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化工原理蒸发
蒸发是一种常见的物质转化过程，是液体变为气体的过程。
在化工生产中，蒸发常用于从溶液中分离出溶质，或者将溶剂从溶液中回收的操作。
蒸发的原理是利用液体分子的热运动引起部分分子逃逸出液体表面，从而形成气体。
当液体处于开放容器中，溶剂分子会不断地从液体表面逸出并溶入空气中，使得溶液中的溶质浓度逐渐升高。
而当液体处于封闭容器中时，液体表面的溶质分子逸出后会与气体相平衡，形成溶解度平衡。
蒸发的速率受到多种因素的影响。
首先是液体的性质，液体的分子间作用力越小，蒸发速率越快。
其次是温度，温度越高，液体的分子热运动越剧烈，蒸发速率越快。
此外，湿度也会影响蒸发速率，湿度越低（即空气中水蒸气含量越低），蒸发速率越快。
在化工生产中，常用的蒸发设备有蒸发罐、蒸发器和蒸发冷凝器等。
蒸发罐是将液体加热使其蒸发，将蒸发的气体与溶质分离，获得溶质的设备。
蒸发器则是利用热量传导或传热介质将溶液加热使其蒸发的设备。
蒸发冷凝器则是用于将蒸发后的气体冷凝为液体，以便于回收溶质或溶剂。
蒸发技术在化工生产中具有广泛的应用。
例如，在制造盐的过程中，可以通过蒸发从盐水中分离出盐。
在制糖工业中，可以通过蒸发从甜汁中分离出糖。
此外，蒸发技术还可以用于回收有机溶剂，降低生产成本，并减少对环境的污染。
总结起来，蒸发是一种常见的物质转化过程，在化工生产中被广泛应用。
通过调控液体的性质、温度和湿度，以及使用适当的蒸发设备，可以实现溶质的分离和溶剂的回收，提高生产效率，降低生产成本。
第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
边界层分离现象在逆压强梯度下，因外层流体的动量来不及传给边界层，而形成边界层脱体的现象。
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书第7章蒸发一、选择题1．真空蒸发时，冷凝操作压强最低极限取决于（）。
A．冷凝水的温度B．真空泵的能力C．当地大气压力D．蒸发器的蒸发水量【答案】A2．在蒸发操作中，平流加料流程主要适用于（）的场合。
A．粘度随温度和浓度变化较大的场合；B．粘度不大的溶液；C．蒸发过程中容易析出结晶的场合。
【答案】C3．为了提高蒸发器的生产强度，主要应设法（）。
A．采用多效蒸发B．采用额外蒸汽引出C．加大蒸发器的有效温度差D．增加传热面积【答案】C二、填空题1．采用多效蒸发流程所得到的蒸汽经济性的提高是以______为代价的。
【答案】降低生产能力2．在双效蒸发系统中，将1000kg/h，质量分率为10%的稀溶液浓缩到50%，其理论蒸汽用量约为______kg/h，若第一效的蒸发水量为400kg/h，溶液离开第一效蒸发器的浓度为______。
【答案】800；16.67%3．有一台单效蒸发器，原来的加热介质为压力为0.5MPa的饱和蒸汽，沸点加料，若改用压力为0.4MPa的饱和蒸汽加热，其生产强度将______，原因是______；单位蒸汽消耗量将______，原因是______。
【答案】下降；传热温差减小；基本不变；两种压力蒸汽的冷凝潜热基本相同4．蒸发过程中沸点升高的主要原因有______；多效蒸发的典型流程有______。
【答案】溶液沸点较纯溶剂沸点高、液柱静压头导致沸点升高、二次蒸汽流动阻力损失等；并流加料、逆流加料、平流加料和错流加料等5．单效蒸发器将F＝2000kg/h，W0＝10％（质量分数）的原料液浓缩到35％（质量分数），料液沸点进料，忽略热损失。
蒸发器的传热面积A＝20m2，K＝1000W/（m2·℃），蒸发室压强下水的饱和汽化潜热r＝2330kJ/kg，则蒸发水量为______kg/h，有效温差为______℃。
【答案】1428.6；46.26．为了使蒸发器更适合用于蒸发黏度较大、易结晶或结垢严重的溶液，并提高溶液循环速度以延长操作周期和减少清洗次数，常采用______蒸发和______蒸发。
化工原理蒸发
蒸发是化工过程中常见的一种分离技术，它利用物质在加热的条件下从液态转
变成气态的特性，实现了液体混合物的分离和浓缩。
蒸发技术在化工工业中有着广泛的应用，涵盖了食品加工、化学工业、环境保护等多个领域。
在化工原理蒸发中，液体混合物首先被加热至其沸点以上，使得部分液体蒸发
成为气体。
然后，通过冷凝器将气体冷却，使其再次变成液体，从而实现了混合物中不同组分的分离。
这一过程中，蒸发器和冷凝器是两个关键的设备，它们的设计和操作直接影响到蒸发过程的效率和成本。
在蒸发过程中，选择合适的蒸发器类型对于实现高效的分离和浓缩至关重要。
常见的蒸发器类型包括单效蒸发器、多效蒸发器、膜蒸发器等。
每种类型的蒸发器都有其适用的场景和特点，化工工程师需要根据具体的情况选择合适的设备。
另外，冷凝器的设计也是影响蒸发效率的重要因素之一。
通过合理的冷却系统
设计和运行参数的优化，可以有效地提高冷凝效率，减少能源消耗，降低生产成本。
除了设备的选择和设计，蒸发过程中的操作条件也对分离效率起着重要的作用。
