流流程 蒸汽流動(dòng)方向：蒸汽

34、流動(dòng)方向： 321 溶液流動(dòng)方向：溶液流動(dòng)方向： 123 （3）錯(cuò)流流程）錯(cuò)流流程 溶液流向：溶液流向： 3 31 12 2或或2 23 31 1 蒸汽流向：蒸汽流向： 123 123 優(yōu)點(diǎn)：兼有逆流與并流的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：兼有逆流與并流的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：操作較復(fù)雜。缺點(diǎn)：操作較復(fù)雜。 （4）平流流程）平流流程 各效分別進(jìn)料并分別出料，二次蒸汽多次各效分別進(jìn)料并分別出料，二次蒸汽多次 利用，對(duì)易結(jié)晶的物料較合適（因?yàn)榻Y(jié)晶體不利用，對(duì)易結(jié)晶的物料較合適（因?yàn)榻Y(jié)晶體不 便在效與效之間輸送）。便在效與效之間輸送）。 5.3.3 蒸發(fā)操作的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強(qiáng)度和效數(shù)的蒸發(fā)操作的生產(chǎn)能力、蒸發(fā)強(qiáng)度和效數(shù)的 限制限制 （1）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力可用單位時(shí)間內(nèi)水分總蒸蒸發(fā)器的生