蒸发操作的基本要点
蒸发操作的基本要点是向蒸发器连续提供 足够的热量并及时移除汽化的溶剂。
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一、蒸发的目的
蒸发操作的目的
（1）制取增浓的液体产品 如电解烧碱液的浓 缩，牛乳制奶粉生产中牛乳的浓缩、蔗糖水溶 液及各种果汁的浓缩等。 （2）纯净溶剂的制取 如海水淡化等。 如中药生产
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂 中酒精浸出液的蒸发。
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四、蒸发操作的特点
2．热能的综合利用 蒸发时需要消耗大量加热蒸汽，而溶剂汽 化又产生相应量的二次蒸汽，因而强化与改善 蒸发器的传热效果，充分利用二次蒸汽的潜热， 应给予足够的重视。
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四、蒸发操作的特点
3．溶液的工艺特性 蒸发过程中溶液的某些性质随着溶液的组 成而改变。有些物料在浓缩过程中可能析出结 晶、发泡、严重结垢、变性分解、黏度增高、 腐蚀性增大等。在选择蒸发工艺和设备时需要 认真考虑，尤其是蒸发器的防垢除垢技术，是 世界性的热门研究课题。
升膜式蒸发器
1―蒸发器；2―分离室； 17
二、降膜式蒸发器
原料经预热，由顶部加 入，由分布器分布成膜 状向下运动，此种蒸发， 静压作用小，但需 有较好分布器，它适合 粘度较大溶液的蒸发及 热敏性物料。 不适用于：易结晶的物 料。
降膜式蒸发器
1―蒸发器；2―分离室；
3―布膜器
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三、旋转刮板蒸发器
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第七章 蒸发
７.2 蒸发设备 ７.2.1 循环型蒸发器
７.2.2 单程型蒸发器
７.2.3 蒸发设备和蒸发技术的发展 ７.2.4 蒸发器的选型 ７.2.5 蒸发器的辅助设备
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一、除沫器
蒸发器内产生的二次蒸汽夹带着许多液沫，尤其是处理易 产生泡沫的液体，夹带现象更为严重。蒸发器上部有足够大的 汽液分离空间，可使液滴藉重力沉降下来。此外，常在蒸发器 中设置各种形式的除沫器，以尽可能完全地分离液沫。
1
液体的流动情况。
i
主要决定于沸腾
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二、管内汽液两相流动型式
在蒸发器、冷凝器或再沸器中，常出现管内汽液两相同时流 动的情况。在不同的设备条件(管径、倾斜度)、操作条件(汽 液相流量)和物性(汽液相粘度、密度和表面张力)下，管内呈 现不同的流动型式。
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三、管内沸腾给热
在预热区，液体尚未沸腾，液体 与管壁之间的传热是单相对流给热。 在沸腾区，沿管长气泡逐渐增多， 管内流动由气泡流、塞状流、翻腾流 直至环状流，给热系数也依次增大， 当两相流动处于环状流时，使流动液 膜与管壁之间的给热系数达最大值。 如果加热管足够长，液膜最终被 蒸干而出现雾流，给热系数又趋下降。 因此，为提高全管长内的平均给热系 数，应尽可能扩大环状流动的区域。
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第七章 蒸发
７.2 蒸发设备 ７.2.1 循环型蒸发器
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一、垂直短管型蒸发器
列管中央有一直径较大的管 子，结构简单、投资小。
但循环速度小u<0.5 m / s
加热室不易清洗
1 ―加热室； 2 ―中央循环 管；3―蒸发室；4―外壳
中央循环管蒸发器 12
二、垂直长管型蒸发器
加热室和分离室分开，有一 较长循环管，(管长与直径 之比L／d = 50-100)，且液 体下降管(又称循环管)不再 受热。此两点都有利于液体 在器内的循环，循环速度可 达1.5m／s。 且加热管便于清洗、更换。
忽略浓缩热时
作为近似可取 I–ct≈r（二次蒸汽的汽化热）
D
F (ct c0 t 0 ) Wr Q损 r0
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二、热量衡算
如沸点进料， t 0 t 低时，c c0 ，则 ，并忽略热损失和溶液浓度较 二次蒸汽 汽化热
W ( I ct) Wr D r0 r0
或
D I ct r 1 W r0 r0
蒸发器的 热损失
（2）
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二、热量衡算
1、浓缩热显著的溶液 需通过实验测定焓值随组成和温度的变化。 图7-16是以0℃为基准温度的NaOH水溶液的 焓浓图。由此可见，溶液的焓和组成的关系是 高度非线性的。
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二、热量衡算
氢氧化钠的焓浓图
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二、热量衡算
例题：在一连续操作的单效蒸发器中将NaOH水溶液从10％浓缩到 40％，原料液的处理量为1800kg/h，预热到80℃加入蒸发器，加 热蒸汽的绝对压力为0.４ＭＰa，，分离室内的操作压力(绝对压 力)为50KPa，此压力下完成液的沸点为110 ℃。蒸发器的热损失 为８kw。试求：①水分蒸发量；②加热蒸汽消耗量。 解：对NaOH水溶液需借助焓浓图进行计算。 ①水分蒸发量
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第七章 蒸发
７.2 蒸发设备 ７.2.1 循环型蒸发器
７.2.2 单程型蒸发器
７.2.3 蒸发器的传热系数K
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一、蒸发器的热阻分析
蒸发器的传热热阻可由下式计算
1 1 1 Ri K 0 i
① 管外蒸汽冷凝热阻 一般很小，但须注 0 意及时排除加热室中不凝性气体，否则不凝性气体
