化工原理-蒸發(fā)1921139561課件

第七章蒸發(fā)（Evaporation）第七章蒸發(fā)（Evaporation）1（3）脫除雜質(zhì)，制取純凈的溶劑7.1概述（General）

含有不揮發(fā)性溶質(zhì)（如鹽類）的溶液在沸騰條件下受熱，使部分溶劑化為蒸氣的操作稱為蒸發(fā)。目的：（1）稀溶液濃縮（成品、半成品）（2）脫除溶劑（不揮發(fā)性溶質(zhì)為產(chǎn)品）蒸發(fā)裝置：蒸發(fā)器冷凝器系統(tǒng)加熱蒸汽凝結(jié)水排出系統(tǒng)7.1.1蒸發(fā)操作的目的和方法（3）脫除雜質(zhì)，制取純凈的溶劑7.1概述（Genera2常壓；減壓（真空）；加壓分類：連續(xù)；間歇單效；多效7.1.2蒸發(fā)操作的特點蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程，但又不同于一般的傳熱（2）溶質(zhì)濃度引起沸點升高（3）溶劑氣化，耗熱量大（4）溶質(zhì)特殊物性（析出結(jié)晶、產(chǎn)生泡沫、熱敏性物料在高溫下變質(zhì)或分解、粘度增高等）（1）有相變化的恒溫傳熱常壓；減壓（真空）；加壓分類：連續(xù)；間歇單效；多效7.1.237.2蒸發(fā)設(shè)備（EvaporationDevices）

7.2.1常用蒸發(fā)器一、循環(huán)型蒸發(fā)器（TheCirculationEvaporator）

1、垂直短管式（中央循環(huán)管式蒸發(fā)器）循環(huán)動力：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，傳熱效果好，造價低；缺點：循環(huán)速度低，易積污垢，操作周期短，清洗不便。密度差7.2蒸發(fā)設(shè)備（EvaporationDevice42、外加熱式循環(huán)動力：密度差結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點：

循環(huán)速度高，降低了設(shè)備高度，易于清洗；采用長的加熱管，下降管不再受熱，加熱室與下降管分開；缺點：靜壓引起的溫差損失大2、外加熱式循環(huán)動力：密度差結(jié)構(gòu)：優(yōu)點：循環(huán)速度高，采用53、強制循環(huán)型蒸發(fā)器

循環(huán)動力：

機械能優(yōu)點：

循環(huán)速度高可用于粘稠物料可獲得高濃物料延緩積垢缺點：

消耗外加動力3、強制循環(huán)型蒸發(fā)器 循環(huán)動力：機械能優(yōu)點：循環(huán)速度高6二、單程型蒸發(fā)器（SinglePassEvaporator）

1、升膜式蒸發(fā)器（RisingFilmEvaporator）優(yōu)點：

成膜好，傳熱系數(shù)大缺點：

僅適用于低粘度、 稀溶液，不適用易結(jié)晶、 易結(jié)垢物料二、單程型蒸發(fā)器（SinglePassEvaporato72、降膜式蒸發(fā)器（FallingFilmEvaporator）優(yōu)點：

物料停留時間短，可用于粘度較高、濃度較大的流體

缺點：成膜困難，傳熱系數(shù)不大，不適用易結(jié)晶、易結(jié)垢物料2、降膜式蒸發(fā)器（FallingFilmEvaporat8（1）加熱蒸汽側(cè)：排不凝性氣體；7.2.2蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)仍用下式計算：強化蒸發(fā)器的傳熱：（3）加熱管內(nèi)為汽液兩相流，（2）管壁除垢，尤其對于易結(jié)晶的液體；

為增大管內(nèi)沸騰給熱系數(shù)，應(yīng)盡可能擴大環(huán)狀流動區(qū)域。（1）加熱蒸汽側(cè)：排不凝性氣體；7.2.2蒸發(fā)器的傳9化工原理-蒸發(fā)1921139561課件10為強化傳熱：應(yīng)減小預(yù)熱段，使沸騰段呈環(huán)狀流各段給熱系數(shù)不同：環(huán)狀流α最大為強化傳熱：應(yīng)減小預(yù)熱段，使沸騰段呈環(huán)狀流各段給熱系數(shù)不同：11常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值12除沫器：7.2.3蒸發(fā)輔助設(shè)備（Subsidiary）防止二次蒸汽夾帶液沫絲網(wǎng)式，折流板式，百葉窗式，旋風(fēng)式，離心式

除沫器：7.2.3蒸發(fā)輔助設(shè)備（Subsidiary13冷凝二次蒸汽，排除不凝性氣體；冷凝器和真空系統(tǒng)：冷凝二次蒸汽，排除不凝性氣體；冷凝器和真空系統(tǒng)：14

阻汽排水，同時能方便排出不凝性氣體。疏水器：機械式，熱膨脹式，熱動力式 阻汽排水，同時能方便排出不凝性氣體。疏水器：機械式，熱膨15

F——物料量，kg/s 7.3單效蒸發(fā)7.3.1物料衡算設(shè)：蒸發(fā)過程沒有溶質(zhì)的損失w0、w——料液、完成液的濃度（％質(zhì)量）W——蒸發(fā)水量，kg/s內(nèi)容：①蒸發(fā)水量Ｗ（物料衡算）②加熱蒸汽消耗量Ｄ（熱量衡算）③蒸發(fā)器傳熱面積Ａ（傳熱速率方程） F——物料量，kg/s 7.3單效蒸發(fā)7.3.116

