1、一、蒸發的定義一、蒸發的定義 二、加熱蒸氣和二次蒸氣二、加熱蒸氣和二次蒸氣 使含有不揮發性溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使使含有不揮發性溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發蒸發，所用的設備稱為蒸，所用的設備稱為蒸發器。發器。 蒸發需要不斷的供給熱能。工業上采用的熱源通常為水蒸氣，蒸發需要不斷的供給熱能。工業上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發的物料大多是水溶液，蒸發時產生的蒸氣也是水蒸氣。而蒸發的物料大多是水溶液，蒸發時產生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區別，前者稱為為了易于區別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為

2、，后者稱為二次蒸二次蒸氣氣。三、分類三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發單效蒸發單效蒸發：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發操作。除去的蒸發操作。多效蒸發多效蒸發：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發器作為：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯蒸發操作稱為多效蒸發。串聯蒸發操作稱為多效蒸發。2、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效蒸發、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效

3、蒸發四、蒸發操作的特點四、蒸發操作的特點 1、傳熱性質：、傳熱性質：屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫 傳熱過程。傳熱過程。2、溶液性質：、溶液性質：熱敏性、腐蝕性、結晶性、結垢性、泡沫、粘度等。熱敏性、腐蝕性、結晶性、結垢性、泡沫、粘度等。3、沸點升高：、沸點升高：當加熱蒸氣一定時，蒸發溶液的傳熱溫度差要小于當加熱蒸氣一定時，蒸發溶液的傳熱溫度差要小于蒸發純水的溫度差。蒸發純水的溫度差。4、泡沫挾帶：、泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設備污染。備污染。5、能源利用：、能源利用：二次蒸氣的利用是蒸

4、發操作中要考慮的關鍵問題之一。二次蒸氣的利用是蒸發操作中要考慮的關鍵問題之一。溶液的沸點升高溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點升高。者之差，稱為溶液的沸點升高。稀溶液或有機溶液沸點升高值較小，無機鹽溶液較大。稀溶液或有機溶液沸點升高值較小，無機鹽溶液較大。對于同一種溶液，沸點升高值隨溶液濃度及蒸發器內液柱高對于同一種溶液，沸點升高值隨溶液濃度及蒸發器內液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點升高值越大。度而異，濃度越大，液柱越高，沸點升高值越大。溶液沸點升高的計算公式：溶液沸點升高的計算公式：式中式中 溶液的沸點升高，溶液

5、的沸點升高， t 溶液的沸點，溶液的沸點， T/與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的 飽和溫度，飽和溫度， Tt（5-1）傳熱溫度差損失傳熱溫度差損失：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。式中式中 t傳熱的有效溫度差，傳熱的有效溫度差， tT 理論上的傳熱溫度差，理論上的傳熱溫度差， t 溶液的沸點，溶液的沸點， T純水在操作沸點，純水在操作沸點， Ts加熱蒸氣的溫度，加熱蒸氣的溫度， 計算公式為：計算公式為：t=Ts-t tT =Ts-T= tT- t（5-2） 例：用例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱

6、蒸汽（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=150 ），蒸發室內壓力為蒸發室內壓力為1atm，蒸發蒸發30%的的NaOH溶液，沸點為溶液，沸點為t=115 ，其最大傳熱溫度差，用其最大傳熱溫度差，用tT來表示：來表示： tT=Ts-T=150-100=50有效溫度差為：有效溫度差為： t=Ts-t=150-115=35則溫度差損失為：則溫度差損失為： = tT- t=（ Ts-T）-（ Ts-t）=t-T=15 即傳熱溫度差損失等于溶液的沸點與同壓下水的沸點之差。即傳熱溫度差損失等于溶液的沸點與同壓下水的沸點之差。只有求得只有求得，才可求得溶液的沸點才可求得溶液的沸點t（=T+ ）和有效傳熱溫度和

