单效蒸发及其计算.共42页

第五章 蒸 发

本 章 学 习 要 求

1．熟练掌握的内容

单效蒸发过程及其计算（包括水分蒸发量、加热蒸汽消耗量、有效温度差及传热面积的计算）；蒸发器的生产能力、生产强度和单位蒸汽消耗量。

2．理解的内容

蒸发操作的特点；多效蒸发操作的流程及最佳效数。

3．了解的内容

蒸发过程的工艺应用与分类；常用蒸发器的结构、特点和应用场合；蒸发器的选用。多效蒸发过程的计算。

§5.1 概 述

一、蒸发操作及其特点

工程上把采用加热方法，将含有不挥发性溶质（通常为固体）的溶液在沸腾状态下，使其浓缩的单元操作称为蒸发。蒸发操作广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领域，其主要目的有以下几个方面：

1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；

2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等；

3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。

图5－1为一典型的蒸发装置示意图。图中蒸发器由加热室1和分离室2两部分组成。加热室为列管式换热器，加热蒸汽在加热室的管间冷凝，放出的热量通过管壁传给列管内的溶液，使其沸腾并汽化，汽液混合物则在分离室中分离，其中液体又落回加热室，当浓缩到规定浓度后排出蒸发器。分离室分离出的蒸汽（又称二次蒸汽，以图5－1 蒸发装置示意图

区别于加热蒸汽或生蒸汽），先经顶部除沫器5除液，再进入混合冷凝器3与冷水相混，被直接冷凝后，通过大气腿7排出。不凝性气体经分离器4和缓冲罐5由真空泵6排出。

工程上，蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂，而溶质仍留在溶液中，因此，蒸发操作即为一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。由于溶剂的汽化速率取决于传热速率，故蒸发操作属传热过程，蒸发设备为传热设备，如图5-1的加热室即为一侧是蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾的间壁式列管换热器。此种蒸发过程即是间壁两侧恒温的传热过程。但是，蒸发操作与一般传热过程比较，有以下特点：

第五章 蒸发

蒸发是将溶液加热至沸腾状态，使一部分溶剂汽化并除去的操作。蒸发也是化工、医药、

食品等工业牛产过程中常用的单元操作之一。在食品工业中如奶粉、糖、盐的生产中，先要

将物料溶液蒸发浓缩得到高浓度的溶液，再将其结晶析出，得到固体产品，再加以干燥。蒸

发操作也有的是为得到高浓度的溶液，如果汁的浓缩，也是使其一部分水份汽化并除去，以

得到浓缩的产品。在化工生产中，用电解法制得的烧碱(NaOH水溶液）的浓度一般只有10%

左右，它也是通过蒸发其中的部分水份，使

其达到浓度为42%左右的质量要求的，等等；

除此之外，蒸发操作常常用来先将原料液中

的溶剂汽化，然后加以冷却以得到固体产

品。例如食糖的生产就属于此类。

如图是一套典型的蒸发操作装置图。左

面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备

—蒸发器，它的下部分是由若干加热管组成

的加热室(1)，加热蒸汽在管间（壳方）被

冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传

给被加热的料液，使溶液受热沸腾汽化。在

沸腾汽化过程中，将不可避免地会夹带一部

分液体，为此，在蒸发器的上部设置了一个

称为分离室的分离空间（2），并在其出口

处装有除沫装置，以便将夹带的液体分离

开，蒸汽则进入冷凝器（4）内，被冷却水

冷凝后从底部排出。溶液浓缩后，从底部排

出。

第一节 概述

一.蒸发原理

将不挥发性的物质的稀溶液加热至沸腾，使部分溶剂气化排走，以提高溶液浓度的单元

操作。

二．蒸发的用途

1． 使溶液增浓制取浓溶液，如电解法制取NaOH，很多化工废料最后的处理。

2． 回收固体溶质，制取固体产品，通过将溶液浓缩到饱和状态，再使其冷却结晶分离，如

蔗糖、食盐的精制。

3． 除去不挥发性的杂质，制取纯净溶剂，如海水淡化。

三．蒸发操作条件

1． 持续不断的供给热量使溶液保持沸腾

2． 不停地将气化出来的蒸气排除。

四．蒸汽

1．加热蒸气 作为热源的蒸气

2．二次蒸气 溶液中蒸发出来的气化的溶剂

五、蒸发操作的分类

1． 按二次蒸气是否被利用分

单效蒸馏器蒸发计算方式

单效蒸馏器是一种常见的蒸馏设备，常用于分离液体的混合物。蒸发计算是在设计和操作蒸馏器时必不可少的环节。

蒸发计算的基本原理是根据物料的物理化学性质和热力学原理，确定蒸馏器的操作条件和设计参数。下面是一个简单的蒸发计算方式，供参考：

1. 确定进料物料的质量流率和组成，包括液相和气相组分的含量。

2. 确定蒸发器的进料温度和出料温度，这涉及到蒸发器的设计要求和操作目标。

3. 根据物料的蒸发热和热平衡原理，计算出所需的蒸发热量。

4. 根据蒸发热量和进料温度，计算出蒸发器所需的加热功率或蒸汽流量。

5. 根据蒸发器的传热性能和热平衡原理，计算出所需的换热面积。

6. 根据蒸发器的传热性能和操作要求，选择合适的传热介质和传热方式。 7. 根据蒸发器的操作要求，选择适当的操作参数，如进料质量流率、汽液比、蒸发温度等。

8. 进行蒸发器的设计和优化，包括确定设备的尺寸、材料、结构等。

在进行蒸发计算时，需要考虑多种因素，如物料的性质、操作条件、设备的性能等。因此，蒸发计算是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素才能得到准确的结果。

以上是单效蒸馏器蒸发计算方式的简要介绍，希望对您有所帮助。

多效蒸发器设计计算

（一） 蒸发器的设计步骤

多效蒸发的计算一般采用迭代计算法

（1） 根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝器压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器）、流程和效数。

（2） 根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的组成。

（3） 根据经验，假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。

（4） 根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。

（5） 根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3）至（5），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。

（二） 蒸发器的计算方法

下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。

1.估值各效蒸发量和完成液组成

总蒸发量 （1-1）

在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和

W = W1 + W2 + … + Wn （1-2）

任何一效中料液的组成为

（1-3）

一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即

（1-4）

对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5）