D——加熱蒸汽量，kg/s i0、i——料液、完成液的焓，kJ/kg r0、r——加熱汽、二次汽潛熱，kJ/kg I——二次汽焓，kJ/kg

7.3.2熱量衡算1、溶液濃縮熱不可忽略（7-4） D——加熱蒸汽量，kg/s7.3.2熱量衡算1、172、溶液濃縮熱可以忽略（要求濃縮熱不大時）溶液的焓：

c0、c——料液、完成液的比熱容，kJ/(kg·℃) t0——原料液進料溫度，℃

t——完成液溫度，即蒸發(fā)器內(nèi)溶液溫度℃將i0、i代入(7-4)中整理得：（7-5）二次汽潛熱

加熱蒸汽冷凝放出的熱量用于水分汽化、原料液升溫至沸點和熱損耗。2、溶液濃縮熱可以忽略（要求濃縮熱不大時）溶液的焓： c0、18

無焓濃圖時可用式

有焓濃圖時用式進行計算近似計算（但要求濃縮熱不大時） 無焓濃圖時可用式 有焓濃圖時用式進行計算近似19Q=Dr0=KA（T-t） 7.3.3蒸發(fā)速率與傳熱溫度差Q=Dr0

一個蒸發(fā)器蒸發(fā)能力的大小，由蒸發(fā)器的傳熱速率控制。（K、A、T、t）傳熱速率：熱負荷：加熱蒸汽的飽和溫度溶液的沸點溫度蒸發(fā)速率

蒸發(fā)器的傳熱溫差不僅與蒸汽壓力、溶液沸點有關(guān)，還存在溫度差損失。溶液的沸點Q=Dr0=KA（T-t） 7.3.3蒸發(fā)速率與傳20溫度差損失的定義

蒸發(fā)操作中，有效傳熱溫度差低于理論傳熱溫度差的值，稱作溫度差損失（Δ）。理論傳熱溫差：有效（實際）傳熱溫差：溫度差損失：溶液沸點冷凝器操作壓力下水的飽和溫度加熱蒸汽的飽和溫度溫度差損失的定義 蒸發(fā)操作中，有效傳熱溫度差低于理論傳熱21

溶質(zhì)的存在可使溶液蒸汽壓降低而沸點升高（主要是無機鹽溶液沸點升高Δ′較大）。確定方法：t'的獲得：①利用杜林規(guī)則（有一定壓力）②查有關(guān)資料、實驗測定（常壓）7.3.3.1溶質(zhì)造成的沸點升高Δ′與t0同壓強下溶液的沸點純水的沸點

不同壓力下溶液的沸點與同壓強下溶劑的沸點成線性關(guān)系——杜林規(guī)則 溶質(zhì)的存在可使溶液蒸汽壓降低而沸點升高（主要是無機鹽溶液22

某一濃度溶液的杜林線與濃度為零的直線之間的垂直距離即為相應(yīng)壓力下該溶液的沸點升高Δ′

。③不同壓力下溶液的沸點與同壓強下溶劑的沸點成線性關(guān)系杜林線圖中可得三個結(jié)論：②濃度升高，溶液沸點顯著增加；①溶液濃度小時，Δ′與壓強關(guān)系不大，可取常壓下數(shù)據(jù)Δ′a

。 某一濃度溶液的杜林線與濃度為零的直線之間的垂直距離即為相23

由于液柱本身的重量及在管內(nèi)流動阻力損失，溶液壓強是變化的，相應(yīng)沸點也是不同的。

作為平均溫度的粗略估計，按液面下1/5L處的沸點溫度進行計算：7.3.3.2液柱靜壓頭使溶液沸點升高Pm——平均溫度下的飽和壓力P——液面上方二次蒸汽的壓強（通?？梢岳淠?器壓強代替）ρ——溶液密度L——蒸發(fā)器內(nèi)的液面高度查出Pm及P對應(yīng)下水的飽和蒸汽溫度tm及則 由于液柱本身的重量及在管內(nèi)流動阻力損失，溶液壓強是變化的24

to——冷凝器操作壓力下水的飽和溫度 蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點：蒸發(fā)操作傳熱溫度差（有效）為：（7-10）T——加熱蒸汽的飽和溫度溫度差損失Δ

：（7-9）Δ中分別由溶液沸點升高、液柱靜壓頭引起。t——溶液沸點 to——冷凝器操作壓力下水的飽和溫度 蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點：25

某垂直長管蒸發(fā)器用以增濃NaOH水溶液，蒸發(fā)器內(nèi)的液面高度約3m。已知完成液的濃度為50%（質(zhì)量），密度為1500kg/m3，加熱用飽和蒸汽的壓強（表壓）為0.3MPa，冷凝器真空度為53kPa，求傳熱溫度差。例7-1溫度差損失的計算Δ′=120－80.1=39.9℃解： 水蒸汽的飽和溫度為：表壓為0.3MPa下，T=143.5℃絕壓為48.3kPa下，to=80.1℃