例如，控制蒸发器的进料流量和温度，调节冷凝器的冷却水流量和温度等操作参数都会影响到蒸发过程的效率和产品质量。
总的来说，化工原理蒸发是一种重要的分离技术，它在化工工业中有着广泛的
应用。
通过合理选择设备、优化设计和操作条件，可以实现高效的分离和浓缩，为化工生产提供了重要的支持和保障。
蒸发蒸发操作的特点：蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩得到浓溶液的过程。
1.1 蒸发的基本流程：蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不断除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
蒸发器实质上是一个换热器，由加热室和分离室两部分组成，加热室通常用饱和水蒸气加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离室分离后从蒸发器引出，为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器顶部设有气液分离用的除沫装置从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，在多效蒸发中，二次蒸汽用于下一效的物料加热。
冷却水从冷凝器顶加入，与上升的蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，不凝气体从顶部排出。
通常不凝气体来源有两个方面，料液中溶解的空气和系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。
料液在蒸发器中蒸浓达到要求后称为完成液，从蒸发器底部放出，是蒸发操作的产品。
1.1.2 蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。
常压蒸发和减压蒸发据操作压力不同，蒸发过程可以分为常压蒸发和减压蒸发，常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压力从冷凝器排出。
减压蒸发冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统中的不凝气需用真空泵抽出。
减压蒸发较常压蒸发具有如下优点：①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小；②可以蒸发不耐高温的溶液；③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂；④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。
但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置。
单效蒸发和多效蒸发根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程分为单效蒸发和多效蒸发。
单效蒸发中加热蒸汽在冷凝器中用水冷却排出。
多效蒸发中，第一个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推，串联蒸发器的个数称为效数。
化工原理-第七章-蒸发一.选择题1.蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。
BA. 生蒸汽；B. 二次蒸汽；C. 额外蒸汽2. 蒸发室内溶液的沸点（）二次蒸汽的温度。
BA. 等于；B. 高于；C. 低于3. 在蒸发操作中，若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。
AA. 减压；B. 常压；C. 加压4. 在单效蒸发中，从溶液中蒸发1kg水，通常都需要（）1kg的加热蒸汽。
CA. 等于；B. 小于；C. 不少于5. 蒸发器的有效温度差是指（）。
AA. 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差；B. 加热蒸汽与二次蒸汽温度之差；C. 温度差损失6. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）。
CA. 传热温度差；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数；D. 传热面积；7. 中央循环管式蒸发器属于（）蒸发器。
AA. 自然循环；B. 强制循环；C. 膜式8. 蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。
BA. 列文式；B. 膜式；C. 外加热式；D. 标准式9. 多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操作费用是随效数的增加而（）。