Fw0 ( F W )w
水分蒸发量
料液的 浓度
w0 W F (1 ) w
完成液 的浓度
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溶液的 加料量
二、热量衡算
1、浓缩热显著的溶液 对蒸发器作热量衡算
Dr0 Fi0 ( F W )i WI Q损
（1）
Dr0 F (i i0 ) W ( I i ) Q损
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二、垂直长管型蒸发器
加热室底部装有一循环泵, 循环速度大 ,循环速度可达 1.8-5 m／s，所以α较大。 特别适用于蒸发粘稠溶液。
强制循环性蒸发器 1―加热管；2―循环泵；3―循环 管；4―蒸发室；5―除沫器 14
三、直接接触传热蒸发器
把可燃性气体直接通入 溶液中燃烧，使其沸腾， 传热效率高，适合易结 垢、易结晶或有腐蚀性 物料蒸发。 但不能处理热敏性及不 能被燃气污染的物料。
F (i i0 ) W ( I i ) Q损 D r0 1800 ( 480 300) 1350(2693.5 480) 28800 D 2138.5
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二、热量衡算
D 1562kg / h
需要指出，蒸发器的操作压力为50KPa时，对应的温度为 81.2℃，而溶液的沸点为110℃，二次蒸汽离开液面的温度 也应为110℃，相对于操作压力来说是过热蒸汽。但是由于蒸 发器的热损失等原因，二次蒸汽会很快变为操作压力下的饱 和蒸汽，温度降为81.2℃。
７.2.2 单程型蒸发器
７.2.3 蒸发器的传热系数K ７.2.4 蒸发器的选型
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蒸发器的选型原则
①对物料的工艺特性有良好的适应性，如热敏 性、腐蚀性、结晶、结垢、黏性、发泡性等。 其中黏度在蒸发过程中的增加程度及结垢情况 应给予特别注意。 ②满足生产工艺对完成液质和量的要求。 ③结构简单，操作可靠，造价和操作费用低廉， 经济合理，维修方便。
Q Dr0 KA(T t ) KAtm
传热系数大 多取经验数 值
蒸发器传 热面积
平均传热 温差48
二、蒸发设备中的温度差损失
蒸发器中的传热温差Δtm =(T-t)，当加热蒸汽的温度一定 （如用476kPa（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽，T=150℃），若 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水（其沸点 t=100℃）而不是 溶液，此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
第七章 蒸发
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握蒸发操作的特点、蒸发 器的类型、蒸发过程计算，能够根据生产工艺要 求和物料特性，合理选择蒸发器类型并确定适宜 操作流程和条件。
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第七章 蒸发
７.1 概述
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一、蒸发的目的
蒸发
将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使 部分挥发性溶剂汽化并移除，从而获得浓缩溶 液或回收溶剂的操作称为蒸发。
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四、传热系数的经验值
虽然已对管内沸腾作了很多研究,但因各种 蒸发器内的流动情况很难预料 ,使用一般的经验 公式并不可靠。另外管内垢层热阻会有很大变 化 , 蒸发器的传热系数主要靠实际测定。 P.249 表7-1列出常用蒸发器传热系数的经验值。
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第七章 蒸发
７.2 蒸发设备 ７.2.1 循环型蒸发器
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二、热量衡算
2.不计浓缩热的溶液的热量衡算
大多数溶液在溶质含量不太高时，浓缩热不显著，常可忽 略。其焓值可由比热容近似计算。以0℃为基准， 则有
i0 c0t0
原料液比 热容 kj/kg℃
i ct
完成液的 比容
kj/kg℃
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二、热量衡算
水溶液的比热容可由水的比热容和溶质的 比热容近似按线性加和原则计算
①水分的蒸发量；
② 热蒸汽消耗量； ③ 蒸发器的传热面积。 要解决以上问题，可应用物料衡算方程，热 量衡算方程和传热速率方程来解决。
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第七章 蒸发
７.3 单效蒸发 ７.3.1 物料衡算与热量衡算
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一、物料衡算
单效蒸发的物料衡算与热量衡算
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一、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
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在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加； ② 管壁热阻 一般可以忽略；
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一、蒸发器的热阻分析
③ 管内壁溶液一侧的垢层热阻 Ri 取决于溶 液的性质及管内液体的运动状况。降低垢层热阻的
方法是定期清理加热管，加快流体的循环速度，或
加入微量阻垢剂以延缓形成垢层；在处理有结晶析 出的物料时可加入少量晶种，使结晶尽可能分散在 溶液的主体中，而不是在加热面上析出； ④ 管内沸腾给热热阻
直接接触传热的蒸发器
1―燃烧室；2―点火管；
15 3―测温管；4―外壳