化工原理蒸发

1、 第一节第一节 概述概述 一、蒸发的定义一、蒸发的定义 二、加热蒸汽和二次蒸汽二、加热蒸汽和二次蒸汽 使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使 溶液中溶质浓度提高的单元操作称为溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发蒸发，所用的设备称为蒸，所用的设备称为蒸 发器。发器。 蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸汽，蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸汽， 而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸汽。而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸汽。 为了易于区别，前者称为为了易于区别，前者称为加热蒸汽

2、或生蒸汽加热蒸汽或生蒸汽，后者称为，后者称为二次蒸二次蒸 汽汽。 三、分类三、分类 1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 单效蒸发单效蒸发：将二次蒸汽不在利用而直接送到冷凝器冷凝以：将二次蒸汽不在利用而直接送到冷凝器冷凝以 除去的蒸发操作。除去的蒸发操作。 多效蒸发多效蒸发：若将二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为：若将二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为 加热蒸汽，则可提高加热蒸汽（生蒸汽）的利用率，这种加热蒸汽，则可提高加热蒸汽（生蒸汽）的利用率，这种 串联蒸发操作称为多效蒸发。串联蒸发操作称为多效蒸发。 2、按二次蒸汽的利用情况分

3、：单效和多效蒸发、按二次蒸汽的利用情况分：单效和多效蒸发 四、蒸发操作的特点四、蒸发操作的特点 1、传热性质：、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。传热过程。 2、溶液性质：、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。 3、沸点升高：、沸点升高：当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于 蒸发纯水的温度差。蒸发纯水的温度差。 4、泡沫挟带：、泡沫挟带：二次蒸汽中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设二次蒸汽中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝

4、设 备污染。备污染。 5、能源利用：、能源利用：二次蒸汽的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。二次蒸汽的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。 单效蒸发的计算项目有：单效蒸发的计算项目有： （1）蒸发量；）蒸发量； （2）加热蒸汽消耗量；）加热蒸汽消耗量； （3）蒸发器的传热面积）蒸发器的传热面积 通常生产任务中已知的项目有：通常生产任务中已知的项目有： （1）原料液流量、组成与温度；）原料液流量、组成与温度； （2）完成液组成；）完成液组成； （3）加热蒸汽压强或温度；）加热蒸汽压强或温度； （4）冷凝器的压强或温度。）冷凝器的压强或温度。 加热室加热室 蒸发室蒸发室 F,x0,t0,h0

5、 D,T,H W,T,H D,T,hw (F-W),x1 t1,h1 QL 式中式中 F原料液流量，原料液流量，kg/h; W蒸发量蒸发量,kg/h; x0原料液的质量组成原料液的质量组成,%; x1完成液的组成完成液的组成,% 对单效蒸发器作溶质衡算，得对单效蒸发器作溶质衡算，得 10 )(xWFFx )1( 1 0 x x FW（5-1） 蒸发操作中，加热蒸汽的热量一般用于将溶液加热至沸点，蒸发操作中，加热蒸汽的热量一般用于将溶液加热至沸点， 将水分蒸发为蒸汽以及向周围散失的热量。将水分蒸发为蒸汽以及向周围散失的热量。 对于某些溶液，如对于某些溶液，如CaCl2、 、NaOH、 、H2SO

6、4等水溶液稀释时等水溶液稀释时 释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的 浓缩热。浓缩热。 式中式中 D加热蒸汽的消耗量加热蒸汽的消耗量,kg/h H加热蒸汽的焓加热蒸汽的焓,kJ/kg h0原料液的焓原料液的焓, kJ/kg H二次蒸汽的焓二次蒸汽的焓, kJ/kg h1完成液的焓完成液的焓, kJ/kg hw冷凝水的焓冷凝水的焓,kJ/kg QL热损失热损失, kJ/h Lw QDhhWFHWFhDH 10 )(（5-2） 对单效蒸发器作物料的热量衡算，得对单效蒸发器作物料的热量衡算，得 w L hH QFhhWFHW D 0