由圖7-17可查得水的沸點為80.1℃時50%NaOH溶液沸點為120℃，溶液的沸點升高： 某垂直長管蒸發(fā)器用以增濃NaOH水溶液，蒸發(fā)器內(nèi)的液面高26Δt=(T－to)－Δ=(143.5－80.1)－44.1=19.3℃液面高度為3m，則平均溫度下的飽和壓力：在此壓強下水的沸點為84.3℃故因溶液靜壓頭而引起的液溫升高：Δ′′=84.3－80.1=4.2℃總溫差損失：Δ=Δ′+Δ′′=39.9+4.2=44.1℃有效傳熱溫差：Δt=(T－to)－Δ=(143.5－80.1)－44277.3.4單效蒸發(fā)過程的計算物料衡算式：熱量衡算式過程速率方程式：聯(lián)立上述各式求解方法：7.3.4單效蒸發(fā)過程的計算物料衡算式：熱量衡算式過程28例１：用單效蒸發(fā)器將1000kg/h的NaCl水溶液由5%（質(zhì)量）濃縮到30%（質(zhì)量），加熱蒸汽壓力為118kPa，蒸發(fā)室壓力為19.6kPa，蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點75℃，溶液比熱4.013kJ/kg，進料溫度為30℃，蒸發(fā)器傳熱系數(shù)1500W/m2℃。若不計濃縮熱及熱損失，試求：①完成液量②加熱蒸汽消耗量及加熱蒸汽經(jīng)濟性③蒸發(fā)器傳熱面積及生產(chǎn)強度例１：用單效蒸發(fā)器將1000kg/h的NaCl水溶液由5%（29解：①蒸發(fā)水量：完成液量：F-W=1000-833.3=166.7（kg/h）②加熱蒸汽消耗量c0=4.013kJ/kg·℃t=75℃t0=30℃根據(jù)蒸發(fā)室壓力查二次蒸汽汽化熱：r=2355kJ/kg對應(yīng)的飽和蒸汽溫度t0＝59.7℃根據(jù)加熱蒸汽壓力查蒸汽汽化熱：r0=2247kJ/kg對應(yīng)溫度T＝104℃解：①蒸發(fā)水量：完成液量：F-W=1000-833.3=30加熱蒸汽消耗量：蒸汽的經(jīng)濟性：加熱蒸汽消耗量：蒸汽的經(jīng)濟性：31③蒸發(fā)器傳熱面積：生產(chǎn)強度：③蒸發(fā)器傳熱面積：生產(chǎn)強度：32討論：１、若改為沸點進料：（t0

＝t）經(jīng)濟性提高

2、若100℃進料（過熱進料），忽略溶液比熱變化因為有自蒸發(fā)（閃蒸）3、濃縮熱的影響討論：１、若改為沸點進料：（t0＝t）經(jīng)濟性提高2、若33

采用真空蒸發(fā)將質(zhì)量濃度為20%的NaOH水溶液在蒸發(fā)器中濃縮至50%，進料溫度為60℃，加料量為1.5kg/s。加熱用飽和蒸汽的壓強（表壓）為0.3MPa，冷凝器真空度為53kPa，有效傳熱溫度差為19.3℃。已知蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)為1560W/(m2·K)，設(shè)蒸發(fā)器的熱損失為加熱蒸汽放熱量的3%。例7-2單效蒸發(fā)器設(shè)計型計算

求：（1）加熱蒸汽消耗量及經(jīng)濟性； （2）蒸發(fā)器的傳熱面積； （3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度。 采用真空蒸發(fā)將質(zhì)量濃度為20%的NaOH水溶液在蒸發(fā)器中34i=630kJ/kg解：水分蒸發(fā)量：

蒸發(fā)器中溶液的溫度（完成液的沸點）為：t=143.5－19.3=124.2℃由圖查得NaOH水溶液的熱焓為：原料液濃度20%、溫度60℃：i0=220kJ/kg完成液濃度50%、溫度124.2℃：表壓為0.3MPa下，加熱用水蒸汽的飽和溫度T=143.5℃i=630kJ/kg解：水分蒸發(fā)量：蒸發(fā)器中溶35（1）由熱量衡算式可得加熱蒸汽用量：由水蒸氣表查得：表壓為0.3MPa下，水蒸氣的潛熱r0=2138kJ/kg絕壓為48.3kPa下，水蒸氣的熱焓I=2643kJ/kg（1）由熱量衡算式可得加熱蒸汽用量：由水蒸氣表查得：表壓為036Q=Dr0=1.17×2138=2501kW加熱蒸汽經(jīng)濟性：（2）蒸發(fā)器的傳熱面積：蒸發(fā)器的熱負荷：（3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度：蒸發(fā)器的傳熱面積：Q=Dr0=1.17×2138=2501kW加熱蒸汽經(jīng)濟性：37

蒸發(fā)裝置設(shè)備費用大小直接與傳熱面積有關(guān)，通常用生產(chǎn)強度來表征傳熱面的大小，即設(shè)備費的多少，生產(chǎn)強度高說明所需傳熱面小，設(shè)備費少。（kg/s·m2）若沸點進料，而且不計熱損失和濃縮熱有：1、蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強度單位傳熱面積單位時間蒸發(fā)出的水量。7.4蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性和操作方式7.4.1衡量蒸發(fā)操作經(jīng)濟性的方法生產(chǎn)強度：（7-11）（7-12） 蒸發(fā)裝置設(shè)備費用大小直接與傳熱面積有關(guān)，通常用生產(chǎn)強度來38

與結(jié)構(gòu)是否合理、操作方式、物料性質(zhì)等有關(guān)。應(yīng)常清洗、排出不凝性氣體、料液要有良好的循環(huán)。提高生產(chǎn)強度的途徑關(guān)鍵是提高傳熱系數(shù)Ｋ與有效溫度差（1）真空蒸發(fā)：

可降低沸點，有利于熱敏性物料的蒸發(fā)；增大傳熱溫差，但同時增加了真空系統(tǒng)，設(shè)備費用增加。（3）提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)：增大傳熱溫差（2）提高加熱蒸汽的溫度：

與結(jié)構(gòu)是否合理、操作方式、物料性質(zhì)等有關(guān)。應(yīng)常清洗、排出39

若沸點進料，不計熱損失和汽化潛熱的差別，則每汽化1kg水需要1kg的蒸汽。可見單效蒸發(fā)經(jīng)濟性理論值（加熱蒸汽Dr0=Wr二次蒸汽，r0≈r）被蒸發(fā)的水量（kg/s）

將每1kg加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量（）稱為加熱蒸汽的經(jīng)濟性。蒸汽量（kg/s）

