第五章蒸发 §1概述 5-1蒸发的用途和分类 在日常生活中,熬中药、煲猪骨汤,许多人都操作过。抓中药时,医生会嘱咐,三碗水 煎成一碗水。熬中药的过程,既是一个中药有效成份的溶解过程,又是一个蒸发过程。广东 人煲的“老火靓汤”这一过程,也包含了蒸发过程 什么叫蒸发?将溶液加热,使其中部分溶剂气化并不断去除,以提高溶液中的溶质浓度 的过程即蒸发。熬中药时,如果不是三碗水煎成一碗水,则三碗水中的药物浓度不高,药效 就不够。如图5-1所示 蒸发 廴 溶液 加热 图5-1蒸发示意图 在化工生产中,NaOH溶液增浓、稀糖液的浓缩、由海水蒸发并冷凝制备淡水等都是采 用蒸发操作来实现的。 蒸发的方式有自然蒸发和沸腾蒸发。自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点下汽化,例如 海盐的晒制。沸腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时汽化,在溶液各个部分都同时发生汽化现 象。因此,沸腾蒸发的速率远超过自然蒸发速率 蒸发可按蒸发器内的压力分为常压、加压和减压蒸发。减压蒸发又称为真空蒸发。按二 次蒸汽利用的情况分为单效蒸发和多效蒸发。若将所产生的二次蒸汽不再利用或被利用于蒸 发器以外这种操作,称为单效蒸发:如果将二次蒸汽引至另一压力较低的蒸发器加热室,作 为加热蒸汽来使用,这种操作称为多效操作蒸发。 §2单效蒸发 5-2单效蒸发衡算方程 、蒸发器的物料衡算
1 第五章 蒸发 §1 概述 5-1 蒸发的用途和分类 在日常生活中，熬中药、煲猪骨汤，许多人都操作过。抓中药时，医生会嘱咐，三碗水 煎成一碗水。熬中药的过程，既是一个中药有效成份的溶解过程，又是一个蒸发过程。广东 人煲的“老火靓汤”这一过程，也包含了蒸发过程。 什么叫蒸发？将溶液加热，使其中部分溶剂气化并不断去除，以提高溶液中的溶质浓度 的过程即蒸发。熬中药时，如果不是三碗水煎成一碗水，则三碗水中的药物浓度不高，药效 就不够。如图 5-1 所示。 图 5-1 蒸发示意图 在化工生产中，NaOH 溶液增浓、稀糖液的浓缩、由海水蒸发并冷凝制备淡水等都是采 用蒸发操作来实现的。 蒸发的方式有自然蒸发和沸腾蒸发。自然蒸发是溶液中的溶剂在低于沸点下汽化，例如 海盐的晒制。沸腾蒸发是使溶液中的溶剂在沸点时汽化，在溶液各个部分都同时发生汽化现 象。因此，沸腾蒸发的速率远超过自然蒸发速率。 蒸发可按蒸发器内的压力分为常压、加压和减压蒸发。减压蒸发又称为真空蒸发。按二 次蒸汽利用的情况分为单效蒸发和多效蒸发。若将所产生的二次蒸汽不再利用或被利用于蒸 发器以外这种操作，称为单效蒸发；如果将二次蒸汽引至另一压力较低的蒸发器加热室，作 为加热蒸汽来使用，这种操作称为多效操作蒸发。 §2 单效蒸发 5-2 单效蒸发衡算方程 一、蒸发器的物料衡算
,7 H 蒸发室 加热室 图5-2单效蒸发衡算示意图 在蒸发操作中,单位时间内从溶液蒸发出来的水量,可通过物料衡算确定。现对图 所示的单效蒸发器作溶质的物料衡算。在稳定连续操作中,单位时间进入和离开蒸发器的溶 质数量应相等,即 Ex F-n 由此可求得水份蒸发量为: 完成液的浓度: XI F 式中,F一一溶液的进料量,kg·h-1:W—水份蒸发量,kg·h x——原料液中溶质的浓度,质量分率 x1——完成液中溶质的浓度,质量分率 蒸发器的热量衡算 对图5-2的虚线范围作热量衡算得: DH+ FCpIo=WH+(FCE -WCw)+DC T oX D(H-C,T)=W(H'-C,4,)+FC(G-Lo )+OL