7、有效傳熱溫度差差t （=tT- ）。）。（1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失； （3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失）因管路流體阻力而引起的溫度差損失 。（2）因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失）因加熱管內液柱靜壓強而引起的溫度差損失；總溫度差損失為：總溫度差損失為： （5-3） TtA（5-4）式中式中 tA溶液沸點，溶液沸點，主要與溶液的類別、濃度及操，主要與溶液的類別、濃度及操 作壓強有關。作壓強有關。 T與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的 飽和溫度，飽和溫度， 在文獻和手冊中，可以查到常壓（在文

8、獻和手冊中，可以查到常壓（1atm）下某些溶液在不下某些溶液在不同濃度時的沸點數據。非常壓下的溶液沸點則需計算，估算方同濃度時的沸點數據。非常壓下的溶液沸點則需計算，估算方法有兩種。法有兩種。式中式中 常壓下溶液的沸點升高，可由實驗測定的常壓下溶液的沸點升高，可由實驗測定的tA值值 求得，求得，； 操作條件下溶液的沸點升高，操作條件下溶液的沸點升高，； f校正系數，無因次。其經驗計算式為：校正系數，無因次。其經驗計算式為： aaaaa式中式中 T操作壓強下二次蒸氣的溫度，操作壓強下二次蒸氣的溫度，； r操作壓強下二次蒸氣的汽化熱，操作壓強下二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。af(1)(1)（5-5

9、5-5）rTf2)273(016. 0（5-65-6）(2) 杜林規則杜林規則 該規則認為：某溶液（或液體）在兩種不同壓力下兩沸點之該規則認為：某溶液（或液體）在兩種不同壓力下兩沸點之差與另一標準液體在相應壓力下兩沸點之差，其比值為一常數，差與另一標準液體在相應壓力下兩沸點之差，其比值為一常數，即即 式中式中 tA 、tw分別為壓強分別為壓強pM下溶液的沸點與純水的沸點，下溶液的沸點與純水的沸點， tA、tw分別為壓強分別為壓強pN下溶液的沸點與純水的沸點，下溶液的沸點與純水的沸點， 一定濃度下溶液的沸點與相同壓強下水的沸點呈直線關系，一定濃度下溶液的沸點與相同壓強下水的沸點呈直線關系，可以利

10、用杜林線求不同濃度的溶液在任一壓力下的沸點。可以利用杜林線求不同濃度的溶液在任一壓力下的沸點。wwAAttttk（5-75-7）當某壓強下水的沸點當某壓強下水的沸點tw=0時，則上式變為：時，則上式變為： 式中式中 ym杜林線的截距，杜林線的截距， 注意：不同濃度的杜林線是不平行的，斜率注意：不同濃度的杜林線是不平行的，斜率k與截距與截距ym都都是溶液質量濃度是溶液質量濃度x的函數。的函數。對對NaOH水溶液，水溶液，k、ym與與x的關系為：的關系為： k=1+0.142x (5-9a)(5-9a) ym=150.75x2-2.71x (5-9b)(5-9b) 式中式中 x溶液的質量濃度溶液的

11、質量濃度mwAAyt ktt（5-85-8） 液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與表面沸液層內的溶液的沸點高于液面的，液層內部沸點與表面沸點之差即為因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。點之差即為因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。式中式中 pm液層中部的平均壓強，液層中部的平均壓強，Pa p液面的壓強，即二次蒸氣的壓強，液面的壓強，即二次蒸氣的壓強，Pa l液層深度，液層深度，m 簡化處理：計算時以液層中部的平均壓強簡化處理：計算時以液層中部的平均壓強pm及相應的沸點及相應的沸點tAm為準，中部的壓強為：為準，中部的壓強為： 2glppm（5-105-10） 常根據平均壓強常根據平均壓強pm查