7、1 )( （5-3） 若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排除，则 式中式中 R加热蒸汽的汽化热，加热蒸汽的汽化热，kJ/kg 稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。 则上式变为则上式变为 H-hw=R 100 ()WHFW hFhQ D R 5-3a5-3a 溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即 h0=cp0(t-0)=cp0t0 （ （5-4） h1=cp1(t-0)=cp1t1 （ （5-5） hw=cpw(t-0)=cpwT

8、（ （5-6） 代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有 D(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL（5-7） 计算溶液比热的经验公式为：计算溶液比热的经验公式为： Cp=cpw(1-x)+cpBx （5-8） 式中式中 Cp溶液的比热溶液的比热,kJ/(kg ); Cpw纯水的比热纯水的比热, kJ/(kg ); CpB溶质的比热溶质的比热, kJ/(kg ). 当当x0.2时，上式简化为：时，上式简化为： Cp=cpw(1-x) （5-8a） 由于由于 H-cpwTR (5-12) H-cpwt1r (5-13) 式中式中 R加热蒸汽的汽

9、化热，加热蒸汽的汽化热，kJ/kg； r二次蒸汽的汽化热，二次蒸汽的汽化热，kJ/kg。 将上两式代入式将上两式代入式5-22，并简化得：，并简化得： 上式说明加热蒸汽的热量用于将原料液加热到沸点、蒸发上式说明加热蒸汽的热量用于将原料液加热到沸点、蒸发 水分以及向周围的热损失。水分以及向周围的热损失。 010 () pL WrFcttQ D R (5-14)(5-14) 单效蒸发操作中单效蒸发操作中e1，每蒸发每蒸发1kg 的水分约消耗的水分约消耗1kg 的加热蒸汽（由于蒸的加热蒸汽（由于蒸 汽的汽化热随压强变化不大，即汽的汽化热随压强变化不大，即Rr） ； 实际蒸发操作中实际蒸发操作中e值约

10、为值约为1.1或更大；或更大； （1）温度差的损失的存在；）温度差的损失的存在； （2）二次蒸汽的气化潜热总是大于加热蒸汽的气化潜热。）二次蒸汽的气化潜热总是大于加热蒸汽的气化潜热。 e值是衡量蒸发装置经济程度的指标。值是衡量蒸发装置经济程度的指标。 若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损失，上式简化为：若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损失，上式简化为： Wr D R Dr e WR 式中式中 e蒸发蒸发1kg水分时，加热蒸汽的消耗量，称为单位蒸汽耗量，水分时，加热蒸汽的消耗量，称为单位蒸汽耗量， kg/kg。 蒸发器的传热面积由传热速率公式计算，即：蒸发器的传热面积由传热速率公式

11、计算，即： 式中式中 A0蒸发器的传热面积，蒸发器的传热面积，m2 K0基于外表面积的总传热系数；基于外表面积的总传热系数；kw/(m2) tm 平均温度差，平均温度差， Q蒸发器的热负荷，即蒸发器的传热速率，蒸发器的热负荷，即蒸发器的传热速率，kw。 注意：若加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除，则注意：若加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除，则A0可根据式可根据式5-18 直接算出（潜热），否则应分段计算。下面按前者情况进行讨论。直接算出（潜热），否则应分段计算。下面按前者情况进行讨论。 00m QA Kt 0 0m Q A Kt (5-15)(5-15) 在蒸发过程中，加热两侧流体均处于恒温、变

12、相状态下，故：在蒸发过程中，加热两侧流体均处于恒温、变相状态下，故： tm =T-t （5-16） 式中式中 T加热蒸汽的温度，加热蒸汽的温度，； t操作条件下溶液的沸点，操作条件下溶液的沸点，。 垢层热阻值可按经验数值估算。管外侧的蒸汽冷凝传热系数垢层热阻值可按经验数值估算。管外侧的蒸汽冷凝传热系数 可按膜式冷凝传热系数公式计算，管内侧溶液沸腾传热系数则可按膜式冷凝传热系数公式计算，管内侧溶液沸腾传热系数则 按管内沸腾传热系数关联式计算。按管内沸腾传热系数关联式计算。 o so mi is ii a R d db d d R d d a K 11 1 000 0 式中式中 a对流传热系数，对

