100oC
50o 3 70oC 50%
C
1 130oC 10%
120oC
单效 130
双效
三效
130
20
温度 oC
130
10
130
120 110 10
浓度均由10%→50% 首效加热蒸汽温度均为130oC 末效溶液沸点均为70oC 末效二次蒸汽温度均为 50oC
110
110 60 100 30 20
温度 0C 60.1 66.5 100 132.6 143.0
汽化潜热 kJ/kg 2354.9 2333.7 2258.4 2170 2139.7
解： 3.6 1000 W 3000 kg/h （1） 1.2 p 294 .3 101 .3 395 .6kPa T 143 .00 C, r 2139.7kJ/k g 610 p冷凝器 101 .3 101 .3 20 kPa Tk 60.10 C 760 （ 1 ）Dr Wr 0.04 Dr 2354 .9 D /W 1.15 0.96 2139 .7 (2)Q 0.96 Dr 0.96 1.15 3000 2139 .7 / 3600 1962 .4kW
发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。
（ 4）蒸发操作的分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压 （真空）蒸发。 ② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。
（5）蒸发操作的特点： ①一侧沸腾，另一侧冷凝，T，t 均为常数； ②溶液沸点高于溶剂沸点（温差损失）； ③必须除去二次蒸汽夹带的雾沫； ④必须考虑溶液的饱和度、粘度等物性； ⑤汽化耗能很大。 （6）进行蒸发的必要条件： ①溶剂可挥发，溶质不可挥发； ②供给汽化用的热量； ③除去二次蒸汽（防止闷罐）。
hW c pWT 0 c pWT
有 : D
WH ' ( F W )c p1t1 Fc p 0t0 QL H c pWT
Fw ( F W )w
0
1
（ 1）
为了避免使用不同溶液浓度下的比热容，可以将完成液的 比热容 cp1用原料液的比热容cp0来表示。 可认为溶液比热容cp服从加和法则： cp0=cpw(1-w0)+cpBw0 cp1=cpw(1-w1)+cpBw1 由（ 1）、（2）和（3）式得：
总温差仍为 80oC,总温度损失10+10+20= 40oC， 总有效温差 40oC
效数 ￪ → 总有效温差 ↓ 结论: 不能无限制地增加效数。
E. 抽取额外蒸汽 将一部分二次蒸汽抽出，作为其他设备的热源，称为 额外蒸汽，这是提高热能经济性的重要措施。
以三效蒸发为例，设1 kg汽蒸 1 kg水，则： D1=W1
h0 t0
w0 hW T
h 1 t1 w1
(F-W)
D
对蒸发器作热量衡算:
DH Fh0 ( F W )h1 WH ' DhW QL
( F W )h1 Fh0 WH ' QL D H hW
溶液的焓h1, h0与浓度、温度关， 可查焓浓图。 蒸汽及冷凝水的焓H, H , hW可 查饱和水蒸汽表。
t1=110oC ， t2=70oC 总温差仍为 80oC ， 总温度损失 10+20= 30oC， 总有效温差 50oC
三效
浓度 10%→50% T1=130oC ， T 3 = 50oC， 设 T 1=110oC ， T 2 = 90oC， t1=120oC ， t2=100oC ， t3= 70oC，
（ 2）蒸发的流程和设备
图 5-1
典型单效蒸发设备---中央循环管式蒸发器
3 二次蒸汽 2
加热蒸汽 4 1 1-----加热室
2-----蒸发室 冷凝水
3-----捕汁器 4-----中央循环管
进料
浓缩液
（3）加热蒸汽和二次蒸汽的区别
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸
气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸 气。为了区别，将用于加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸
QL=0
则： 或
Wr D r D r e 1 W r
即每蒸发 1 kg水，大约需要1kg汽。
实际上 e 值略大于 1 ，一般为1.1左右。
（ 3）传热面积 由传热速率方程
Q Q S KDt m K (T t1 )
蒸发器的热负荷，当热损失为零时， Q=Dr
K的计算 →传热学知识 （ 4） 蒸发强度
5.1.2 单效蒸发
5.1.2.1溶液的沸点和温度差损失 溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，两者之差称为沸点升高。