12、出純水的相應沸點查出純水的相應沸點tpm，故因靜壓強而引故因靜壓強而引起的溫度差損失為：起的溫度差損失為： =tpm-tp （5-11）式中式中 tpm 與平均壓強與平均壓強pm相對應純水的沸點，相對應純水的沸點， tp與二次蒸氣壓強與二次蒸氣壓強p相對應的水的沸點，相對應的水的沸點，影響影響的因素：的因素：（1）沸騰時液層內混有氣泡，液層的實際密度較計算公式所）沸騰時液層內混有氣泡，液層的實際密度較計算公式所用的純液體密度要小，使得算出的用的純液體密度要小，使得算出的值偏大；值偏大；（2）當溶液在加熱管內的循環速度較大時，就會因流體阻力）當溶液在加熱管內的循環速度較大時，就會因流體阻力使平均

13、壓強增高。使平均壓強增高。 采用多效蒸發時，二次蒸氣在離開前一效蒸發室采用多效蒸發時，二次蒸氣在離開前一效蒸發室流往后一效加熱室的過程中要克服管道的流動阻力，流往后一效加熱室的過程中要克服管道的流動阻力，從而導致蒸汽溫度下降。此項溫度差損失與蒸汽的流從而導致蒸汽溫度下降。此項溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關，一般取速、物性和管道的尺寸有關，一般取0.51.5。單效蒸發的計算項目有：單效蒸發的計算項目有： （1）蒸發量；）蒸發量； （2）加熱蒸氣消耗量；）加熱蒸氣消耗量； （3）蒸發器的傳熱面積）蒸發器的傳熱面積通常生產任務中已知的項目有：通常生產任務中已知的項目有： （1）原料液流

14、量、組成與溫度；）原料液流量、組成與溫度； （2）完成液組成；）完成液組成； （3）加熱蒸氣壓強或溫度；）加熱蒸氣壓強或溫度； （4）冷凝器的壓強或溫度。）冷凝器的壓強或溫度。加熱室加熱室蒸發室蒸發室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,HD,T,hw(F-W),x1t1,h1QL式中式中 F原料液流量原料液流量 W蒸發量蒸發量 x0原料液的質量組成原料液的質量組成 x1完成液的組成完成液的組成對單效蒸發器作溶質衡算，得對單效蒸發器作溶質衡算，得10)(xWFFx)1(10 xxFW（5-12） 蒸發操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸蒸發操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸點

15、，將水分蒸發為蒸氣以及向周圍散失的熱量。點，將水分蒸發為蒸氣以及向周圍散失的熱量。 對于某些溶液，如對于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀釋等水溶液稀釋時釋放出熱量，則當其蒸發濃縮時應考慮供給和稀釋熱相當時釋放出熱量，則當其蒸發濃縮時應考慮供給和稀釋熱相當的濃縮熱。的濃縮熱。式中式中 D加熱蒸氣的消耗量加熱蒸氣的消耗量,kg/h H加熱蒸氣的焓加熱蒸氣的焓,kJ/kg h0原料液的焓原料液的焓, kJ/kg H二次蒸氣的焓二次蒸氣的焓, 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熱損失熱損失, kJ/hLwQDhhWFHW

16、FhDH10)(（5-13） 對單效蒸發器作物料的熱量衡算，得對單效蒸發器作物料的熱量衡算，得wLhHQFhhWFHWD01)(（5-14）若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則 式中式中 r加熱蒸氣的汽化熱，加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg稀釋熱不可忽略時，溶液的焓可由專用的焓濃圖查得。稀釋熱不可忽略時，溶液的焓可由專用的焓濃圖查得。則上式變為則上式變為rQFhhWFHWDL01)(（5-14a）H-hw=r溶液的稀釋熱可以忽略時，溶液的焓可由比熱算出，即溶液的稀釋熱可以忽略時，溶液的焓可由比熱算出，即 h0=cp0(t-0)=cp0t0 （5-

17、15） h1=cp1(t-0)=cp1t1 （5-16） hw=cpw(t-0)=cpwtw （5-17）代入蒸發器物料的熱量衡算式中，則有代入蒸發器物料的熱量衡算式中，則有D(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL（5-18）計算溶液比熱的經驗公式為：計算溶液比熱的經驗公式為： Cp=cpw(1-x)+cpBx （5-19） 式中式中 Cp溶液的比熱溶液的比熱,kJ/(kg ); Cpw純水的比熱純水的比熱, kJ/(kg ); CpB溶質的比熱溶質的比熱, kJ/(kg ).當當x0.2時，上式簡化為：時，上式簡化為： Cp=cpw(1-x) （5-19a）為簡化計