13、流传热系数，W/(m2) d管径，管径，m Ri垢层热阻，垢层热阻，m2/W b管壁厚度，管壁厚度，m 管材的导热系数，管材的导热系数，W/(m) 下标下标i表示管内侧、表示管内侧、o表示外侧、表示外侧、m表示对数平均。表示对数平均。 （5-17） 若加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除，且忽略热损失，若加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除，且忽略热损失， 则蒸发器的热负荷为：则蒸发器的热负荷为： 上面算出的传热面积，应视具体情况选用适当的安全系数上面算出的传热面积，应视具体情况选用适当的安全系数 加以校正。加以校正。 Q=DR (5-18) 例题例题 有一传热面积为有一传热面积为30m2的单效蒸发器

14、，将的单效蒸发器，将35，浓度为，浓度为 20%（质量）的（质量）的NaOH溶液浓缩至溶液浓缩至50%（质量）。已知加热用（质量）。已知加热用 饱和水蒸汽的压力为饱和水蒸汽的压力为294kN/m2（绝压），蒸发室内压力为（绝压），蒸发室内压力为19.6 kN/m2（绝压），溶液的沸点为绝压），溶液的沸点为100，又蒸发器的总传热系数，又蒸发器的总传热系数 为为1000W/m2k,热损失可取为传热量的热损失可取为传热量的3%，试计算加热蒸汽消，试计算加热蒸汽消 耗量耗量D和料液处理量和料液处理量F。 解：根据加热蒸汽压力和二次蒸汽压力，由蒸汽表查得：解：根据加热蒸汽压力和二次蒸汽压力，由蒸汽表查

15、得： 294 kN/m2（ 即即300KPa 绝压）时：蒸汽焓绝压）时：蒸汽焓H=2728.5kJ/kg 冷凝水的焓冷凝水的焓hw=560.4kJ/kg 汽化热汽化热r=2168kJ/kg 温度温度T=133.3 19.6 kN/m2（即即20KPa，绝压）时：，绝压）时： 二次蒸汽的焓二次蒸汽的焓H=2606.4kJ/kg 饱和温度饱和温度T=60.1 二次蒸汽的汽化热二次蒸汽的汽化热r=2355kJ/kg, (1) (1) 加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量D D 由传热速率方程得：由传热速率方程得： Q=KA(T-t)=100030(133.3-100)=9.99105w w QQ D HhR

16、 5 9.99 10 /1000 =0.46/1658.8/ 2728.5-560.4 Dkg skg h (2)(2) 料液流量料液流量F F )1( 1 0 x x FW DH+Fh0=WH+(F-W)h1+Dhw+QL 式中是式中是D、H、H、hw已知量，根据料液、完成液的温度和浓已知量，根据料液、完成液的温度和浓 度查图得，原料液的焓度查图得，原料液的焓h0=120kJ/kg，完成液的焓完成液的焓h1=540kJ/kg 又又QL=0.03Q=0.039.99105=29.97kw 代入已知数据代入已知数据 0.462728.5+120F=2606.4W+540(F-W)+0.46560

17、.4+3%Q F=0.56kg/s W=0.34kg/s 整理后，得整理后，得 420F+2141W=958.4 (3)(3) 不考虑溶液的浓缩热时，求料液流量。不考虑溶液的浓缩热时，求料液流量。 已知溶质的比热已知溶质的比热CB=2.01kJ/kgk D(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QL Cp0=4.187(1-0.2)+2.010.2=3.75kJ/kgk Cp1=4.187(1-0.5)+2.010.5=3.1kJ/kgk 则有则有 0.455(2728-556.5) =(F-W)3.1100+2681W+29.6-F3.7535 178.7F+2371W=