2、加熱蒸汽的利用率體現(xiàn)了蒸發(fā)的操作費 若沸點進料，不計熱損失和汽化潛熱的差別，則每汽化1kg水40以上措施都是為了節(jié)省、減少操作費用（節(jié)省蒸汽）為提高加熱蒸汽的利用率，蒸發(fā)操作可有多種安排：1多效蒸發(fā)2額外蒸汽的引出3二次蒸汽的再壓縮（熱泵蒸發(fā)）4冷凝水熱量的利用7.4.2蒸發(fā)操作的節(jié)能方法以上措施都是為了節(jié)省、減少操作費用（節(jié)省蒸汽）為提高加熱蒸汽417.4.2.1多效蒸發(fā)（MultipleEffect）

一、多效蒸發(fā)原理（ThePrincipleofMultipleEffect）

前一個蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽通入后一蒸發(fā)器的加熱室；后一個蒸發(fā)器的加熱室成為前一個蒸發(fā)器的冷凝器。1、原理：2、特點：

①蒸發(fā)室壓力逐效降低，溶液沸點逐效降低。②沸點進料且忽略熱損失，單效經(jīng)濟性≈1，n效7.4.2.1多效蒸發(fā)（MultipleEffec42二、多效蒸發(fā)流程（TheWorkFlow）根據(jù)加料方式，多效蒸發(fā)流程如下：１、并流（ParallelFlow）

壓力：P1>P2>P3溫度：t1>t2>t3k1>k2>k3濃度：w1<w2<w3物料與蒸汽同向流動K值：物料流動不用輸送機械料液有自蒸發(fā)不適用粘度隨濃度增加而顯著增加的物料。二、多效蒸發(fā)流程（TheWorkFlow）根據(jù)加料方式，432、逆流（Counterflow）物料與蒸汽逆向流動壓力：溫度：濃度：K值：大致相等物料流動需要機械輸送料液無自蒸發(fā)不適用于熱敏性物料P1>P2>P3t1>t2>t3w1>w2>w32、逆流（Counterflow）物料與蒸汽逆向流動壓力443、平流（SynchronicFlow）

溶液只流經(jīng)一個蒸發(fā)器可處理易結(jié)晶物料可同時處理不同物料壓力：溫度：濃度：P1>P2>P3t1>t2>t3差別不大3、平流（SynchronicFlow）溶液只流經(jīng)一個蒸457.4.2.2額外蒸汽的引出額外蒸汽：

從某效的二次蒸汽中抽出一部分，不進入下一效加熱室，而加熱其他換熱設(shè)備。這部分蒸汽被稱作額外蒸汽。7.4.2.2額外蒸汽的引出額外蒸汽： 467.4.2.3二次蒸汽的再壓縮

途徑：①機械壓縮（電價低于蒸汽價格）②蒸汽動力壓縮（熱泵技術(shù)）7.4.2.3二次蒸汽的再壓縮途徑：①機械壓縮（電價477.4.2.4冷凝水熱量的利用方法：①利用壓差，串級自蒸發(fā)②直接作熱介質(zhì)加熱其他物料7.4.2.4冷凝水熱量的利用方法：①利用壓差，串級自487.4.3.3蒸發(fā)操作最優(yōu)化

多效蒸發(fā)加熱蒸汽經(jīng)濟性的經(jīng)驗值效數(shù)

單效

雙效

三效

四效

五效W/D0.911.752.53.333.70

上表說明：效數(shù)↑，W/D并不按比例↑，但設(shè)備費卻成倍↑，因此要選擇合理的效數(shù)。

多效蒸發(fā)的傳熱面積是單效蒸發(fā)的n倍，因此多效蒸發(fā)的U較單效小得多。理論上：

多效蒸發(fā)是以犧牲設(shè)備生產(chǎn)強度來提高加熱蒸汽的經(jīng)濟性的。7.4.3.3蒸發(fā)操作最優(yōu)化多效蒸發(fā)加熱蒸汽經(jīng)濟49比較單效和多效生產(chǎn)強度的前提：2、冷凝器操作壓力相同（排出系統(tǒng)二次蒸汽溫度相同）1、加熱蒸汽壓力相同（進入系統(tǒng)蒸汽溫度相同）3、總蒸發(fā)水量相同（生產(chǎn)任務(wù)相同）

蒸發(fā)的經(jīng)濟性與生產(chǎn)強度二者相矛盾，如多效可提高經(jīng)濟性，但多效的生產(chǎn)強度低，要綜合考慮，一般效數(shù)3~5效，不易過多。比較單效和多效生產(chǎn)強度的前提：2、冷凝器操作壓力相同（排出系50小結(jié)：1、關(guān)系式：2、熱負荷：Q=Dr0=KA（T-t）3、蒸發(fā)器的種類： 中央循環(huán)管式、外加熱式、強制循環(huán)式、升膜式、降膜式小結(jié)：514、多效蒸發(fā)的流程及適用性：平流加料：適用于易結(jié)晶的物料并流加料：適用于料液的粘度隨濃度增加變化不大的 物料逆流加料：適用于料液的粘度隨濃度增加而明顯增加 的物料；各效傳熱系數(shù)大致相等。 以上各種情況下的壓力P、沸點T和濃度的變化情況如下表：（以三效為例進行比較）