18、算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。為簡化計算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯立上兩式，得聯立上兩式，得 (cp0-cpw)x1= (cp1-cpw)x0 （5-20） 計算原料液及完成液的比熱可分別寫成：計算原料液及完成液的比熱可分別寫成： Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0 Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1 =cpw-(cpw-cpB)x1上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關系式。上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關系式。Fx0=(F-W)x1 (cp0-cpw)x1= (cp1-cpw)x0(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw

19、 （5-21）將式將式5-21代入代入5-18，并整理得：，并整理得： LppwpwQttFctcHWTcHD)()()(0101（5-22）由于由于 H-cpwTr (5-23) H-cpwt1r (5-24) 式中式中 r加熱蒸氣的汽化熱，加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg； r二次蒸氣的汽化熱，二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。將上兩式代入式將上兩式代入式5-22，并簡化得：，并簡化得： 上式說明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點、蒸發上式說明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點、蒸發水分以及向周圍的熱損失。水分以及向周圍的熱損失。 rQttFcrWDLp)(010Q=Dr=Wr+Fcp0(t1

20、-t0)+QL（5-25） 若原料液預熱至沸點再進入蒸發器，且忽略熱損失，上式若原料液預熱至沸點再進入蒸發器，且忽略熱損失，上式簡化為：簡化為： rrWD（5-25a） rrWDe（5-26） 式中式中 e蒸發蒸發1kg水分時，加熱蒸氣的消耗量，稱為水分時，加熱蒸氣的消耗量，稱為單位單位蒸氣耗量蒸氣耗量，kg/kg。 單效蒸發操作中單效蒸發操作中e1，每蒸發每蒸發1kg 的水分約消耗的水分約消耗1kg 的加熱的加熱蒸氣（由于蒸汽的汽化熱隨壓強變化不大，即蒸氣（由于蒸汽的汽化熱隨壓強變化不大，即rr） ； 實際蒸發操作中實際蒸發操作中e值約為值約為1.1或更大；或更大； （1）溫度差的損失的存在

21、；）溫度差的損失的存在； （2）二次蒸汽的氣化潛熱總是大于加熱蒸汽的氣化潛熱。）二次蒸汽的氣化潛熱總是大于加熱蒸汽的氣化潛熱。 e值是衡量蒸發裝置經濟程度的指標。值是衡量蒸發裝置經濟程度的指標。蒸發器的傳熱面積由傳熱速率公式計算，即：蒸發器的傳熱面積由傳熱速率公式計算，即：式中式中 S0蒸發器的傳熱面積，蒸發器的傳熱面積，m2 K0基于外面積的總傳熱系數；基于外面積的總傳熱系數；kw/(m2) tm 平均溫度差，平均溫度差， Q蒸發器的熱負荷，即蒸發器的傳熱速率，蒸發器的熱負荷，即蒸發器的傳熱速率，kw。 注意注意：若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，則：若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，則

22、s0可根據式可根據式5-27直接算出，否則應分段計算。下面按前者情況進行討論。直接算出，否則應分段計算。下面按前者情況進行討論。mtKSQ00mtKQS00（5-27） 在蒸發過程中，加熱兩側流體均處于恒溫、變相狀態下，故：在蒸發過程中，加熱兩側流體均處于恒溫、變相狀態下，故： tm =T-t （5-28） 式中式中 T加熱蒸氣的溫度，加熱蒸氣的溫度，； t操作條件下溶液的沸點，操作條件下溶液的沸點，。 垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱系數垢層熱阻值可按經驗數值估算。管外側的蒸氣冷凝傳熱系數可按膜式冷凝傳熱系數公式計算，管內側溶液沸騰傳熱系數則可按膜式冷凝傳熱系數公式計算，管內