18、958.4 将将W=0.6F代入，解得代入，解得 F=0.6kg/s W=0.36kg/s 此例的此例的2、3两项计算结果表明，蒸发面积相同时，不考两项计算结果表明，蒸发面积相同时，不考 虑浓缩热所得料液处理量要比实际情况约高虑浓缩热所得料液处理量要比实际情况约高6%。 注意：如果缺乏溶液在不同温度和浓度下焓的数据，对于有注意：如果缺乏溶液在不同温度和浓度下焓的数据，对于有 明显浓缩热的物料，可先按一般物料来处理，即先不考虑浓明显浓缩热的物料，可先按一般物料来处理，即先不考虑浓 缩热的影响进行计算后，再校正。缩热的影响进行计算后，再校正。 蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水分量，蒸发器的生产

19、能力用单位时间内蒸发的水分量， 即蒸发量表示。其生产能力的大小取决于通过传热面即蒸发量表示。其生产能力的大小取决于通过传热面 积的传热速率积的传热速率Q，因此也可以用蒸发器的传热速率来因此也可以用蒸发器的传热速率来 衡量生产能力。衡量生产能力。 根据传热速率方程得单效蒸发时的传热速率为：根据传热速率方程得单效蒸发时的传热速率为： Q=KAt 或或 Q=KA(T-t) （5-19） 进料状况影响蒸发器的生产能力进料状况影响蒸发器的生产能力 (1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热 至沸点，因而降低了生产能力；至沸点，因而降低了生产能力； (2)沸点进

20、料时，通过传热面的热量全部用于蒸发沸点进料时，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；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，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。使生产能力有所增加。 蒸发器的生产强度是指单位传热面积上单位时间内蒸发的蒸发器的生产强度是指单位传热面积上单位时间内蒸发的 水量，单位为水量，单位为kg/(m2h)，常采用生产强度常采用生产强度U作为衡量蒸发器性作为衡量蒸发器性 能的标准。能的标准。 若为沸点进料，且忽略热损失，则若为沸点进料，且忽略热损失，则： 由上式可以看出，欲提高蒸发器的生产强度，必

21、须设法提由上式可以看出，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。高蒸发器的总传热系数和传热温度差。 （5-20 ） W U A m QWrKA t m K tQ U Arr 传热温度差主要取决于加热蒸汽和蒸发器中的操作压强。传热温度差主要取决于加热蒸汽和蒸发器中的操作压强。 传热温度差的提高是有一定限度的，原因如下：传热温度差的提高是有一定限度的，原因如下： l加热蒸汽的压强越高，其饱和温度也越高加热蒸汽的压强越高，其饱和温度也越高，但是加热蒸汽常但是加热蒸汽常 受工厂的供汽条件所限。一般为受工厂的供汽条件所限。一般为300500kPa，有时可高达有时可高达 60

22、0800 kPa。 l提高蒸发器的真空度，使溶液的沸点降低，也可以加大温度提高蒸发器的真空度，使溶液的沸点降低，也可以加大温度 差，但是这样不仅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸差，但是这样不仅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸 点降低，使粘度增高，导致沸腾传热系数下降，因此一般冷点降低，使粘度增高，导致沸腾传热系数下降，因此一般冷 凝器中的压强不低于凝器中的压强不低于1020 kPa。 l为了控制沸腾操作局限于泡核沸腾区，也不宜采用过高的传为了控制沸腾操作局限于泡核沸腾区，也不宜采用过高的传 热温度差。热温度差。 一般来说，增大总传热系数是提高蒸发器生产强一般来说，增大总传热系数是提高蒸

23、发器生产强 度的主要途径。度的主要途径。 l总传热系数总传热系数K值取决于对流传热系数和污垢热阻。值取决于对流传热系数和污垢热阻。 l蒸汽冷凝传热系数通常比溶液沸腾传热系数大，即传热总蒸汽冷凝传热系数通常比溶液沸腾传热系数大，即传热总 热阻中，蒸汽冷凝侧的热阻较小。热阻中，蒸汽冷凝侧的热阻较小。 l在蒸发器的设计和操作中，必须考虑及时排除蒸汽中的不在蒸发器的设计和操作中，必须考虑及时排除蒸汽中的不 凝气，否则，其热阻将大大增加，使总传热系数下降。凝气，否则，其热阻将大大增加，使总传热系数下降。 三、溶液的沸点升高和温度差损失三、溶液的沸点升高和温度差损失 溶液的沸点升高溶液的沸点升高：一定压强

