第7章 化工原理蒸发

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。

式中 x0，x——分别为料液、完成液的质量分数 。
7.2.1 单效蒸发的计算
• （2）热量衡算 • 时， 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出
DHs Fh0 ( F W )h WH Dhs Ql
D( H s hs ) F ( h h0 ) W ( H h) Ql
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
7.1 概述
（5）蒸发操作的特点 ① 沸点升高 ② 溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。 有些物料具有热敏性，有些则具有较大的黏度或具有较强的 腐蚀性等等，需要根据物料的这些特性，设计或选择适宜结 构的蒸发器。 ③ 溶剂汽化需吸收大量汽化热，因此蒸发操作是大量耗热
W, H, T
Fx 0 ( F W ) x
x0 W F ( 1 ) 水分蒸发量： x
加料 （1）
二次蒸汽
F , x 0 , t0 , h 0 D, Ts, Hs
加热蒸汽
蒸发室
加热
(F - W), x, t,h, c
完成液
Fx 0 完成液的浓度： x F W
（2）
D, Ts, hs
式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程 度（或生蒸汽的利用率）。
7.2.1 单效蒸发的计算
• （3）蒸发器传热面积的计算 由传热速率方程得
Q A Kt m
式中
A ——蒸发器传热面积，m2； Q ——传热量，W； K——传热系数，W/m2· K； Δtm——平均传热温差，K。
由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温差传热， Δtm=Ts - t，且蒸发器的热负荷Q = DR，所以有

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7.2.1 蒸发器
第7章 蒸发
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和 单程型(不循环)。
1 循环型蒸发器
特点：溶液在蒸发器中循环流动，溶液在蒸发器内停留时间长，溶 液浓度接近于完成液浓度。
由于引起循环运动的原因不同，分为自然循环型和强制循环型两类。
自然循环型：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环型：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动 。
二次蒸汽
热源
水蒸气
蒸发产生蒸汽 水蒸气
加热蒸汽
二次蒸 汽
3
第7章 蒸发
7.1.3 蒸发操作的特点
①溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度 下纯溶剂的蒸气压。因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸 点，这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温 度差的降低。
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第7章 蒸发
3 其它蒸发器
（1）直接加热蒸发器（浸没燃烧式）
将一定比例的燃烧气与空气直接喷入 溶液中，燃烧气的温度可高达1200～ 1800℃，由于气、液间的温度差大，且气 体对溶液产生强烈的鼓泡作用，使水分迅 速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由 顶部排出。
优点：结构简单，不需要固定的传热面， 热利用率高
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第7章 蒸发
7.2 蒸发设备
蒸发设备
蒸发器 辅助设备
加热室
分离室
除沫器（汽液分离器）
冷凝器
疏水器 真空装置
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器
蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去， 由加热室和分离室两部分组成。
冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。

逆流：逆流加料蒸发流程1.swf原料液末效进；用泵往前打
；
完成液由第一效出，蒸汽由第一效到末效。
热效应—稀释热（浓缩热）, 焓浓图 P293 图6-12
纵坐标—焓,
横坐标—溶液浓度,
曲线---等温
线
D F (h h0 ) W (H h) Ql
,h0查图
H s hs
其中h
五 蒸发器的生产能力与生产强度 生产能力 W kg/h Q A
P2Q99 KAtm KATs t Wr
生
产强 Ts
二次蒸汽 W,T1',H
蒸发室
原料 F, x0, t0, c0 , h0
热损失 Ql
加热蒸汽D,Ts,Hs
加热室 A
完成液 L=F --W, x, t, c, h
冷凝液 D,Ts,hs
F W L D kg/h , x0 x 质量%, Ts, T1', t0 t, ℃, Hs hs H h kJ/kg , c0,c kJ/(kg.K) , Q l kJ/h
Ql
C0 及 ≈W
r
Ql /R
=
0
or D/W = (H – Ct)/R ≈ r/R--单位蒸汽消耗量
表示经济程度，1~1.1
三、 蒸发器的传热面积
A Q Q = D(HsK– hs) tm or Q = DR （热损失通过溶液再从外
壁面走）
或 对于标准型的（热损失直接通过外壁面走）Q传 =
DR -- Ql
器中（上例所述）浓缩到50%，进料温度为60℃，加料量为 1.5kg/s，已知蒸发器的传热系数为1560w/m2k，求加热蒸汽 消耗量及蒸发器的传热面积。设蒸发器的热损失为加热蒸汽
消耗量的3%.