AA. 减少；B. 增加；C. 不变10. 蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）。
BA. 越少；B. 越大；C. 不变11. 采用多效蒸发的目的是为了提高（）。
BA. 完成液的浓度；B. 加热蒸汽经济程度；C. 生产能力12. 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是用增加（）换取的。
AA. 传热面积；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数13. 多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效温度差就（）。
AA. 越小；B. 越大；C. 不变14. （）加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低。
AA. 并流；B. 逆流；C. 平流15. 对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（）蒸发器。
CA. 中央循环管式；B. 列文式；C. 升膜式二.填空题1. 蒸发是___浓缩溶液___的单元操作。
2. 为了保证蒸发操作能顺利进行，必须不断的向溶液供给___热能___，并随排除气化出来的___溶剂蒸汽___。
3. 蒸发操作中，造成温度差损失的原因有：(1) 溶质的存在使蒸气压下降，沸点升高 ,(2) 液柱静压强引起 ,(3) 管道流体阻力导致。
4. 蒸发器的主体由___加热室 __和__蒸发室__组成。
5. 在蒸发操作中，降低单位蒸气消耗量的主要方法有：采用多效蒸发,___真空蒸发_,____加强设备保温。
6. 蒸发操作按蒸发器内压力可分为：_加压_,_常压_,_真空_蒸发。
7. 蒸发操作中，加热蒸气放出的热量主要用于：（1）二次蒸汽气化所需的潜垫（2）预热原料液（3）补偿蒸发器的热损失。
8. 并流加料的多效蒸发装置中，各效的蒸发量略有增加，其原因是料液从前一效进入后一效时有_自蒸发_。
9. 蒸发器的生产强度是指_单位传热面积上单位时间内所蒸发的水分量。
10. 蒸发器的生产能力是指_单位时间内蒸发的水分量_。
11. 单程型蒸发器的特点是溶液通过加热室一次，_不作__循环流动，且溶液沿加热管呈_膜状流动，故又称为_液膜式_蒸发器。
12. 降膜式蒸发器为了使液体在进入加热管后能有效的成膜，在每根管的顶部装有_液体分布器_。
13. 自然循环蒸发器内溶液的循环是由于溶液的_受热程度不同，而引起的_密度差异所致。
14. 标准式蒸发器内溶液的循环路线是从中央循环管_下降_，而从其它加热管_上升，其循环的原因主要是由于溶液的_受热程度_不同，而引起的_密度差异_所致。
三．问答题1998-2005-提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪？①提高沸腾集热系数；②降低单程气化率；③高速流体使污垢不易沉积1999-2007-什么是蒸发设备的生产强度单位传热面的蒸发量U=W/A=Q/Ar2001--循环型蒸发器中，降低单程气化率的目的是什么①降低溶液在加热壁面附近的局部浓度增高现象；②缓加热面上结垢现象。
2006--蒸发操作节能的措施①多效蒸发；②额外蒸汽的引出；③二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）；④冷凝水热量的利用2007--提高蒸发器生产强度的途径有哪些？①加大传热温差；②提高蒸发器的传热系数；③加热蒸汽的利用率1-蒸发操作不同于一般环热过程的主要点有哪些？溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其他单元操作相比节能更重要2-为什么要尽可能扩大管内沸腾时的汽液环状流动的区域因为该区域的给热系数α最大3-分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。
设原料液浓度，温度，完成液浓度，加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等单效间歇蒸发起先∆小，生产能力大4-多效蒸发的效数受哪些限制经济上限制：W/D 的上升达不到与效数成正比，W/A 的下降与效数成反比快；技术上限制：∑∆必须小于T-t0，而T-t0是有限的5-比较单效与多效蒸发之优缺点单效蒸发生产强度高，设备费用低，经济性低。
多效蒸发经济性四．计算题1．采用标准蒸发器将10%的NaOH 水溶液浓缩至25%（质量分数）。
蒸发室的操作压力为50 kPa ，试求操作条件下溶液的沸点升高及沸点。
解：溶液的沸点升高及沸点均按完成液来计算。
查得水的有关数据为压力p /kPa 温度t /℃ 汽化热r /(kJ ∙kg -1)101.3 10050 81.2 2304.5在101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为113.07 ℃。
