掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理

掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理第1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7.1.1蒸發(fā)的定義

7.1.2加熱蒸氣和二次蒸氣

使含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)，所用的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。

蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為二次蒸氣。7.1

概述第2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7.1.3蒸發(fā)分類(1)按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。(2)按二次蒸氣的利用情況分：?jiǎn)涡Ш投嘈д舭l(fā)第3頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7.1.4蒸發(fā)操作的特點(diǎn)

1)傳熱性質(zhì)：屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫

傳熱過(guò)程。2)溶液性質(zhì)：熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶性、結(jié)垢性、泡沫、粘度等。3)沸點(diǎn)升高：當(dāng)加熱蒸氣一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)純水的溫度差。4)泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設(shè)備污染。5)能源利用：二次蒸氣的利用是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一。第4頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(1)溶液的沸點(diǎn)升高一定壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點(diǎn)升高。稀溶液或有機(jī)溶液沸點(diǎn)升高值較小，無(wú)機(jī)鹽溶液較大。對(duì)于同一種溶液，沸點(diǎn)升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內(nèi)液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點(diǎn)升高值越大。7.2

單效蒸發(fā)7.2.1溶液的沸點(diǎn)升高和溫度差損失第5頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溶液沸點(diǎn)升高的計(jì)算公式：式中

Δ——溶液的沸點(diǎn)升高，℃

t——溶液的沸點(diǎn)，℃

T/——與溶液壓強(qiáng)相等時(shí)水的沸點(diǎn)，即二次蒸氣的

飽和溫度，℃

（5-1）第6頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(2)傳熱溫度差損失式中

Δt——傳熱的有效溫度差，

℃

ΔtT

——理論上的傳熱溫度差，

℃

t——溶液的沸點(diǎn)，

℃

T——純水在操作沸點(diǎn)，

℃

Ts——加熱蒸氣的溫度，

℃計(jì)算公式為：

Δt=Ts-tΔtT

=Ts-T

Δ=ΔtT-Δt

（5-2）

在一定操作壓強(qiáng)條件下溶液的沸點(diǎn)升高。第7頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=150℃），蒸發(fā)室內(nèi)壓力為1atm，蒸發(fā)30%的NaOH溶液，沸點(diǎn)為t=115℃，其最大傳熱溫度差，用ΔtT來(lái)表示：

ΔtT=Ts-T=150-100=50℃有效溫度差為：

Δt=Ts-t=150-115=35℃則溫度差損失為：

Δ=ΔtT-Δt=（

Ts-T）-（

Ts-t）=t-T=15℃

即傳熱溫度差損失等于溶液的沸點(diǎn)與同壓下水的沸點(diǎn)之差。只有求得Δ，才可求得溶液的沸點(diǎn)t（=T+Δ

）和有效傳熱溫度差Δt（=ΔtT-Δ

）。第8頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失Δ′；3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失

。

2）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失Δ″；

總溫度差損失為：

（5-3）

蒸發(fā)過(guò)程中引起溫度差損失的原因有：第9頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（5-4）式中

tA——溶液沸點(diǎn)，℃，主要與溶液的類別、濃度及操

作壓強(qiáng)有關(guān)。

T′——與溶液壓強(qiáng)相等時(shí)水的沸點(diǎn)，即二次蒸氣的

飽和溫度，℃

在文獻(xiàn)和手冊(cè)中，可以查到常壓（1atm）下某些溶液在不同濃度時(shí)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)。非常壓下的溶液沸點(diǎn)則需計(jì)算，估算方法有兩種。溶液的蒸汽壓下降引起的溫度差損失第10頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中

——常壓下溶液的沸點(diǎn)升高，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的tA值

求得，℃；

Δ′——操作條件下溶液的沸點(diǎn)升高，℃；

f——校正系數(shù)，無(wú)因次。其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為：

式中

T′——操作壓強(qiáng)下二次蒸氣的溫度，℃；

r′——操作壓強(qiáng)下二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。1)（5-5）（5-6）第11頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2)杜林規(guī)則