23、側溶液沸騰傳熱系數則按管內沸騰傳熱系數關聯式計算。按管內沸騰傳熱系數關聯式計算。 osomiisiiaRddbddRddaK1110000式中式中 a對流傳熱系數，對流傳熱系數，W/(m2) d管徑，管徑，m Ri垢層熱阻，垢層熱阻，m2/W b管壁厚度，管壁厚度，m 管材的導熱系數，管材的導熱系數，W/(m) 下標下標i表示管內側、表示管內側、o表示外側、表示外側、m表示平均。表示平均。 （5-29） 若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，則蒸發器的熱負荷為：則蒸發器的熱負荷為： 上面算出的傳熱面積，應視具體情況選用適當的安全系數

24、上面算出的傳熱面積，應視具體情況選用適當的安全系數加以校正。加以校正。Q=Dr(5-30)例題例題 有一傳熱面積為有一傳熱面積為30m2的單效蒸發器，將的單效蒸發器，將35，濃度為，濃度為20%（質量）的（質量）的NaOH溶液濃縮至溶液濃縮至50%（質量）。已知加熱用（質量）。已知加熱用飽和水蒸氣的壓力為飽和水蒸氣的壓力為294kN/m2（絕壓），蒸發室內壓力為絕壓），蒸發室內壓力為19.6 kN/m2（絕壓），溶液的沸點為絕壓），溶液的沸點為100，又蒸發器的總傳熱系數，又蒸發器的總傳熱系數為為1000W/m2k,熱損失可取為傳熱量的熱損失可取為傳熱量的3%，試計算加熱蒸氣消，試計算加熱蒸氣

25、消耗量耗量D和料液處理量和料液處理量F。解：根據加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得：解：根據加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得： 294 kN/m2（絕壓）時：蒸氣焓絕壓）時：蒸氣焓H=2728kJ/kg 冷凝水的焓冷凝水的焓hw=556.5kJ/kg 汽化熱汽化熱r=2171.5kJ/kg 溫度溫度T=132.919.6 kN/m2（絕壓）時：絕壓）時：蒸氣的焓蒸氣的焓H*=2605kJ/kg飽和溫度飽和溫度T=59.7二次蒸氣的焓二次蒸氣的焓 H=2605+1.88(100-59.7)=2681kJ/kg, (1.88為水蒸氣的比熱為水蒸氣的比熱,kJ/kgk)rQhHQDwh

26、kgskgD/1640/455. 05 .55627281000/1087. 95(1) (1) 加熱蒸氣消耗量加熱蒸氣消耗量D D 由傳熱速率方程得：由傳熱速率方程得： Q=KA(T-t)=100030(132.9-100)=9.87105w/m2(2)(2) 料液流量料液流量F F )1(10 xxFWDH+Fh0=WH+(F-W)h1+Dhw+QL 式中是式中是D、H、H、hw已知量，根據料液、完成液的溫度和濃已知量，根據料液、完成液的溫度和濃度查圖得，原料液的焓度查圖得，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=0.039.87

27、105=29.6kw代入已知數據代入已知數據 0.4452728+120F=2681W+540(F-W)+0.455556.5+29.6F=0.56kg/sW=0.34kg/s整理后，得整理后，得420F+2141W=958.4(3)(3) 不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。已知溶質的比熱已知溶質的比熱CB=2.01kJ/kgkD(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QLCp0=4.187(1-0.2)+2.010.2=3.75kJ/kgk Cp1=4.187(1-0.5)+2.010.5=3.1kJ/kgk則有則有0.455(2728-

28、556.5) =(F-W)3.1100+2681W+29.6-F3.7535 178.7F+2371W=958.4將將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、3兩項計算結果表明，蒸發面積相同時，不考兩項計算結果表明，蒸發面積相同時，不考慮濃縮熱所得料液處理量要比實際情況約高慮濃縮熱所得料液處理量要比實際情況約高6%。注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數據，對于有注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數據，對于有明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來處理，即先不考慮濃明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來處理，即先不考慮濃縮熱的影響進行計算后，

