化工原理学：第七章 蒸发

1、 第7章 蒸发 7.1 概述7.1.1 蒸发操作的目的和方法蒸发：含有不挥发性溶质的溶液在沸腾条件下 受热，使部分溶剂汽化为蒸汽的操作。目的: （1）获得浓缩的溶液，直接作为化工 成品或半成品。 （2）与结晶联合操作以获得固体溶质 （3）脱除杂质，制取纯净的溶剂 7.1.2 蒸发操作的特点一、过程实质：热量传递而不是物质传递 蒸发操作应属于传热过程二、过程特点：（1）浓溶剂在加热面上析出溶质而形成垢层, 使传热过程恶化。（2）溶液性质对蒸发器结构设计提出了特殊 要求。（3）蒸发操作是大量耗热的过程，节能是蒸 发操作应予考虑的重要问题。三、过程中蒸汽温位的变化： 高温位 低温位温位的降低用于两部

2、分：（1）传热需一定的温差为推动力（2）由于溶质的存在造成溶液的沸点升高 7.2 蒸发设备7.2.1 各种蒸发器一、蒸发器的构件 主要构件： （1）加热室 （2）流动通道 （3）气液分离空间 辅助设备： （1）除沫器 （2）冷凝器 （3）疏水器二、蒸发器的类型（1）循环型蒸发器 垂直短管式（中央循环管式）（动画） 流体在细管内向上，粗管内向下作循环运动，循环速度0.10.5m/s 外加热式 采用长加热管，且循环管不再受热，循环速度1.5m/s 强制循环蒸发器 采用泵进行强制循环，循环速度1.85m/s讨论：提高循环速度的目的是什么？ a. 增加给热系数 b. 降低单程汽化率，延缓结垢时间（2）

3、单程型蒸发器 物料一次通过加热面即可完成浓缩要求， 受热时间大为缩短，适合热敏物料。旋转刮片式蒸发器7.2.2 蒸发器的传热系数一、蒸发器的热阻分析 ：管外蒸汽冷凝热阻，一般很小 ：加热管壁的热阻，一般可以忽略 ：管内壁液体一侧的垢层热阻， 一般较大 ：管内沸腾给热热阻，是蒸发传热的主 要热阻二、管内气液两相流动型式三、管内沸腾给热为提高全管长内的平均给热系数，应扩大环状流动区域。四 、传热系数的经验值主要靠现场实际测定 7.3 单效蒸发7.3.1 物料衡算 溶质不挥发 水分蒸发量：问题：若将某溶液从0.01浓缩至0.1与从 1浓缩至10相比，哪一个能耗大？答：一样大 并不与 成正比，而与 有

4、关 7.3.2 热量衡算一、浓缩热显著的溶液对蒸发器作热量衡算，有： 或 取 的某一百分数二、不计浓缩热的热量衡算 :料液的比热容 蒸发器的热负荷 7.3.3 蒸发速率与传热温度差一、蒸发速率 加热蒸汽的饱和温度 蒸发器内溶液的沸点，即完成液的度 二次蒸气的饱和温度 蒸发器操作压强，常以冷凝器压强代替二、溶液沸点溶液沸点不仅取决于操作压强，还与下述因素有关： （1）溶质造成的沸点升高 原因：溶质的存在 确定方法：杜林法则 例：101.3kPa、50的NaOH水溶液的 沸点为142（2）液柱静压头引起的 取液面下 处的溶液沸腾温度为平均温度 ：液面上方的压强， 通常以冷凝器压强代替 ：蒸发器内的

5、液面高度 温度差损失 ，以 为主蒸发器中沸腾液体的平均温度为： 蒸发过程的传热温差：7.3.4 单效蒸发过程的计算 7.4 蒸发操作的经济性和多效蒸发7.4.1 衡量蒸发操作经济性的方法一、蒸汽设备的生产强度 （1）生产强度的定义若不计热损失和浓缩热、料液预热至沸点加入，则蒸发器的传热速率：（2）提高生产强度的途径 增大传热温差： 提高加热蒸汽的温度； 真空蒸发（降低溶液沸点）。 提高蒸发器的传热系数： 建立良好的溶液循环流动； 及时排不凝性气体； 经常清除垢层。二、加热蒸汽的利用率 将每1kg加热蒸汽所能蒸发的水量 称为加 热蒸汽的经济性7.4.2 蒸发操作的节能方法一、多效蒸发 注意：后一效操作压强及温度必较前一较低 （1）并流加料 原料液无须泵送，末效传热条件较劣。 （2）逆流加料 原料液须泵送，各效传热条件大致相同（3）平流加料 对易结晶的物料较为合适 二、额外蒸汽引出 工程上，总蒸发量 规定，欲引出额外蒸汽，需增加加热蒸汽量 ，而使 有所下降；但增