該規(guī)則認(rèn)為：某溶液（或液體）在兩種不同壓力下兩沸點(diǎn)之差與另一標(biāo)準(zhǔn)液體在相應(yīng)壓力下兩沸點(diǎn)之差，其比值為一常數(shù)，即

式中

tA

、tw—分別為壓強(qiáng)pM下溶液的沸點(diǎn)與純水的沸點(diǎn)，℃

tA′、tw′—分別為壓強(qiáng)pN下溶液的沸點(diǎn)與純水的沸點(diǎn)，℃

一定濃度下溶液的沸點(diǎn)與相同壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)呈直線關(guān)系，可以利用杜林線求不同濃度的溶液在任一壓力下的沸點(diǎn)。（5-7）第12頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六當(dāng)某壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)tw=0時(shí)，則上式變?yōu)椋?/p>

式中

ym——杜林線的截距，℃

注意：不同濃度的杜林線是不平行的，斜率k與截距ym都是溶液質(zhì)量濃度x的函數(shù)。（5-8）第13頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

液層內(nèi)的溶液的沸點(diǎn)高于液面的，液層內(nèi)部沸點(diǎn)與表面沸點(diǎn)之差即為因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失。式中

pm——液層中部的平均壓強(qiáng)，Pap′——液面的壓強(qiáng)，即二次蒸氣的壓強(qiáng)，Pal——液層深度，m

簡(jiǎn)化處理：計(jì)算時(shí)以液層中部的平均壓強(qiáng)pm及相應(yīng)的沸點(diǎn)tAm為準(zhǔn)，中部的壓強(qiáng)為：

（5-10）液柱靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失第14頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

常根據(jù)平均壓強(qiáng)pm查出純水的相應(yīng)沸點(diǎn)tpm，故因靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失為：

Δ″=tpm-tp′

（5-11）式中

tpm

——與平均壓強(qiáng)pm相對(duì)應(yīng)純水的沸點(diǎn)，℃

tp′——與二次蒸氣壓強(qiáng)p′相對(duì)應(yīng)的水的沸點(diǎn)，℃

影響Δ″的因素：1）沸騰時(shí)液層內(nèi)混有氣泡，液層的實(shí)際密度較計(jì)算公式所用的純液體密度要小，使得算出的Δ″值偏大；2）當(dāng)溶液在加熱管內(nèi)的循環(huán)速度較大時(shí)，就會(huì)因流體阻力使平均壓強(qiáng)增高。第15頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

采用多效蒸發(fā)時(shí)，二次蒸氣在離開(kāi)前一效蒸發(fā)室流往后一效加熱室的過(guò)程中要克服管道的流動(dòng)阻力，從而導(dǎo)致蒸汽溫度下降。此項(xiàng)溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關(guān)，一般取0.5~1.5℃。第16頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六單效蒸發(fā)的計(jì)算項(xiàng)目有：

1）蒸發(fā)量；

2）加熱蒸氣消耗量；

3）蒸發(fā)器的傳熱面積通常生產(chǎn)任務(wù)中已知的項(xiàng)目有：

1）原料液流量、組成與溫度；

2）完成液組成；

3）加熱蒸氣壓強(qiáng)或溫度；

4）冷凝器的壓強(qiáng)或溫度。7.2.2單效蒸發(fā)的計(jì)算第17頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0

D,T,HW,T’,H’

D,T,hw

(F-W),x1

t1,h1

QL第18頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中

F—原料液流量

W—蒸發(fā)量

x0—原料液的質(zhì)量組成

x1—完成液的組成對(duì)單效蒸發(fā)器作溶質(zhì)衡算，得（5-12）(1)蒸發(fā)量w第19頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸點(diǎn)，將水分蒸發(fā)為蒸氣以及向周圍散失的熱量。