常压下溶液的沸点升高为Δ a =（113.07–100）℃=13.07℃50 kPa 时，溶液的沸点升高可用两种方法计算。
（1）用杜林规则在杜林线图的横标81.2 ℃作垂直线交组成为25%的杜林线，再由该点查得纵标的温度为93 ℃，此即50kPa 下溶液的沸点t A 。
∆'=（93–81.2）℃=11.8 ℃（2）用式6-17经验公式估算a f '∆=∆=2(81.2273)0.016213.072304.5+⎡⎤⨯⨯⎢⎥⎣⎦℃=11.5 ℃ 则溶液的沸点升高为11.8 ℃，50kPa 下的沸点为93 ℃。
两种方法计算结果相差不大。
2．用连续操作的真空蒸发器将固体质量分数为4.0%的番茄汁浓缩至30%，加热管内液柱的深度为2.0 m ，冷凝器的操作压力为8 kPa ，溶液的平均密度为1 160 kg/m 3，常压下溶质存在引起的沸点升高a ∆'=1 ℃，试求溶液的沸点t B 。
解：8 kPa 压力下对应二次蒸汽温度为41.3 ℃，水的汽化热为2497 kJ/kg 。
取冷凝器到蒸发室的温差损失∆'''=1.5℃。
溶质引起的沸点升高取常压下数据，即∆'=1℃。
则溶液的沸点为B 41.341.31 1.543.8t ''''=+∆=+++∆=+∆∆''的计算如下：m 2Lg p p ρ'=+与43.8 ℃相对应的压力p '=9.25 kPa则 m 1160 2.09.819.2510002p ⨯⨯⎡⎤=+⎢⎥⨯⎣⎦kPa=20.63 kPa 与p m 对应的溶液沸点为60.7 ℃，即t B =60.7 ℃3．在一连续操作的单效蒸发器中将NaOH 水溶液从10%浓缩至45%（质量分数），原料液流量为1 000 kg/h 。
蒸发室的操作绝对压力为50 kPa （对应饱和温度为81.2 ℃），加热室中溶液的平均沸点为115 ℃，加热蒸汽压力为0.3 MPa （133.3 ℃），蒸发器的热损失为12 kW 。
试求（1）水分蒸发量；（2）60 ℃和115 ℃两个加料温度下加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量。
解：（1）水分蒸发量010.10(1)1000(1)0.45x W F x ⎡⎤=-=⨯-⎢⎥⎣⎦kg/h=777.8 kg/h （2）加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量用焓浓图计算。
10%NaOH 水溶液60 ℃的焓220 kJ/kg ，115 ℃的焓为440 kJ/kg ；45% NaOH 水溶液115℃的焓545kJ/kg ；115℃水蒸汽的焓为2702.5kJ/kg,0.3 MPa 下r =2168.1 kJ/kg 。
60 ℃加料时10L ()WH F W h Fh Q D r'+--+= =777.82702.5(1000777.8)54510002203600122168.1⨯+-⨯-⨯+⨯⎡⎤⎢⎥⎣⎦kg/h=943.9 kg/h 214.18.7779.943===W D e 115 ℃加料时 =D ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯-⨯-+⨯1.21681236004401000545)8.7771000(5.27028.777kg/h=842.4kg/h 083.18.7774.842==e 显然，随加料温度提高，D 及e 值均下降。
4．在单效蒸发装置中，将1/4的二次蒸汽用来预热原料液。
原料液的流量为1 000kg/h ，温度从20 ℃升到70 ℃，其比热容C 0=3.96 kJ/(kg ∙℃)。
完成液的组成为0.28（质量分数，下同）。
已知溶液的沸点为98 ℃，蒸发室内二次蒸汽温度为91 ℃，加热蒸汽温度为125 ℃。
忽略蒸发装置的热损失。
试求（1）传热的有效温差和温差损失；（2）原料液的组成x 0；（3）加热蒸汽消耗量和经济性。
解：（1）有效温差和温差损失 ()m 112598t T t ∆=-=-℃=27 ℃()91981-='-=∆T t ℃=7℃（2）料液组成91 ℃下蒸汽的冷凝热6.2281='r kJ/kgh kJ 1098.1h kJ )2070(96.31000)(500⨯=-⨯⨯=-t t FC p6.22811980004⨯=W kg/h=347.1 kg/h 1.347kg/h )28.01(1000)1(010=-⨯=-=x x x F W kg/h 1828.00=x（3）加热蒸汽消耗量及其经济性98 ℃和125 ℃的相变热分别为2263.4kJ/kg 和2191.8kJ/kgr Q t t FC r W D L p +-+'=)(10=0.409kg/h 8.2191)7098(96.310004.22631.347=-⨯⨯+⨯kg/h 8486.00.4091.347===D W E 5．在单效真空蒸发器中将牛奶从15%浓缩至50%（质量分数），原料液流量为F =1500 kg/h ， 其平均比热容C 0=3.90 kJ/(kg ∙℃)，进料温度为30 ℃。
操作压力下，溶液的沸点为65 ℃，加热蒸汽压力为105 Pa （表压）。