沸点升高使传热的有效温度差减小，也称为温差损失。
D =D +D +D
A. 蒸汽压降低引起的沸点升高D
纯水
溶液
D =tA-T
（ 1） 修正系数法
D =f D 0
D. 沸点升高对多效蒸发的影响 例 : 有三套分别为单效、双效和三效的蒸发装置：浓度均由10%→50%
首效加热蒸汽温度均为130oC,末效溶液沸点均为70oC二次蒸汽温度均为50oC
50oC 1
130oC 70oC 10% 50% 130o
C
100oC 1
110oC
50oC 2
70oC 50%
10% 110oC 90oC 2
1
2
3
原料液
优点：首效浓度高，温度高，粘度不会很高，K值不会很低。 缺点：各效间需用泵；自蒸发为负；操作麻烦。 （ 3） 平流加料
1 原料液
2
3 完成液
完成液
完成液
优点：各效浓缩程度大致相同，适用于易结晶物料。 缺点：各效间需用泵。
C. 蒸发能力和热能经济性 按 1 kg汽蒸 1 kg水计，则 n效时 1 kg汽蒸出 n kg水或每蒸发 1 kg水需 1/nkg汽。
总温差 100 =首效加热蒸汽温度-末效二次蒸汽温度
90 总有效温差 = 总温差 - 总温度损失
90
单效
70
浓度 10%→50%
70
70
70
50
50
50
50
T1=130oC, t1=70oC ,T 1=50oC, 温差 80oC，温度损失20oC， 有效温差 60oC
双效
浓度 10%→50% T1=130oC ， T 2 = 50oC，设T 1=100oC ，
D =tm-t
C. 管道阻力损失引起的温度损失D 各效间取 1oC， 末效至冷凝器间取1~1.5oC 所以溶液的沸点温度t1为二次蒸汽温度加温度差损失
t1 T D D 或t1 Tk D D D
（ 2）热量衡算(焓衡算)
H T
输入蒸发器的热量:
（ 1）物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态 过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
Fw ( F W )w
0
1
水分蒸发量：
w W F (1 ) w
0 1
完成液的浓度：
Fw w F W
0 1
B. 溶液静压强引起的沸点升高D
平均压强
pm=p+rgH/2
由 p求得相应溶剂的沸点 t，由pm求得相应溶剂的沸点tm
5.1 蒸发
5.1.1 概述
蒸发的定义：藉加热作用使部分溶剂汽化，从而与不挥发 性溶质分离的操作。
（1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为工业产品 或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态， 随后加以冷却，析出固体产物，即采 用蒸发，结晶的联合操作以获得固体 溶质。
③ 除杂质，获得纯净的溶剂。
当 w0<20% 时： cp0=cpw(1-w0)
（2）
（ 3）
F W c p1 Fc p 0 Wc pw
D
F (c p 0t1 c p 0t0 ) W ( H c p w t1 ) QL
'
H c pWT
当加热蒸汽在饱和温度下排出时：H-hW= H-cpWT= r 考虑到： H -h1= H -cpwt1≈ r
t1 60.1 3.8 2 1 66.90 C Dt m 143 .0 66.9 76.10 C Q KSDt m K 30 76.1 K 0.860 kW/m 2 .0 C
5.1.3 多效蒸发 5.1.3.1 多效蒸发原理
A. 多效蒸发的由来 水蒸汽性质： t=100oC t=80oC 结论： （ 1 ）在水蒸汽的焓中，潜热占很大比例； （ 2 ）二次蒸汽仍有相当高的焓值，可用来作为下 一效的加热蒸汽； 由此产生了多效蒸发。 H=2677 kJ/kg， r=2258.4 kJ/kg H=2642.3 kJ/kg， r=2307.8 kJ/kg
D 0——常压下溶液的沸点升高，oC
f ——修正系数，
(T '273) 2 f 0.0162 r'
T ——二次蒸汽的温度，oC r ——二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg
（ 2） 杜林法则
某溶液在两种不同压强下的沸点差与另一溶液（标准液体）在此两压强下
的沸点差之比为一常数。
0 tA tA k 0 tW tW
DH-----加热蒸汽带入蒸发器的 热量 F h0 -----原料液带入蒸发器的热 量
W
QL
D F
H T
t1 w1
从蒸发器输出的热量 :
DhW -----冷凝液从蒸发器带走 的热量 WH -----二次蒸汽从蒸发器带 走的热量 (F-W)h1 -----完成液从蒸发器带 走的热量 QL -----蒸发器的热量损失