第七章 蒸发 ❑掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其 工艺计算方法； ❑熟悉单效真空的工艺设备的配置； ❑了解多效蒸发流程及计算原理。 本章重点和难点：
第七章 蒸发 ❑掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其 工艺计算方法； ❑熟悉单效真空的工艺设备的配置； ❑了解多效蒸发流程及计算原理。 本章重点和难点：
7.1.1 蒸发的定义 7.1.2 加热蒸气和二次蒸气 使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使 溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸 发器。 蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气， 而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。 为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸 气。 7.1 概述
7.1.1 蒸发的定义 7.1.2 加热蒸气和二次蒸气 使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使 溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸 发器。 蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气， 而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。 为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸 气。 7.1 概述
7.1.3 蒸发分类 (1)按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以 除去的蒸发操作。 多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为 加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种 串联蒸发操作称为多效蒸发。 (2)按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
7.1.3 蒸发分类 (1)按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以 除去的蒸发操作。 多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为 加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种 串联蒸发操作称为多效蒸发。 (2)按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
7.1.4 蒸发操作的特点 1)传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。 2)溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。 3)沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于 蒸发纯水的温度差。 4)泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备 污染。 5)能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一
7.1.4 蒸发操作的特点 1)传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。 2)溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。 3)沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于 蒸发纯水的温度差。 4)泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备 污染。 5)能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一
(1)溶液的沸点升高 一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的 沸点升高。 ➢稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 ➢对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高 度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。 7.2 单效蒸发 7.2.1溶液的沸点升高和温度差损失
(1)溶液的沸点升高 一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的 沸点升高。 ➢稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 ➢对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高 度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。 7.2 单效蒸发 7.2.1溶液的沸点升高和温度差损失
溶液沸点升高的计算公式： 式中 Δ——溶液的沸点升高，℃ t ——溶液的沸点，℃ T/——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃ = t −T （5-1）
溶液沸点升高的计算公式： 式中 Δ——溶液的沸点升高，℃ t ——溶液的沸点，℃ T/——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃ = t −T （5-1）
(2)传热温度差损失 式中 Δt——传热的有效温度差，℃ ΔtT ——理论上的传热温度差，℃ t —— 溶液的沸点，℃ T——纯水在操作沸点，℃ Ts——加热蒸气的温度，℃ 计算公式为： Δt=Ts-t ΔtT =Ts-T Δ= ΔtT- Δt （5-2） 在一定操作压强条件下溶液的沸点升高
(2)传热温度差损失 式中 Δt——传热的有效温度差，℃ ΔtT ——理论上的传热温度差，℃ t —— 溶液的沸点，℃ T——纯水在操作沸点，℃ Ts——加热蒸气的温度，℃ 计算公式为： Δt=Ts-t ΔtT =Ts-T Δ= ΔtT- Δt （5-2） 在一定操作压强条件下溶液的沸点升高
例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150 ℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为 t=115 ℃，其最大传热温度差，用ΔtT来表示： ΔtT=Ts-T=150-100=50℃ 有效温度差为： Δt=Ts-t=150-115=35℃ 则温度差损失为： Δ= ΔtT- Δt=（ Ts-T）-（ Ts-t）=t-T=15 ℃ 即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。 只有求得Δ，才可求得溶液的沸点t（=T+ Δ ）和有效传热温度 差Δt （=ΔtT - Δ ）
例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150 ℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶液，沸点为 t=115 ℃，其最大传热温度差，用ΔtT来表示： ΔtT=Ts-T=150-100=50℃ 有效温度差为： Δt=Ts-t=150-115=35℃ 则温度差损失为： Δ= ΔtT- Δt=（ Ts-T）-（ Ts-t）=t-T=15 ℃ 即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。 只有求得Δ，才可求得溶液的沸点t（=T+ Δ ）和有效传热温度 差Δt （=ΔtT - Δ ）
1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′； 3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。 2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″； 总温度差损失为： = + + （5-3） 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′； 3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。 2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″； 总温度差损失为： = + + （5-3） 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
= t A −T （5-4） 式中 tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃ 在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不 同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需计算，估算方 法有两种。 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
= t A −T （5-4） 式中 tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃ 在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不 同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需计算，估算方 法有两种。 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失