2 图 5-2 单效蒸发衡算示意图 在蒸发操作中，单位时间内从溶液蒸发出来的水量，可通过物料衡算确定。现对图 5-2 所示的单效蒸发器作溶质的物料衡算。在稳定连续操作中，单位时间进入和离开蒸发器的溶 质数量应相等，即 ( ) 0 1 Fx = x F −W x ………………(I) 由此可求得水份蒸发量为： = − 1 0 1 x x W F ………………(Ia) 完成液的浓度： F x Fx x − = 0 1 ………………(Ib) 式中， F ——溶液的进料量, −1 kg h ； W ——水份蒸发量, −1 kg h ； 0 x ——原料液中溶质的浓度，质量分率； 1 x ——完成液中溶质的浓度，质量分率 二、蒸发器的热量衡算 对图 5-2 的虚线范围作热量衡算得： ( ) 1 1 ' DH + FCF t 0 = WH + FCF −WCW t + DCwT 或 ( ) ( ) ( ) w w F QL D H −C T = W H −C t 1 + FC t 1 − t 0 + ' 1 …………（II）
式中,D——加热蒸汽流率,kg·s-; H,H—一分别是加热蒸汽和二次蒸汽的焓,J·kg1; 分别是原料液和水的比热,Jkg-1.K-1 t0、t1-—分别是原料温度和溶液的沸点,K 7—一冷凝液的饱和温度,K;Q4—蒸发器的热损失,小S H-CT=y, H-C=y ∴Dy=Wy+FCp(t1-10)+Q D="+FC(1-)+g ………………(Ia) 式中,Y,Y——分别为加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热,小kg 若原料液在沸点下进入蒸发器,即kg,再忽略热损失,即Q2=0,则式(Ia)得: D W D/称为单位蒸汽消耗量,即蒸发1kg水所需蒸汽量,kg蒸汽·kg水 由于二次蒸汽y与加热蒸汽y,随压力变化不大,即y=y, D 〓1即原料液为沸点进料并忽略热损失时,加热蒸汽消耗量与二次蒸汽生成量 相等。 5-3蒸发衡算计算举例 【例5-1】在单效蒸发中,每小时将2000kg的某种水溶液从10‰%连续浓缩到309%, 蒸发操作的平均压力为393Pa,相应的溶液的沸点为80℃。加热蒸汽绝压为196kPa.原 料液的比热为377kJ·kg·K-。蒸发器的热损失为12000W。试求: (1)蒸发量 (2)原料液温度分别为30℃、80℃和120℃时的加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量。 解:(1)蒸发量由(I)式知
3 式中， D ——加热蒸汽流率， −1 kg s ； H ， H'——分别是加热蒸汽和二次蒸汽的焓， −1 J kg ； CF ，CW ——-分别是原料液和水的比热， −1 −1 J kg K ； 0 t 、 1 t ——分别是原料温度和溶液的沸点，K； T1——冷凝液的饱和温度，K； QL ——蒸发器的热损失， −1 J s ； ∵ , ' ' 1 1 H −C T = H −C T = w w ∴ F QL D = W + FC (t 1 − t 0 ) + ' F QL W FC t t D + − + = ( ) 1 0 ' ………………（IIa） 式中，γ，γ` ——分别为加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热， −1 J kg ； 若原料液在沸点下进入蒸发器，即 kg,再忽略热损失，即 QL = 0 ，则式（IIa）得： ' = W D ………………(IIb) D/W 称为单位蒸汽消耗量，即蒸发 1kg 水所需蒸汽量， kg蒸汽 kg−1水 由于二次蒸汽 ' 与加热蒸汽 ，随压力变化不大，即 ' = ， ∴ = 1 W D 即原料液为沸点进料并忽略热损失时，加热蒸汽消耗量与二次蒸汽生成量 相等。 5-3 蒸发衡算计算举例 【例 5-1】在单效蒸发中，每小时将 2000 kg 的某种水溶液从 10% 连续浓缩到 30%， 蒸发操作的平均压力为 39.3kPa ，相应的溶液的沸点为 80 ℃。加热蒸汽绝压为 196kPa .原 料液的比热为 1 1 3.77 − − kJ kg K 。蒸发器的热损失为 12000W 。试求： （1） 蒸发量 （2） 原料液温度分别为 30℃、80℃和 120℃时的加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量。 解：（1）蒸发量 由（I）式知