29、再校正?？s熱的影響進行計算后，再校正。 蒸發器的生產能力用單位時間內蒸發的水分量，蒸發器的生產能力用單位時間內蒸發的水分量，即蒸發量表示。其生產能力的大小取決于通過傳熱面即蒸發量表示。其生產能力的大小取決于通過傳熱面積的傳熱速率積的傳熱速率Q，因此也可以用蒸發器的傳熱速率來因此也可以用蒸發器的傳熱速率來衡量生產能力。衡量生產能力。根據傳熱速率方程得單效蒸發時的傳熱速率為：根據傳熱速率方程得單效蒸發時的傳熱速率為：Q=KSt 或或 Q=KS(T-t1) （5-31）進料狀況影響蒸發器的生產能力：進料狀況影響蒸發器的生產能力：(1)低于沸點進料時，需消耗部分熱量將溶液加熱低于沸點進料時，需消耗部分

30、熱量將溶液加熱至沸點，因而降低了生產能力；至沸點，因而降低了生產能力；(2)沸點進料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發沸點進料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發水分，其生產能力有所增加；水分，其生產能力有所增加；(3)高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發，高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發，使生產能力有所增加。使生產能力有所增加。 SWU 蒸發器的生產強度是指單位傳熱面積上單位時間內蒸發的蒸發器的生產強度是指單位傳熱面積上單位時間內蒸發的水量，單位為水量，單位為kg/(m2h)，常采用生產強度常采用生產強度U作為衡量蒸發器性作為衡量蒸發器性能的標準。能的標準。tKSrWQ若為沸點進料，且

31、忽略熱損失，則：若為沸點進料，且忽略熱損失，則： 由上式可以看出，欲提高蒸發器的生產強度，必須設法提由上式可以看出，欲提高蒸發器的生產強度，必須設法提高蒸發器的總傳熱系數和傳熱溫度差。高蒸發器的總傳熱系數和傳熱溫度差。rtKrSQU（5-32 ） 傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次蒸氣的壓強。蒸氣的壓強。傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：l加熱蒸氣的壓強越高，其飽和溫度也越高加熱蒸氣的壓強越高，其飽和溫度也越高，但是加熱蒸氣常但是加熱蒸氣常受工廠的供汽條件所限。一般為受工廠的供汽條件所限。一般為

32、300500kPa，有時可高達有時可高達600800 kPa。l提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點降低，也可以加大溫度提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點降低，也可以加大溫度差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸點降低，使粘度增高，導致沸騰傳熱系數下降，因此一般冷點降低，使粘度增高，導致沸騰傳熱系數下降，因此一般冷凝器中的壓強不低于凝器中的壓強不低于1020 kPa。l為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區，也不宜采用過高的傳為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區，也不宜采用過高的傳熱溫度差。熱溫度差。 一般來說，增大總傳熱系數是提高蒸發器生產強

33、一般來說，增大總傳熱系數是提高蒸發器生產強度的主要途徑。度的主要途徑。l總傳熱系數總傳熱系數K值取決于對流傳熱系數和污垢熱阻。值取決于對流傳熱系數和污垢熱阻。l蒸氣冷凝傳熱系數通常比溶液沸騰傳熱系數大，即傳熱總蒸氣冷凝傳熱系數通常比溶液沸騰傳熱系數大，即傳熱總熱阻中，蒸氣冷凝側的熱阻較小。熱阻中，蒸氣冷凝側的熱阻較小。l在蒸發器的設計和操作中，必須考慮及時排除蒸氣中的不在蒸發器的設計和操作中，必須考慮及時排除蒸氣中的不凝氣，否則，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數下降。凝氣，否則，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數下降。 多效蒸發時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，多效蒸發時要求后效的操作壓強

34、和溶液的沸點均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質，即后效的加熱室成引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。 一般多效蒸發裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由一般多效蒸發裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經濟性。提高了生蒸汽的利用率，即經濟性。表表 單位蒸氣消耗量單位蒸氣消耗量 強調強調：蒸發量與傳熱量成正比，多效蒸發并沒有提高蒸發量，：蒸