項目平流加料并流加料逆流加料

壓力P1>P2>P3P1>P2>P3P1>P2>P3

濃度各效相近w1<w2<w3w1>w2>w3

溫度t1>t2>t3t1>t2>t3t1>t2>t34、多效蒸發(fā)的流程及適用性：項目平流加料并流加料逆流加料52理論值：單效=1，多效=n（1kg蒸汽可蒸發(fā)出nkg水）實際值：單效0.91，雙效1.75，三效2.56、蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強度： （單位時間、單位面積蒸發(fā)的水量）n效：單效：5、加熱蒸汽的經(jīng)濟性：（每1kg加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量）7、溫度差損失計算： 溶質(zhì)存在使沸點升高 液柱高度使沸點升高理論值：單效=1，多效=n（1kg蒸汽可蒸發(fā)出nkg水）6、53化工原理-蒸發(fā)1921139561課件54特征：蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽直接送往冷凝器單效蒸發(fā)裝置（SingleEffectDevice）特征：蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽直接送往冷凝器單效蒸發(fā)裝置（Sin55特征：二次蒸汽通入另一個蒸發(fā)器加熱室。根據(jù)通入 的次數(shù)，可確定蒸發(fā)操作的效數(shù)。特征：二次蒸汽通入另一個蒸發(fā)器加熱室。根據(jù)通入 的次569、要學(xué)生做的事，教職員躬親共做；要學(xué)生學(xué)的知識，教職員躬親共學(xué)；要學(xué)生守的規(guī)則，教職員躬親共守。2022/12/12022/12/1Thursday,December1,202210、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2022/12/12022/12/12022/12/112/1/20222:25:37AM11、一個好的教師，是一個懂得心理學(xué)和教育學(xué)的人。2022/12/12022/12/12022/12/1Dec-2201-Dec-2212、要記住，你不僅是教課的教師，也是學(xué)生的教育者，生活的導(dǎo)師和道德的引路人。2022/12/12022/12/12022/12/1Thursday,December1,202213、Hewhoseizetherightmoment,istherightman.誰把握機遇，誰就心想事成。2022/12/12022/12/12022/12/12022/12/112/1/202214、誰要是自己還沒有發(fā)展培養(yǎng)和教育好，他就不能發(fā)展培養(yǎng)和教育別人。01十二月20222022/12/12022/12/12022/12/115、一年之計，莫如樹谷；十年之計，莫如樹木；終身之計，莫如樹人。十二月222022/12/12022/12/12022/12/112/1/202216、提出一個問題往往比解決一個更重要。因為解決問題也許僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募寄芏?，而提出新的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想像力，而且標志著科學(xué)的真正進步。2022/12/12022/12/101December202217、兒童是中心，教育的措施便圍繞他們而組織起來。2022/12/12022/12/12022/12/12022/12/1謝謝觀賞

Youmademyday!我們，還在路上……9、要學(xué)生做的事，教職員躬親共做；要學(xué)生學(xué)的知識，教職員躬親57第七章蒸發(fā)（Evaporation）第七章蒸發(fā)（Evaporation）58（3）脫除雜質(zhì)，制取純凈的溶劑7.1概述（General）

含有不揮發(fā)性溶質(zhì)（如鹽類）的溶液在沸騰條件下受熱，使部分溶劑化為蒸氣的操作稱為蒸發(fā)。目的：（1）稀溶液濃縮（成品、半成品）（2）脫除溶劑（不揮發(fā)性溶質(zhì)為產(chǎn)品）蒸發(fā)裝置：蒸發(fā)器冷凝器系統(tǒng)加熱蒸汽凝結(jié)水排出系統(tǒng)7.1.1蒸發(fā)操作的目的和方法（3）脫除雜質(zhì)，制取純凈的溶劑7.1概述（Genera59常壓；減壓（真空）；加壓分類：連續(xù)；間歇單效；多效7.1.2蒸發(fā)操作的特點蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程，但又不同于一般的傳熱（2）溶質(zhì)濃度引起沸點升高（3）溶劑氣化，耗熱量大（4）溶質(zhì)特殊物性（析出結(jié)晶、產(chǎn)生泡沫、熱敏性物料在高溫下變質(zhì)或分解、粘度增高等）（1）有相變化的恒溫傳熱常壓；減壓（真空）；加壓分類：連續(xù)；間歇單效；多效7.1.2607.2蒸發(fā)設(shè)備（EvaporationDevices）

7.2.1常用蒸發(fā)器一、循環(huán)型蒸發(fā)器（TheCirculationEvaporator）

1、垂直短管式（中央循環(huán)管式蒸發(fā)器）循環(huán)動力：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，傳熱效果好，造價低；缺點：循環(huán)速度低，易積污垢，操作周期短，清洗不便。密度差7.2蒸發(fā)設(shè)備（EvaporationDevice612、外加熱式循環(huán)動力：密度差結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點：

循環(huán)速度高，降低了設(shè)備高度，易于清洗；采用長的加熱管，下降管不再受熱，加熱室與下降管分開；缺點：靜壓引起的溫差損失大2、外加熱式循環(huán)動力：密度差結(jié)構(gòu)：優(yōu)點：循環(huán)速度高，采用623、強制循環(huán)型蒸發(fā)器

循環(huán)動力：

機械能優(yōu)點：

循環(huán)速度高可用于粘稠物料可獲得高濃物料延緩積垢缺點：

消耗外加動力3、強制循環(huán)型蒸發(fā)器 循環(huán)動力：機械能優(yōu)點：循環(huán)速度高63二、單程型蒸發(fā)器（SinglePassEvaporator）

1、升膜式蒸發(fā)器（RisingFilmEvaporator）優(yōu)點：

成膜好，傳熱系數(shù)大缺點：

僅適用于低粘度、 稀溶液，不適用易結(jié)晶、 易結(jié)垢物料二、單程型蒸發(fā)器（SinglePassEvaporato642、降膜式蒸發(fā)器（FallingFilmEvaporator）優(yōu)點：

物料停留時間短，可用于粘度較高、濃度較大的流體

缺點：成膜困難，傳熱系數(shù)不大，不適用易結(jié)晶、易結(jié)垢物料2、降膜式蒸發(fā)器（FallingFilmEvaporat65（1）加熱蒸汽側(cè)：排不凝性氣體；7.2.2蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)仍用下式計算：強化蒸發(fā)器的傳熱：（3）加熱管內(nèi)為汽液兩相流，（2）管壁除垢，尤其對于易結(jié)晶的液體；