lo 20001 1333g:h-1 0.3 (2)加热蒸汽消耗量由(Ila)式知 Wy FCe(a-to+ 由附录查得压力为393和96Pa时的饱和蒸汽的汽化潜热分别为2320和 204kJ·kg-,原料液温度为30℃时的蒸汽消耗量为: 1333×2320+2000×3.77×(80-30)12000 1000×3600 1590kg.h-1 单位蒸汽消耗量为 D1590 =1.2 W1333 原料液温度为80℃时的蒸汽消耗量 1333×2320+12000×3.6 =1420kgh 2204 单位蒸汽消耗量为 D1420 W=133=11 原料液温度为120℃时的蒸汽消耗量为: D 133×220+2000377×(80-120)+1200×361280kgh 2204 单位蒸汽消耗量为: D1280 =0. W1333 由以上计算结果得知,原料液的温度愈高,蒸发1kg水所消耗的加热蒸汽量愈少 5-4蒸发器传热面积 蒸发器的传热面积可依传热基本方程式求得,即 A KAL 式中,A—一蒸发器的传热面积,m2;K一一蒸发器的传热系数,W,m2.K-1 ΔTm——传热的平均温度差,K;Q—蒸发器的热负荷或传热速率,W 式(Ⅲ)中的热负荷依热量衡算求取,显然Q=D·y。其中传热系数K亦可按蒸汽冷凝 和液体沸腾对流传热求出间壁两侧的对流传热系数,及按经验估计的垢层热阻进行计算。对
4 1 1 0 1333 0.3 0.1 1 2000 1 − = = − W = F − k g h （2）加热蒸汽消耗量 由（IIa）式知 1 1 0 ' ( ) F QL W FC t t D + − + = 由附录查得压力为 39.3和196kPa 时 的 饱 和 蒸汽 的 汽 化 潜 热分 别 为 2320 和 2204 −1 kJ kg ，原料液温度为 30℃时的蒸汽消耗量为： ( ) 1 1590 2204 3600 1000 12000 1333 2320 2000 3.77 80 30 − = + − + D = k g h 单位蒸汽消耗量为： 1.2 1333 1590 = = W D 原料液温度为 80℃时的蒸汽消耗量： 1 1420 2204 1333 2320 12000 3.6 − = + D = k g h 单位蒸汽消耗量为： 1.1 1333 1420 = = W D 原料液温度为 120℃时的蒸汽消耗量为： ( ) 1 1280 2204 1333 2320 2000 3.77 80 120 1200 3.6 − = + − + D = k g h 单位蒸汽消耗量为： 0.96 1333 1280 = = W D 由以上计算结果得知，原料液的温度愈高，蒸发 1kg 水所消耗的加热蒸汽量愈少 5-4 蒸发器传热面积 蒸发器的传热面积可依传热基本方程式求得，即 m K t Q A = ………………( III ) 式中， A ——蒸发器的传热面积， 2 m ； K ——蒸发器的传热系数， −2 −1 W m K ； Tm ——传热的平均温度差， K ； Q ——蒸发器的热负荷或传热速率， W 。 式( III )中的热负荷依热量衡算求取，显然 Q = D 。其中传热系数 K 亦可按蒸汽冷凝 和液体沸腾对流传热求出间壁两侧的对流传热系数，及按经验估计的垢层热阻进行计算。对