35、發量與傳熱量成正比，多效蒸發并沒有提高蒸發量，而只是節約了加熱蒸汽，其代價則是設備投資增加。在相同的而只是節約了加熱蒸汽，其代價則是設備投資增加。在相同的操作條件下，多效蒸發器的生產能力并不比傳熱面積與其中一操作條件下，多效蒸發器的生產能力并不比傳熱面積與其中一個效相等的單效蒸發器的生產能力大。個效相等的單效蒸發器的生產能力大。錯誤觀點錯誤觀點：多效蒸發器的生產能力是單效蒸發器的若干倍。：多效蒸發器的生產能力是單效蒸發器的若干倍。 蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數下降，在缺點：沿料液流動方向濃

36、度逐漸增高，致使傳熱系數下降，在 后二效中尤為嚴重。后二效中尤為嚴重。優點：優點： 在操作過程中，蒸發室的壓強依效序遞減，料液在效在操作過程中，蒸發室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；間流動不需用泵；料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發，料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發，對熱敏性物料有利。對熱敏性物料有利。原料液原料液加熱蒸汽加熱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發裝置流程示

37、意圖并流加料法的三效蒸發裝置流程示意圖 料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。第一效順序至末效。優點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發，粘度不高，傳熱系優點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發，粘度不高，傳熱系 數較大。數較大。缺點：缺點：（1 1）各效間需用泵輸送；各效間需用泵輸送； （2 2）無自蒸發；無自蒸發； （3 3）高溫加熱面上易引起結焦和營養物的破壞。高溫加熱面上易引起結焦和營養物的破壞。原料液原料液

38、加熱蒸汽加熱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 效數多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，效數多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，這種流程可協調兩種流程的優缺點，適于粘度極高料液的濃這種流程可協調兩種流程的優缺點，適于粘度極高料液的濃縮?？s。 3 平流法平流法 原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發過氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發過程中伴有結晶析出的溶液。程中伴有結晶析出的溶液。4 混流法混流法原

39、料液原料液加熱蒸汽加熱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 第三節第三節 蒸發設備蒸發設備蒸發器的結構：加熱室、分離器等蒸發器的結構：加熱室、分離器等特點：溶液在蒸發器內作連續的循環運動，以提高傳熱效果、特點：溶液在蒸發器內作連續的循環運動，以提高傳熱效果、 緩和溶液結垢情況。緩和溶液結垢情況。按加熱室的結構和操作時溶液的流動情況分：按加熱室的結構和操作時溶液的流動情況分：循環型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。循環型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。一、循環型（非膜式）蒸發器一、循環型（非膜式）蒸發器 分類（引起循環運動的原

40、因）：自然循環和強制循環分類（引起循環運動的原因）：自然循環和強制循環l自然循環：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，自然循環：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產生了密度差而引起的循環運動；產生了密度差而引起的循環運動；l強制循環：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環運動。強制循環：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環運動。加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。循環產生的原因：循環產生的原因：粗管粗管降液管或中央循環管，其截面積為加熱管總截面積降液管或中央循環管，其截面積為加熱管總截面積40100細管細管沸騰管或加熱

41、管，直徑沸騰管或加熱管，直徑2575mm，長徑比長徑比2040 細管內單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細管內汽液細管內單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細管內汽液混和物比粗管內小，密度差促使溶液循環?；旌臀锉却止軆刃。芏炔畲偈谷芤貉h。優點：優點：中央循環管式蒸發器適于處理結垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。中央循環管式蒸發器適于處理結垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。缺點：缺點：（1 1）溶液循環好，傳熱效率高；）溶液循環好，傳熱效率高；（2 2）結構緊湊，制造方便，操作可靠，應用）結構緊湊，制造方便，操作可靠，應用 廣泛，有廣泛，有“標準蒸發器標準蒸發器”之稱。之稱。（1 1）完成液粘度大，沸點高