24、下，溶液的沸点较纯水高，两：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两 者之差，称为溶液的沸点升高。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，无机盐溶液较大。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高 度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。 溶液沸点升高的计算公式：溶液沸点升高的计算公式： 式中式中 溶液的沸点升高，溶液的沸点升高， t 溶液的沸点，溶液的沸点， t0与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的与溶液压强相等时水

25、的沸点，即二次蒸汽的 饱和温度，饱和温度， 0tt （5-21） 传热温度差损失传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。 式中式中 tm传热的有效温度差，传热的有效温度差， tm0 理论上的传热温度差，理论上的传热温度差， t 溶液的沸点，溶液的沸点， t0纯水在操作压强的沸点，纯水在操作压强的沸点， T加热蒸汽的温度，加热蒸汽的温度， 计算公式为：计算公式为： tm =T-t tm0 =T- t0 = tm0- tm=t-t0 （5-22） 例：用例：用476kpa（绝压）的水蒸汽作为加热蒸汽（绝压）的水蒸汽作为加热蒸汽（T=150 ）， 蒸

26、发室内压力为蒸发室内压力为1atm，蒸发蒸发30%的的NaOH溶液，沸点为溶液，沸点为t=115 ，其最大传热温度差，用其最大传热温度差，用tm0来表示，求温差损失来表示，求温差损失 tm0=T- t0 =150-100=50 有效温度差为：有效温度差为： tm=T-t=150-115=35 则温度差损失为：则温度差损失为： = tm0- tm=（ T- t0 ）-（ T-t）=t-t0=15 即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。 只有求得只有求得，才可求得溶液的沸点才可求得溶液的沸点t（=t0+ ）和有效传热温度和有效传热温

27、度 差差tm （=tm0- ）。）。 （1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失；(溶液溶液 中溶质不被蒸发引起的）中溶质不被蒸发引起的） （3）因管路流体阻力而引起的温度差损失）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。 （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失； 总温度差损失为：总温度差损失为： （5-23） 式中：式中：t实际操作压强时溶液的沸点，实际操作压强时溶液的沸点，主要与溶液的，主要与溶液的 类别、浓度及操作压强有关。类别、浓度及操作压强有关。 t0与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的与溶液压强相等时水

28、的沸点，即二次蒸汽的 饱和温度，饱和温度， 在文献和手册中，可以查到常压（在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶下某些溶 液在不同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需液在不同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需 计算，估算方法有两种。计算，估算方法有两种。 （5-24） 式中式中 常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的t值值 求得，求得，； 操作条件下溶液的沸点升高，操作条件下溶液的沸点升高，； f校正系数，无因次。其经验计算式为：校正系数，无因次。其经验计算式为： a a a a a 式中式中 t0操作压强下二次蒸汽的温度，操作压强下二次蒸

29、汽的温度，； r操作压强下二次蒸汽的汽化热，操作压强下二次蒸汽的汽化热，kJ/kg。 a f (1)(1) （5-5-2525） （5-26） (2) 杜林规则杜林规则 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，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， 即即 式中式中 t 、t0分别为操作压强分别为操作压强pM下溶液的沸点与纯水下溶液的沸点与纯水(标准溶液）的沸点，标准溶液）的沸点， t、t0分别为标准大气压下溶液的沸点与纯水分别为标准大气压下溶液的沸点与纯水

30、(标准溶液）标准溶液）的沸点，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，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。可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。 （5-5-2727） NaOH水溶液杜林线图水溶液杜林线图 当某压强下水的沸点当某压强下水的沸点tw=0时，则上式变为：时，则上式变为： 式中式中 ym杜林线的截距，杜林线的截距， 注意：不同浓度的杜林线是不平行的，斜率注意：不同浓度的杜林线是不平行的，斜率k与截距与截距ym都是都是 溶液质量浓度溶液质量浓度x的函数。的函数。 对对NaOH水溶液，水