為增大管內(nèi)沸騰給熱系數(shù)，應(yīng)盡可能擴大環(huán)狀流動區(qū)域。（1）加熱蒸汽側(cè)：排不凝性氣體；7.2.2蒸發(fā)器的傳66化工原理-蒸發(fā)1921139561課件67為強化傳熱：應(yīng)減小預(yù)熱段，使沸騰段呈環(huán)狀流各段給熱系數(shù)不同：環(huán)狀流α最大為強化傳熱：應(yīng)減小預(yù)熱段，使沸騰段呈環(huán)狀流各段給熱系數(shù)不同：68常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值69除沫器：7.2.3蒸發(fā)輔助設(shè)備（Subsidiary）防止二次蒸汽夾帶液沫絲網(wǎng)式，折流板式，百葉窗式，旋風(fēng)式，離心式

除沫器：7.2.3蒸發(fā)輔助設(shè)備（Subsidiary70冷凝二次蒸汽，排除不凝性氣體；冷凝器和真空系統(tǒng)：冷凝二次蒸汽，排除不凝性氣體；冷凝器和真空系統(tǒng)：71

阻汽排水，同時能方便排出不凝性氣體。疏水器：機械式，熱膨脹式，熱動力式 阻汽排水，同時能方便排出不凝性氣體。疏水器：機械式，熱膨72

F——物料量，kg/s 7.3單效蒸發(fā)7.3.1物料衡算設(shè)：蒸發(fā)過程沒有溶質(zhì)的損失w0、w——料液、完成液的濃度（％質(zhì)量）W——蒸發(fā)水量，kg/s內(nèi)容：①蒸發(fā)水量Ｗ（物料衡算）②加熱蒸汽消耗量Ｄ（熱量衡算）③蒸發(fā)器傳熱面積Ａ（傳熱速率方程） F——物料量，kg/s 7.3單效蒸發(fā)7.3.173

D——加熱蒸汽量，kg/s i0、i——料液、完成液的焓，kJ/kg r0、r——加熱汽、二次汽潛熱，kJ/kg I——二次汽焓，kJ/kg

7.3.2熱量衡算1、溶液濃縮熱不可忽略（7-4） D——加熱蒸汽量，kg/s7.3.2熱量衡算1、742、溶液濃縮熱可以忽略（要求濃縮熱不大時）溶液的焓：

c0、c——料液、完成液的比熱容，kJ/(kg·℃) t0——原料液進料溫度，℃

t——完成液溫度，即蒸發(fā)器內(nèi)溶液溫度℃將i0、i代入(7-4)中整理得：（7-5）二次汽潛熱

加熱蒸汽冷凝放出的熱量用于水分汽化、原料液升溫至沸點和熱損耗。2、溶液濃縮熱可以忽略（要求濃縮熱不大時）溶液的焓： c0、75

無焓濃圖時可用式

有焓濃圖時用式進行計算近似計算（但要求濃縮熱不大時） 無焓濃圖時可用式 有焓濃圖時用式進行計算近似76Q=Dr0=KA（T-t） 7.3.3蒸發(fā)速率與傳熱溫度差Q=Dr0

一個蒸發(fā)器蒸發(fā)能力的大小，由蒸發(fā)器的傳熱速率控制。（K、A、T、t）傳熱速率：熱負荷：加熱蒸汽的飽和溫度溶液的沸點溫度蒸發(fā)速率

蒸發(fā)器的傳熱溫差不僅與蒸汽壓力、溶液沸點有關(guān)，還存在溫度差損失。溶液的沸點Q=Dr0=KA（T-t） 7.3.3蒸發(fā)速率與傳77溫度差損失的定義

蒸發(fā)操作中，有效傳熱溫度差低于理論傳熱溫度差的值，稱作溫度差損失（Δ）。理論傳熱溫差：有效（實際）傳熱溫差：溫度差損失：溶液沸點冷凝器操作壓力下水的飽和溫度加熱蒸汽的飽和溫度溫度差損失的定義 蒸發(fā)操作中，有效傳熱溫度差低于理論傳熱78

溶質(zhì)的存在可使溶液蒸汽壓降低而沸點升高（主要是無機鹽溶液沸點升高Δ′較大）。確定方法：t'的獲得：①利用杜林規(guī)則（有一定壓力）②查有關(guān)資料、實驗測定（常壓）7.3.3.1溶質(zhì)造成的沸點升高Δ′與t0同壓強下溶液的沸點純水的沸點

不同壓力下溶液的沸點與同壓強下溶劑的沸點成線性關(guān)系——杜林規(guī)則 溶質(zhì)的存在可使溶液蒸汽壓降低而沸點升高（主要是無機鹽溶液79

某一濃度溶液的杜林線與濃度為零的直線之間的垂直距離即為相應(yīng)壓力下該溶液的沸點升高Δ′

。③不同壓力下溶液的沸點與同壓強下溶劑的沸點成線性關(guān)系杜林線圖中可得三個結(jié)論：②濃度升高，溶液沸點顯著增加；①溶液濃度小時，Δ′與壓強關(guān)系不大，可取常壓下數(shù)據(jù)Δ′a

。 某一濃度溶液的杜林線與濃度為零的直線之間的垂直距離即為相80

由于液柱本身的重量及在管內(nèi)流動阻力損失，溶液壓強是變化的，相應(yīng)沸點也是不同的。

作為平均溫度的粗略估計，按液面下1/5L處的沸點溫度進行計算：7.3.3.2液柱靜壓頭使溶液沸點升高Pm——平均溫度下的飽和壓力P——液面上方二次蒸汽的壓強（通?？梢岳淠?器壓強代替）ρ——溶液密度L——蒸發(fā)器內(nèi)的液面高度查出Pm及P對應(yīng)下水的飽和蒸汽溫度tm及則 由于液柱本身的重量及在管內(nèi)流動阻力損失，溶液壓強是變化的81

to——冷凝器操作壓力下水的飽和溫度 蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點：蒸發(fā)操作傳熱溫度差（有效）為：（7-10）T——加熱蒸汽的飽和溫度溫度差損失Δ