于蒸发器的传热温度差,因为蒸发过程是间壁两侧的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温传热 所以△Tm=T1-1,但是水溶液的沸点t1的确定方法还有待于5-6节中进行讨论。 5-5传热面积计算举例 【例5-2】在单效蒸发器中,将15%的CaCl2水溶液连续浓缩到25%,原料液流量为 20000kg·h-,温度为75℃。蒸发操作的平均威力为49kPa,溶液的沸点为875℃。加 热蒸汽绝压为196kPa。若蒸发器的总传热系数K为10004·m2·K-1,热损失为蒸发器 传热量的5%,试求蒸发器的传热面积和加热蒸汽消耗量 解:蒸发量为 20000 W 222kg·s x1 3600025 蒸发器的热负荷为 Q=Wy+FC(t1-t0)×(+5%) 而其中原料液比热为 Cp=C(1-x)=4187(-01.5)=3566kg1·K-1 由附录查得49kPa下饱各蒸汽的汽化潜热y为2305J·kg-1。所以 20000 Q=1.05×222×2305×103+ 360×3.56103×(875-75)|=563×10W 又由附录查得196kPa下饱各蒸汽温度为1196℃,汽化潜热为203k/·kg 所以蒸发器的传热面积为: 5.63×10 A Q KIT 1000196-875)175m2 加热蒸汽消耗量为: Q_5.63×10 =2.56kg·s y2203×103 5-6因蒸汽压下降引起沸点升高 所谓传热温度差,即加热蒸汽温度T与溶液沸点温度I之差,即Δn=T-【。而溶 液的沸点由于有了溶质A的加入,使蒸气压下降,导致沸点升高,即高于纯水在相同压 力下的沸点(lo),即t>1。这个沸点升高到起的温度差Δm下降,即温度差损失(Δ)
5 于蒸发器的传热温度差，因为蒸发过程是间壁两侧的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温传热， 所以 1 1 T T t m = − ,但是水溶液的沸点 t1 的确定方法还有待于 5-6 节中进行讨论 。 5-5 传热面积计算举例 【例 5-2】 在单效蒸发器中，将 15% 的 CaCl2 水溶液连续浓缩到 25% ，原料液流量为 1 20000 − kg h ，温度为 75 ℃。蒸发操作的平均威力为 49kPa ，溶液的沸点为 87.5 ℃。加 热蒸汽绝压为 196kPa 。若蒸发器的总传热系数 K 为 2 1 1000 − − W m K ，热损失为蒸发器 传热量的 5 %，试求蒸发器的传热面积和加热蒸汽消耗量。 解：蒸发量为 1 1 0 2.22 0.25 0.15 1 3600 20000 1 − = = − W = F − k g s 蒸发器的热负荷为： ' ( ) (1 5%) Q = W +FCF t 1 − t 0 + 而其中原料液比热为： ( ) ( ) 1 1 1 0 4.187 1 01.5 3.56 − − CF = CW − x = − = k J k g K 由附录查得 49kPa 下饱各蒸汽的汽化潜热 ' 为 1 2305 − kJ kg 。所以 Q ( ) W 3 3 6 3.56 10 87.5 75 5.63 10 3600 20000 1.05 2.22 2305 10 = = + − 又由附录查得 196kPa 下饱各蒸汽温度为 119.6 ℃，汽化潜热为 1 2203 − kJ kg 所以蒸发器的传热面积为： ( ) ( ) 2 6 1 1 175 1000 119.6 87.5 5.63 10 m K T t Q A = − = − = 加热蒸汽消耗量为： 1 3 6 2.56 2203 10 5.63 10 − = = = kg s Q D 5-6 因蒸汽压下降引起沸点升高 所谓传热温度差，即加热蒸汽温度 T 与溶液沸点温度 t 之差，即 t T t m = − 。而溶 液的沸点由于有了溶质 A 的加入，使蒸气压下降，导致沸点升高，即高于纯水在相同压 力下的沸点（ 0 t ）,即 0 t t 。这个沸点升高到起的温度差 m t 下降，即温度差损失（ ）