31、溶液，k、ym与与x的关系为：的关系为： k=1+0.142x (5-29a)(5-29a) ym=150.75x2-2.71x (5-29b)(5-29b) 式中式中 x溶液的质量浓度溶液的质量浓度 液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸 点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。 式中式中 pm液层中部的平均压强，液层中部的平均压强，Pa p液面的压强，即二次蒸汽的压强，液面的压强，即二次蒸汽的压强，Pa l液层深度，液层深度，m 简化处理：计算时以液层中部的平均压强简化处理：计算时以液

32、层中部的平均压强pm及相应的沸点及相应的沸点 tpm为准，中部的压强为：为准，中部的压强为： 2 m gl pp （5-30） 常根据平均压强常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引故因静压强而引 起的温度差损失为：起的温度差损失为： =tpm-tp （5-31） 式中式中 tpm 与平均压强与平均压强pm相对应纯水的沸点，相对应纯水的沸点， tp与二次蒸汽压强与二次蒸汽压强p相对应的水的沸点，相对应的水的沸点， 影响影响的因素：的因素： （1）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所 用的纯液体密度

33、要小，使得算出的用的纯液体密度要小，使得算出的值偏大；值偏大； （2）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力 使平均压强增高。使平均压强增高。 3、因流动阻力造成的温差损失：、因流动阻力造成的温差损失： 采用多效蒸发时，二次蒸汽在离开前一效蒸发室采用多效蒸发时，二次蒸汽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，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，一般取速、物性和管道的尺寸有关，一般

34、取0.51.5。 多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低， 引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成 为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。 一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由 于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故 提高了生蒸汽的利用率，即经济性。提高了生蒸汽的利用率，即

35、经济性。 表表 单位蒸汽消耗量单位蒸汽消耗量 强调：蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，强调：蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量， 而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的而只是节约了加热蒸汽，其代价则是设备投资增加。在相同的 操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比传热面积与其中一 个效相等的单效蒸发器的生产能力大。个效相等的单效蒸发器的生产能力大。 错误观点：多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。错误观点：多效蒸发器的生产能力是单效蒸发器的若干倍。 蒸汽和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。蒸汽

36、和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。 缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，温度下降，致使黏度升缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，温度下降，致使黏度升 高，传热系数下降，在后二效中尤为严重。高，传热系数下降，在后二效中尤为严重。 优点：优点： 在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效 间流动不需用泵；间流动不需用泵； 闪蒸闪蒸: 料液的沸点依效序递降，使前效料以过热状态料液的沸点依效序递降，使前效料以过热状态 进入后效时快速放出显热，供一部分水汽化；进入后效时快速放出显热，供一部分水汽化； 料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，料液的

37、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。对热敏性物料有利。 原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 123 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 并流加料法的三效蒸发装置流程示意图并流加料法的三效蒸发装置流程示意图 X0,t0 X1,t1X2,t2 X3,t3 p1p2 p3 p1p2p3 料液与蒸汽流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输料液与蒸汽流动方向相反。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。加热蒸汽的流向仍是由送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸汽的流向仍是由 第一效顺序至末效。第一效顺序至末效。 优点：浓度较

38、高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，传热系优点：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。数较大。 缺点：缺点：（1 1）各效间需用泵输送；各效间需用泵输送； （2 2）无自蒸发；无自蒸发； （3 3）高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。 原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 123 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 p1p2p3 p1p2 p3 X1,t1 X2,t2 X3,t3 X0,t0 效数多时，也可采用顺流和逆流并用的操作，称为混流法，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。缩。 3 平流法平流法 原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸 汽流向仍是由第一效流至末效。此种流程适用于处理蒸发过汽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。程中伴有结晶析出的溶液。 4 混流法混流法 原料液原料液 加热蒸汽加热蒸汽 至冷凝器至冷凝器 完成液完成液 123 冷凝水冷凝水 冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 完成液完成液 完成液完成液