對(duì)于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀釋時(shí)釋放出熱量，則當(dāng)其蒸發(fā)濃縮時(shí)應(yīng)考慮供給和稀釋熱相當(dāng)?shù)臐饪s熱。(2)加熱蒸氣消耗量D第20頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中

D——加熱蒸氣的消耗量,kg/h

H——加熱蒸氣的焓,kJ/kgh0——原料液的焓,kJ/kg

H’——二次蒸氣的焓,kJ/kgh1——完成液的焓,kJ/kg

hw——冷凝水的焓,kJ/kgQL——熱損失,kJ/h（5-13）

對(duì)單效蒸發(fā)器作物料的熱量衡算，得（5-14）1)溶液稀釋熱不可忽略時(shí)第21頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則

式中

r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg稀釋熱不可忽略時(shí)，溶液的焓可由專用的焓濃圖查得。則上式變?yōu)椋?-14a）H-hw=r第22頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溶液的稀釋熱可以忽略時(shí)，溶液的焓可由比熱算出，即

h0=cp0(t-0)=cp0t0

（5-15）

h1=cp1(t-0)=cp1t1

（5-16）

hw=cpw(t-0)=cpwtw（5-17）代入蒸發(fā)器物料的熱量衡算式中，則有

D(H-cpwT)=WH’+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL

（5-18）

2)溶液的稀釋熱可以忽略時(shí)第23頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六計(jì)算溶液比熱的經(jīng)驗(yàn)公式為：

Cp=cpw(1-x)+cpBx

（5-19）

式中

Cp——溶液的比熱,kJ/(kg?℃);

Cpw——純水的比熱,kJ/(kg?℃);

CpB——溶質(zhì)的比熱,kJ/(kg?℃).當(dāng)x<0.2時(shí)，上式簡(jiǎn)化為：

Cp=cpw(1-x)

（5-19a）

第24頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六為簡(jiǎn)化計(jì)算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯(lián)立上兩式，得

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0

（5-20）

計(jì)算原料液及完成液的比熱可分別寫成：

Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1=cpw-(cpw-cpB)x1

第25頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關(guān)系式。Fx0=(F-W)x1

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0

(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw

（5-21）將式5-21代入5-18，并整理得：

（5-22）第26頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于

H-cpwT≈r(5-23)

H?-cpwt1≈r′(5-24)

式中

r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg；

r′——二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。

將上兩式代入式5-22，并簡(jiǎn)化得：

上式說(shuō)明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點(diǎn)、蒸發(fā)水分以及向周圍的熱損失。

Q=Dr=Wr′+Fcp0(t1-t0)+QL

（5-25）

第27頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

若原料液預(yù)熱至沸點(diǎn)再進(jìn)入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上式簡(jiǎn)化為：

（5-25a）

（5-26）

式中

e——蒸發(fā)1kg水分時(shí)，加熱蒸氣的消耗量，稱為單位蒸氣耗量，kg/kg。

第28頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六單效蒸發(fā)操作中e≈1，每蒸發(fā)1kg的水分約消耗1kg的加熱蒸氣（由于蒸汽的汽化熱隨壓強(qiáng)變化不大，即r≈r′）

；實(shí)際蒸發(fā)操作中e值約為1.1或更大；溫度差的損失的存在；二次蒸汽的氣化潛熱總是大于加熱蒸汽的氣化潛熱。

e值是衡量蒸發(fā)裝置經(jīng)濟(jì)程度的指標(biāo)。3)單位蒸氣消耗量第29頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率公式計(jì)算，即：式中

S0——蒸發(fā)器的傳熱面積，m2

K0——基于外面積的總傳熱系數(shù)；kw/(m2?℃)

Δtm——平均溫度差，℃

Q——蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，即蒸發(fā)器的傳熱速率，kw。

注意：若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，則s0可根據(jù)式5-27直接算出，否則應(yīng)分段計(jì)算。下面按前者情況進(jìn)行討論。（5-27）(3)傳熱面積S0第30頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

在蒸發(fā)過(guò)程中，加熱兩側(cè)流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下，故：