：（7-9）Δ中分別由溶液沸點升高、液柱靜壓頭引起。t——溶液沸點 to——冷凝器操作壓力下水的飽和溫度 蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點：82

某垂直長管蒸發(fā)器用以增濃NaOH水溶液，蒸發(fā)器內(nèi)的液面高度約3m。已知完成液的濃度為50%（質(zhì)量），密度為1500kg/m3，加熱用飽和蒸汽的壓強（表壓）為0.3MPa，冷凝器真空度為53kPa，求傳熱溫度差。例7-1溫度差損失的計算Δ′=120－80.1=39.9℃解： 水蒸汽的飽和溫度為：表壓為0.3MPa下，T=143.5℃絕壓為48.3kPa下，to=80.1℃

由圖7-17可查得水的沸點為80.1℃時50%NaOH溶液沸點為120℃，溶液的沸點升高： 某垂直長管蒸發(fā)器用以增濃NaOH水溶液，蒸發(fā)器內(nèi)的液面高83Δt=(T－to)－Δ=(143.5－80.1)－44.1=19.3℃液面高度為3m，則平均溫度下的飽和壓力：在此壓強下水的沸點為84.3℃故因溶液靜壓頭而引起的液溫升高：Δ′′=84.3－80.1=4.2℃總溫差損失：Δ=Δ′+Δ′′=39.9+4.2=44.1℃有效傳熱溫差：Δt=(T－to)－Δ=(143.5－80.1)－44847.3.4單效蒸發(fā)過程的計算物料衡算式：熱量衡算式過程速率方程式：聯(lián)立上述各式求解方法：7.3.4單效蒸發(fā)過程的計算物料衡算式：熱量衡算式過程85例１：用單效蒸發(fā)器將1000kg/h的NaCl水溶液由5%（質(zhì)量）濃縮到30%（質(zhì)量），加熱蒸汽壓力為118kPa，蒸發(fā)室壓力為19.6kPa，蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點75℃，溶液比熱4.013kJ/kg，進料溫度為30℃，蒸發(fā)器傳熱系數(shù)1500W/m2℃。若不計濃縮熱及熱損失，試求：①完成液量②加熱蒸汽消耗量及加熱蒸汽經(jīng)濟性③蒸發(fā)器傳熱面積及生產(chǎn)強度例１：用單效蒸發(fā)器將1000kg/h的NaCl水溶液由5%（86解：①蒸發(fā)水量：完成液量：F-W=1000-833.3=166.7（kg/h）②加熱蒸汽消耗量c0=4.013kJ/kg·℃t=75℃t0=30℃根據(jù)蒸發(fā)室壓力查二次蒸汽汽化熱：r=2355kJ/kg對應(yīng)的飽和蒸汽溫度t0＝59.7℃根據(jù)加熱蒸汽壓力查蒸汽汽化熱：r0=2247kJ/kg對應(yīng)溫度T＝104℃解：①蒸發(fā)水量：完成液量：F-W=1000-833.3=87加熱蒸汽消耗量：蒸汽的經(jīng)濟性：加熱蒸汽消耗量：蒸汽的經(jīng)濟性：88③蒸發(fā)器傳熱面積：生產(chǎn)強度：③蒸發(fā)器傳熱面積：生產(chǎn)強度：89討論：１、若改為沸點進料：（t0

＝t）經(jīng)濟性提高

2、若100℃進料（過熱進料），忽略溶液比熱變化因為有自蒸發(fā)（閃蒸）3、濃縮熱的影響討論：１、若改為沸點進料：（t0＝t）經(jīng)濟性提高2、若90

采用真空蒸發(fā)將質(zhì)量濃度為20%的NaOH水溶液在蒸發(fā)器中濃縮至50%，進料溫度為60℃，加料量為1.5kg/s。加熱用飽和蒸汽的壓強（表壓）為0.3MPa，冷凝器真空度為53kPa，有效傳熱溫度差為19.3℃。已知蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)為1560W/(m2·K)，設(shè)蒸發(fā)器的熱損失為加熱蒸汽放熱量的3%。例7-2單效蒸發(fā)器設(shè)計型計算

求：（1）加熱蒸汽消耗量及經(jīng)濟性； （2）蒸發(fā)器的傳熱面積； （3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度。 采用真空蒸發(fā)將質(zhì)量濃度為20%的NaOH水溶液在蒸發(fā)器中91i=630kJ/kg解：水分蒸發(fā)量：

蒸發(fā)器中溶液的溫度（完成液的沸點）為：t=143.5－19.3=124.2℃由圖查得NaOH水溶液的熱焓為：原料液濃度20%、溫度60℃：i0=220kJ/kg完成液濃度50%、溫度124.2℃：表壓為0.3MPa下，加熱用水蒸汽的飽和溫度T=143.5℃i=630kJ/kg解：水分蒸發(fā)量：蒸發(fā)器中溶92（1）由熱量衡算式可得加熱蒸汽用量：由水蒸氣表查得：表壓為0.3MPa下，水蒸氣的潛熱r0=2138kJ/kg絕壓為48.3kPa下，水蒸氣的熱焓I=2643kJ/kg（1）由熱量衡算式可得加熱蒸汽用量：由水蒸氣表查得：表壓為093Q=Dr0=1.17×2138=2501kW加熱蒸汽經(jīng)濟性：（2）蒸發(fā)器的傳熱面積：蒸發(fā)器的熱負荷：（3）蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度：蒸發(fā)器的傳熱面積：Q=Dr0=1.17×2138=2501kW加熱蒸汽經(jīng)濟性：94