般教材中讲有三种温度差损失,分别为Δ’、Δ’’、△’’。如图5-3所示。 加热蒸汽温度,T 实际温度差 溶液沸点,t 纯水沸点, 理论温度差,Mr=T-t0 图5-3温度差损失示意图 温度差损失△=M7-Mn=(T-10)-(7-1)=1-t 本教程换一个证法,重点研究溶液沸点升高值。某些无机物溶液在常压下的沸点可查有 关化工手册。 非常压下计算无机物溶液的沸点,常采用杜林规则。杜林规则为:某溶液在两种不同压 力下,两沸点之差V4-14)与另一标准液体在相应压力下两沸点之差(-1),其比值为常 .L,=K-t+ta ………(IVa) 式中,t,t—一在P和P压力下,无机物溶液的沸点,K; tn,ln-在P和P2压力下,标准溶液的沸点,K K一一杜林常数 杜林规则是经验规则,图5-4是以水为标准液体时,不同浓度NaH水溶液的杜林线图。 6
6 一般教材中讲有三种温度差损失，分别为Δ'、Δ''、Δ'''。如图 5-3 所示。 加热蒸汽温度，T 实际温度差 t T t m = − 溶液沸点，t 纯水沸点， 0 t 理论温度差， 0 t T t T = − 图 5-3 温度差损失示意图 温度差损失 ( ) ( ) 0 0 t t T t T t t t = T − m = − − − = − 本教程换一个证法，重点研究溶液沸点升高值。某些无机物溶液在常压下的沸点可查有 关化工手册。 非常压下计算无机物溶液的沸点，常采用杜林规则。杜林规则为：某溶液在两种不同压 力下，两沸点之差 ( ) ' A A t − t 与另一标准液体在相应压力下两沸点之差 ( ) ' w w t − t ，其比值为常 数，即： K t t t t w w A A = − − ' ' ………………（IV） ( ) ' ' A w w A t = K t − t + t ………………（IVa） 式中， A t ， ' A t ——在 P1 和 P2 压力下，无机物溶液的沸点， K ； w t ， ' w t ——在 P1 和 P2 压力下，标准溶液的沸点， K ； K ——杜林常数 杜林规则是经验规则，图 5-4 是以水为标准液体时，不同浓度 NaOH 水溶液的杜林线图
200 150 施 100 100 200 水的沸点,℃ 图5-4NaOH水溶液杜林线图 【例5-3】若浓度为1832%(质量)的NaOH水溶液,在压力为294kPa时的沸点为 744℃,试用杜林规则求其在49Pa时,该溶液的沸点t4各种压力下水、NaOH溶液的沸 点如表5-1所列 【例5-3】附表 压力, kPa NaOH溶液的沸点,℃水的沸点,℃ 01.3 107 100 74.4 68.7 解:先依式(IV)计算NaOH水溶液在浓度为18.32%(质量)时的K值,即 Kt4-14107-744 =1.041 100-687 t,-107 又由 =1.041, =1.041 80.9-100 tA=87.1℃ 图5-4是以水为标准液体时,不同浓度NaOH水溶液的杜林线图。可以利用杜林线求取 不同浓度的溶液在任一压力下的沸点t4° 5-7溶液静压力引起沸点升高 蒸发器在操作时,器内需维持一定的液面高度(L),因而蒸发器内溶液的压力要高于表 面的压力。致使溶液内部的沸点高于液面处的沸点。此沸点之差,即因静压力引起的沸点升 高值
7 图 5-4 NaOH 水溶液杜林线图 【例 5-3】 若浓度为 18.32 %（质量）的 NaOH 水溶液，在压力为 29.4kPa 时的沸点为 74.4 ℃，试用杜林规则求其在 49kPa 时，该溶液的沸点 A t 各种压力下水、NaOH 溶液的沸 点如表 5-1 所列： 表 5-1 【例 5-3】附表 压力， kPa NaOH 溶液的沸点，℃ 水的沸点，℃ 101.3 107 100 29.4 74.4 68.7 49 80.9 解：先依式（IV）计算 NaOH 水溶液在浓度为 18.32%（质量）时的 K 值，即 1.041 100 68.7 107 74.4 ' ' = − − = − − = w w A A t t t t K 又由 1.041 '' '' = − − w w A A t t t t ， 1.041 80.9 100 107 = − t A − ∴tA=87.1℃ 图 5-4 是以水为标准液体时，不同浓度 NaOH 水溶液的杜林线图。可以利用杜林线求取 不同浓度的溶液在任一压力下的沸点 A t 。 5-7 溶液静压力引起沸点升高 蒸发器在操作时，器内需维持一定的液面高度（L），因而蒸发器内溶液的压力要高于表 面的压力。致使溶液内部的沸点高于液面处的沸点。此沸点之差，即因静压力引起的沸点升 高值