Δtm=T-t

（5-28）

式中

T——加熱蒸氣的溫度，℃；

t——操作條件下溶液的沸點(diǎn)，℃。1)平均溫度差Δtm第31頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

垢層熱阻值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值估算。管外側(cè)的蒸氣冷凝傳熱系數(shù)可按膜式冷凝傳熱系數(shù)公式計(jì)算，管內(nèi)側(cè)溶液沸騰傳熱系數(shù)則按管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算。

式中

a——對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)

d——管徑，m

Ri——垢層熱阻，m2?℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?℃)

下標(biāo)i表示管內(nèi)側(cè)、o表示外側(cè)、m表示平均。

（5-29）2)基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K0第32頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，則蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為：

上面算出的傳熱面積，應(yīng)視具體情況選用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)加以校正。Q=Dr

(5-30)（4）蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q第33頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例題

有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35℃，濃度為20%（質(zhì)量）的NaOH溶液濃縮至50%（質(zhì)量）。已知加熱用飽和水蒸氣的壓力為294kN/m2（絕壓），蒸發(fā)室內(nèi)壓力為19.6kN/m2（絕壓），溶液的沸點(diǎn)為100℃，又蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000W/m2?k,熱損失可取為傳熱量的3%，試計(jì)算加熱蒸氣消耗量D和料液處理量F。解：根據(jù)加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得：

294kN/m2（絕壓）時(shí)：蒸氣焓H=2728kJ/kg

冷凝水的焓hw=556.5kJ/kg

汽化熱r=2171.5kJ/kg

溫度T=132.9℃第34頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六19.6kN/m2（絕壓）時(shí)：蒸氣的焓H*=2605kJ/kg飽和溫度T′=59.7℃二次蒸氣的焓

H′=2605+1.88×(100-59.7)=2681kJ/kg,(1.88為水蒸氣的比熱,kJ/kg·k)(1)加熱蒸氣消耗量D

由傳熱速率方程得：

Q=KA(T-t)=1000×30×(132.9-100)=9.87×105w/m2·℃第35頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(2)

料液流量F

DH+Fh0=WH′+(F-W)h1+Dhw+QL

式中是D、H、H′、hw已知量，根據(jù)料液、完成液的溫度和濃度查圖得，原料液的焓h0=120kJ/kg，完成液的焓h1=540kJ/kg又QL=0.03Q=0.03×9.87×105=29.6kw代入已知數(shù)據(jù)0.445×2728+120F=2681W+540(F-W)+0.455×556.5+29.6F=0.56kg/sW=0.34kg/s整理后，得420F+2141W=958.4第36頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(3)

不考慮溶液的濃縮熱時(shí)，求料液流量。已知溶質(zhì)的比熱CB=2.01kJ/kg·kD(H-cpwT)=WH′+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QL

Cp0=4.187×(1-0.2)+2.01×0.2=3.75kJ/kg·kCp1=4.187×(1-0.5)+2.01×0.5=3.1kJ/kg·k則有0.455×(2728-556.5)=(F-W)×3.1×100+2681W+29.6-F×3.75×35178.7F+2371W=958.4將W=0.6F代入，解得

F=0.6kg/sW=0.36kg/s第37頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

此例的2、3兩項(xiàng)計(jì)算結(jié)果表明，蒸發(fā)面積相同時(shí)，不考慮濃縮熱所得料液處理量要比實(shí)際情況約高6%。注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數(shù)據(jù)，對(duì)于有明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來(lái)處理，即先不考慮濃縮熱的影響進(jìn)行計(jì)算后，再校正。第38頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)量表示。其生產(chǎn)能力的大小取決于通過(guò)傳熱面積的傳熱速率Q，因此也可以用蒸發(fā)器的傳熱速率來(lái)衡量生產(chǎn)能力。

根據(jù)傳熱速率方程得單效蒸發(fā)時(shí)的傳熱速率為：

Q=KSΔt

或

Q=KS(T-t1)