蒸發(fā)裝置設(shè)備費用大小直接與傳熱面積有關(guān)，通常用生產(chǎn)強度來表征傳熱面的大小，即設(shè)備費的多少，生產(chǎn)強度高說明所需傳熱面小，設(shè)備費少。（kg/s·m2）若沸點進料，而且不計熱損失和濃縮熱有：1、蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強度單位傳熱面積單位時間蒸發(fā)出的水量。7.4蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性和操作方式7.4.1衡量蒸發(fā)操作經(jīng)濟性的方法生產(chǎn)強度：（7-11）（7-12） 蒸發(fā)裝置設(shè)備費用大小直接與傳熱面積有關(guān)，通常用生產(chǎn)強度來95

與結(jié)構(gòu)是否合理、操作方式、物料性質(zhì)等有關(guān)。應(yīng)常清洗、排出不凝性氣體、料液要有良好的循環(huán)。提高生產(chǎn)強度的途徑關(guān)鍵是提高傳熱系數(shù)Ｋ與有效溫度差（1）真空蒸發(fā)：

可降低沸點，有利于熱敏性物料的蒸發(fā)；增大傳熱溫差，但同時增加了真空系統(tǒng)，設(shè)備費用增加。（3）提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)：增大傳熱溫差（2）提高加熱蒸汽的溫度：

與結(jié)構(gòu)是否合理、操作方式、物料性質(zhì)等有關(guān)。應(yīng)常清洗、排出96

若沸點進料，不計熱損失和汽化潛熱的差別，則每汽化1kg水需要1kg的蒸汽。可見單效蒸發(fā)經(jīng)濟性理論值（加熱蒸汽Dr0=Wr二次蒸汽，r0≈r）被蒸發(fā)的水量（kg/s）

將每1kg加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量（）稱為加熱蒸汽的經(jīng)濟性。蒸汽量（kg/s）

2、加熱蒸汽的利用率體現(xiàn)了蒸發(fā)的操作費 若沸點進料，不計熱損失和汽化潛熱的差別，則每汽化1kg水97以上措施都是為了節(jié)省、減少操作費用（節(jié)省蒸汽）為提高加熱蒸汽的利用率，蒸發(fā)操作可有多種安排：1多效蒸發(fā)2額外蒸汽的引出3二次蒸汽的再壓縮（熱泵蒸發(fā)）4冷凝水熱量的利用7.4.2蒸發(fā)操作的節(jié)能方法以上措施都是為了節(jié)省、減少操作費用（節(jié)省蒸汽）為提高加熱蒸汽987.4.2.1多效蒸發(fā)（MultipleEffect）

一、多效蒸發(fā)原理（ThePrincipleofMultipleEffect）

前一個蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽通入后一蒸發(fā)器的加熱室；后一個蒸發(fā)器的加熱室成為前一個蒸發(fā)器的冷凝器。1、原理：2、特點：

①蒸發(fā)室壓力逐效降低，溶液沸點逐效降低。②沸點進料且忽略熱損失，單效經(jīng)濟性≈1，n效7.4.2.1多效蒸發(fā)（MultipleEffec99二、多效蒸發(fā)流程（TheWorkFlow）根據(jù)加料方式，多效蒸發(fā)流程如下：１、并流（ParallelFlow）

壓力：P1>P2>P3溫度：t1>t2>t3k1>k2>k3濃度：w1<w2<w3物料與蒸汽同向流動K值：物料流動不用輸送機械料液有自蒸發(fā)不適用粘度隨濃度增加而顯著增加的物料。二、多效蒸發(fā)流程（TheWorkFlow）根據(jù)加料方式，1002、逆流（Counterflow）物料與蒸汽逆向流動壓力：溫度：濃度：K值：大致相等物料流動需要機械輸送料液無自蒸發(fā)不適用于熱敏性物料P1>P2>P3t1>t2>t3w1>w2>w32、逆流（Counterflow）物料與蒸汽逆向流動壓力1013、平流（SynchronicFlow）

溶液只流經(jīng)一個蒸發(fā)器可處理易結(jié)晶物料可同時處理不同物料壓力：溫度：濃度：P1>P2>P3t1>t2>t3差別不大3、平流（SynchronicFlow）溶液只流經(jīng)一個蒸1027.4.2.2額外蒸汽的引出額外蒸汽：

從某效的二次蒸汽中抽出一部分，不進入下一效加熱室，而加熱其他換熱設(shè)備。這部分蒸汽被稱作額外蒸汽。7.4.2.2額外蒸汽的引出額外蒸汽： 1037.4.2.3二次蒸汽的再壓縮

途徑：①機械壓縮（電價低于蒸汽價格）②蒸汽動力壓縮（熱泵技術(shù)）7.4.2.3二次蒸汽的再壓縮途徑：①機械壓縮（電價1047.4.2.4冷凝水熱量的利用方法：①利用壓差，串級自蒸發(fā)②直接作熱介質(zhì)加熱其他物料7.4.2.4冷凝水熱量的利用方法：①利用壓差，串級自1057.4.3.3蒸發(fā)操作最優(yōu)化

多效蒸發(fā)加熱蒸汽經(jīng)濟性的經(jīng)驗值效數(shù)

單效

雙效

三效

四效

五效W/D0.911.752.53.333.70

上表說明：效數(shù)↑，W/D并不按比例↑，但設(shè)備費卻成倍↑，因此要選擇合理的效數(shù)。

多效蒸發(fā)的傳熱面積是單效蒸發(fā)的n倍，因此多效蒸發(fā)的U較單效小得多。理論上：

多效蒸發(fā)是以犧牲設(shè)備生產(chǎn)強度來提高加熱蒸汽的經(jīng)