42、；）完成液粘度大，沸點高；（2 2）加熱室不易清洗；）加熱室不易清洗； 此蒸發器為中央循環管蒸發器的改進。加熱蒸汽由中央蒸汽此蒸發器為中央循環管蒸發器的改進。加熱蒸汽由中央蒸汽管進入加熱室，加熱室懸掛在器內，可取出，便于清洗及更換，管進入加熱室，加熱室懸掛在器內，可取出，便于清洗及更換，循環通道由加熱室與蒸發器外殼壁面內的環隙組成循環通道由加熱室與蒸發器外殼壁面內的環隙組成。優點：（優點：（1）溶液循環速度較高，約在）溶液循環速度較高，約在11.5m/s之間；之間； （2）改善了加熱管內結垢情況，并提高了傳熱速率。）改善了加熱管內結垢情況，并提高了傳熱速率。缺點：設備耗材量大，占地面大，加熱管

43、內溶液滯留量大。缺點：設備耗材量大，占地面大，加熱管內溶液滯留量大。該蒸發器適用蒸發有晶體析出的溶液。該蒸發器適用蒸發有晶體析出的溶液。結構特點：結構特點： 由于循環管內的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內大，由于循環管內的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內大，因此形成溶液沿循環管下降而沿加熱管上升的循環運動，循因此形成溶液沿循環管下降而沿加熱管上升的循環運動，循環速度可達環速度可達1.5m/s。加熱室較長，其長徑比為加熱室較長，其長徑比為50100；加熱室和分離室分開。加熱室和分離室分開。 物料的運動：物料的運動：結構特點：結構特點：加熱室上端有一段加熱室上端有一段2.752.75m m的圓

44、形筒作沸騰室，致使加熱管的圓形筒作沸騰室，致使加熱管內要承受較大的液柱靜壓力，溶液只有上升到沸騰室內才能沸內要承受較大的液柱靜壓力，溶液只有上升到沸騰室內才能沸騰汽化，可以避免加熱管內有晶體析出或結垢；騰汽化，可以避免加熱管內有晶體析出或結垢；優點：循環速度（優點：循環速度（23m/s），），傳熱效果好，不會有晶體堵傳熱效果好，不會有晶體堵 塞，適用于處理有晶體析出或易結垢的溶液。塞，適用于處理有晶體析出或易結垢的溶液。沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長大。沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長大。缺點：缺點： 循環管必須保持一定高度（循環管必須保持一定高度（78m），），要求廠房高，要求

45、廠房高，同時耗材較多；同時耗材較多；蒸發器的液柱靜壓大，要求較高壓強的蒸汽才能維蒸發器的液柱靜壓大，要求較高壓強的蒸汽才能維持一定的溫度差。持一定的溫度差。優點：利用外加動力（泵）進行循環，適于處理粘度大，易優點：利用外加動力（泵）進行循環，適于處理粘度大，易 結晶或易結垢的溶液。結晶或易結垢的溶液。缺點：動力消耗大，通常為缺點：動力消耗大，通常為0.40.8kw/（m2傳熱面），使用傳熱面），使用 此蒸發器時加熱面受到一定限制。此蒸發器時加熱面受到一定限制。非膜式蒸發器非膜式蒸發器的主要缺點是加熱室內滯料量大，致使物料在的主要缺點是加熱室內滯料量大，致使物料在高溫下停留時間過長，不適于處理熱

46、敏性物料。高溫下停留時間過長，不適于處理熱敏性物料。膜式蒸發器膜式蒸發器只通過加熱室一次即可達到所需濃度，停留時間只通過加熱室一次即可達到所需濃度，停留時間短，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。短，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。 膜式蒸發器和非膜式蒸發器的比較：膜式蒸發器和非膜式蒸發器的比較：結構：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比結構：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比100150。原理：原料液經預熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部引入原理：原料液經預熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部引入管內，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，管內，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，邊進行蒸發，在加熱室頂部可達到所需的濃度，完成液由分離邊進行蒸發，在加熱室頂部可達到所需的濃度，完成液由分離室底部排出。室底部排出。 注意：溶液應預熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發器；二次注意：溶液應預熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發器；二次蒸氣在加熱管內的速度不應