图5-5溶液内部压力推导图 如图5-5所示,设溶液的平均压强为Pm,操作压强(或二次蒸汽压强)为P,溶液内 部的压强按液面和底部间的平均压强计算,即 P 3 +(P+ pg =P+ PgL 2 式中,p—溶液平均密度,kg·m3 p——二次蒸汽压强,Pa;L——液层高度,m。 这样,溶液平均压强对应的沸点,就比操作压强对应的沸点要高 【例5-4】蒸发浓度为50%(质量百分率)的NaOH水溶液时,若蒸汽压为40kPa,蒸 发器内溶液高度为L=2m,溶液密度为p=1450kg·m3,试求此时溶液的沸点 解:查饱和水蒸气压表得,压力为40kPa的水蒸气,沸点为75℃,以水的沸点75℃, 查图5-4的杜林线图,得117℃(此为溶液表面的沸点温度)。 若考虑溶液高度L=2m,蒸发器内部压力为: 2g=40P+ 1450×981×2 =54.22kP 压力为5422kPa时,查得水蒸汽沸点为83.06℃ 因静压力的沸点升高为8306-75=806℃ 此时溶液沸点为117+806=125℃。 因管路阻力,引起的溶液沸点升高值。根据经验,沸点升高值可取~1.5℃。此处不 再详述 综上所述,蒸发溶液温度的计算,影响着蒸发传热的温度差Δn,进而影响传热的速 率ρ。对于连续加料的稳定蒸发器而言,传热速率也是稳定的。如果是间歇加料蒸发器, 如煎中药、煲汤,却是不稳定的,溶液温度随蒸发的进行而升高,传热温度差在变小。 §3多效蒸发 5-8多效蒸发概述
8 图 5-5 溶液内部压力推导图。 如图 5-5 所示，设溶液的平均压强为 Pm ，操作压强（或二次蒸汽压强）为 P ，溶液内 部的压强按液面和底部间的平均压强计算，即 ( ) 2 2 gL P P P gL Pm = + + + = ………………(V) 式中， ——溶液平均密度， −3 kg m ； p ——二次蒸汽压强， Pa ； L ——液层高度， m 。 这样，溶液平均压强对应的沸点，就比操作压强对应的沸点要高。 【例 5-4】 蒸发浓度为 50 %（质量百分率）的 NaOH 水溶液时，若蒸汽压为 40kPa ，蒸 发器内溶液高度为 L = 2m ，溶液密度为 3 1450 − = kg m ，试求此时溶液的沸点。 解：查饱和水蒸气压表得，压力为 40kPa 的水蒸气，沸点为 75 ℃，以水的沸点 75 ℃， 查图 5-4 的杜林线图，得 117 ℃（此为溶液表面的沸点温度）。 若考虑溶液高度 L = 2m ，蒸发器内部压力为： m a a k P k P gL P P 54.22 2 1450 9.81 2 40 2 = = + = + 压力为 54.22kPa 时，查得水蒸汽沸点为 83.06 ℃， ∴因静压力的沸点升高为 83.06 −75 = 8.06 ℃ ∴此时溶液沸点为 117 +8.06 =125 ℃。 因管路阻力，引起的溶液沸点升高值。根据经验，沸点升高值可取 1~1.5 ℃。此处不 再详述。 综上所述，蒸发溶液温度的计算，影响着蒸发传热的温度差 m t ，进而影响传热的速 率 Q 。对于连续加料的稳定蒸发器而言，传热速率也是稳定的。如果是间歇加料蒸发器， 如煎中药、煲汤，却是不稳定的，溶液温度随蒸发的进行而升高，传热温度差在变小。 §3 多效蒸发 5-8 多效蒸发概述
为了减少蒸汽消耗量,人们考虑利用前一个蒸发器生成的二次蒸汽,来作为后一个蒸 发器的加热介质。后一个蒸发器的蒸发室是前一个蒸发器的冷凝器,此即多效蒸发。因为二 次蒸汽的压力较前一个加热蒸汽的压力为低。所以后一个蒸发器应在更低的压力下操作,即 需有抽真空的装置 两个蒸发器串联操作,前一个称作一效,后一个称作二效。效数越多,单位蒸汽消耗 量越小,如表5-2所示 表5-1单位蒸汽消耗量 效数 双效 四效五效 (D/W)最小 0.57 0.4 0.3 5-9多效蒸发流程 并流法蒸发流程。 如图5-6所示。 不凝性气体 冷却水 料液」1 加热蒸汽 完成液 水 图5-6并流三效蒸发流程 加热蒸汽的温度T,越来越低,即T1>T2>T3 蒸发室操作压力P,越来越低,即B>P2>P3 由于蒸发室压力越来越低,则待蒸发溶液的沸点温度t,也会越来越低,即l1>l2>l3。 那么加热蒸发的温度差(T-1)才可以维持一定的差值。如果不是抽真空装置,这个加 热推动力(T-1,),不可以维持一定值。 待蒸发的溶液浓度C,会越来越高,即C1<C2<C3 待蒸发的溶液粘度μ,会越来越大,即p<H2<2
9 为了减少蒸汽消耗量，人们考虑利用前一个蒸发器生成的二次蒸汽，来作为后一个蒸 发器的加热介质。后一个蒸发器的蒸发室是前一个蒸发器的冷凝器，此即多效蒸发。因为二 次蒸汽的压力较前一个加热蒸汽的压力为低。所以后一个蒸发器应在更低的压力下操作，即 需有抽真空的装置。 两个蒸发器串联操作，前一个称作一效，后一个称作二效。效数越多，单位蒸汽消耗 量越小，如表 5-2 所示。 表 5-1 单位蒸汽消耗量 效数 单效 双效 三效 四效 五效 （D/W）最小 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 5-9 多效蒸发流程 一、并流法蒸发流程。 如图 5-6 所示。 图 5-6 并流三效蒸发流程 加热蒸汽的温度 T ，越来越低，即 T1 T2 T3 蒸发室操作压力 P ，越来越低，即 P1 P2 P3 由于蒸发室压力越来越低，则待蒸发溶液的沸点温度 t ，也会越来越低，即 1 2 3 t t t 。 那么加热蒸发的温度差( i i T − t )才可以维持一定的差值。如果不是抽真空装置，这个加 热推动力( i i T − t )，不可以维持一定值。 待蒸发的溶液浓度 C ，会越来越高，即 C1 C2 C3 。 待蒸发的溶液粘度 ，会越来越大，即 1 2 3
传热系数K,会越来越小,即K1C2>C3° 待蒸发的溶液粘度μ,会越来越小,即p1>2>23 粘度大的一效,加热蒸汽温度高,所以各效的粘度值较为接近,传热系数也大致相同, 这样蒸发速率大致相同。这正是逆流的优点。当然,效与效之间需要有泵来输送,增加了动 力消耗 三、错流法蒸发流程 相当于错流萃取中的错流。各效分别加料和分别出料,蒸汽与二次蒸汽串联流过,如图 5-8所示。有些教材叫平流法
10 传热系数 K ，会越来越小，即 K1 K2 K3 。传热系数降低是我们不希望的。 并流加料的优点是： （1）由于后一效蒸发室的压力较前一效为低，故溶液在效间的输送勿需用泵，就能 自动从前效进入后效。 （2）由于后一效溶液的沸点较前一效为低，故前一效的溶液进入后一效时，会因过 热自行蒸发。因而可产生较多的二次蒸汽。 （3）由末效引出完成液，因其沸点最低，故带走的热量最少，减少了热量损失。 并流加料的缺点是： 由于后一效溶液的浓度较前一效为大，且温度又较低，所以料液粘度沿流动方向逐效增 大，致使后效的传热系数降低。 二、逆流法蒸发流程 如图 5-7 所示 图 5-7 逆流三效蒸发流程 待蒸发的溶液浓度 C ，是越来越低的，即 C1 C2 C3。 待蒸发的溶液粘度 ，会越来越小，即 1 2 3。 粘度大的一效，加热蒸汽温度高，所以各效的粘度值较为接近，传热系数也大致相同， 这样蒸发速率大致相同。这正是逆流的优点。当然，效与效之间需要有泵来输送，增加了动 力消耗。 三、错流法蒸发流程 相当于错流萃取中的错流。各效分别加料和分别出料，蒸汽与二次蒸汽串联流过，如图 5-8 所示。有些教材叫平流法