（5-31）7.2.3蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度（1）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力第39頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六進(jìn)料狀況影響蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力：1)低于沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點(diǎn)，因而降低了生產(chǎn)能力；2)沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，通過(guò)傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分，其生產(chǎn)能力有所增加；3)高于沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，由于部分原料液的自動(dòng)蒸發(fā)，使生產(chǎn)能力有所增加。

第40頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位傳熱面積上單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水量，單位為kg/(m2·h)，常采用生產(chǎn)強(qiáng)度U作為衡量蒸發(fā)器性能的標(biāo)準(zhǔn)。若為沸點(diǎn)進(jìn)料，且忽略熱損失，則：

由上式可以看出，欲提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度，必須設(shè)法提高蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)和傳熱溫度差。（5-32）（2）蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度第41頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次蒸氣的壓強(qiáng)。傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：

加熱蒸氣的壓強(qiáng)越高，其飽和溫度也越高，但是加熱蒸氣常受工廠的供汽條件所限。一般為300~500kPa，有時(shí)可高達(dá)600~800kPa。提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點(diǎn)降低，也可以加大溫度差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增高，導(dǎo)致沸騰傳熱系數(shù)下降，因此一般冷凝器中的壓強(qiáng)不低于10~20kPa。為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區(qū)，也不宜采用過(guò)高的傳熱溫度差。第42頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

一般來(lái)說(shuō)，增大總傳熱系數(shù)是提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度的主要途徑。

總傳熱系數(shù)K值取決于對(duì)流傳熱系數(shù)和污垢熱阻。蒸氣冷凝傳熱系數(shù)通常比溶液沸騰傳熱系數(shù)大，即傳熱總熱阻中，蒸氣冷凝側(cè)的熱阻較小。在蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和操作中，必須考慮及時(shí)排除蒸氣中的不凝氣，否則，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數(shù)下降。第43頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

多效蒸發(fā)時(shí)要求后效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。

一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經(jīng)濟(jì)性。7.3

多效蒸發(fā)7.3.1多效蒸發(fā)原理第44頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六效數(shù)

單效

雙效

三效

四效

五效理論最小值11/21/31/41/5實(shí)際最小值1.10.570.40.30.27表

單位蒸氣消耗量

強(qiáng)調(diào)：蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒(méi)有提高蒸發(fā)量，而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價(jià)則是設(shè)備投資增加。在相同的操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并不比傳熱面積與其中一個(gè)效相等的單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。錯(cuò)誤觀點(diǎn)：多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。第45頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(1)

順流法

蒸氣和料液的流動(dòng)方向一致，均從第一效到末效。

缺點(diǎn)：沿料液流動(dòng)方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在

后二效中尤為嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)：在操作過(guò)程中，蒸發(fā)室的壓強(qiáng)依效序遞減，料液在效間流動(dòng)不需用泵；料液的沸點(diǎn)依效序遞降，使前效料進(jìn)入后效時(shí)放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對(duì)熱敏性物料有利。7.3.2多效蒸發(fā)流程第46頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水

并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)

第47頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

料液與蒸氣流動(dòng)方向相反。原料由末效進(jìn)入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點(diǎn)：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系

數(shù)較大。缺點(diǎn)：（1）各效間需用泵輸送；

（2）無(wú)自蒸發(fā)；

（3）高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營(yíng)養(yǎng)物的破壞。(2)逆流法第48頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖第49頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

效數(shù)多時(shí)，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，這種流程可協(xié)調(diào)兩種流程的優(yōu)缺點(diǎn)，適于粘度極高料液的濃縮。

(3)平流法

原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過(guò)程中伴有結(jié)晶析出的溶液。(4)混流法

第50頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水

完成液

完成液平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖第51頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，以提高傳熱效果、

緩和溶液結(jié)垢情況。按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的流動(dòng)情況分：循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。7.4.1循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器

分類（引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因）：自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn)生了密度差而引起的循環(huán)運(yùn)動(dòng)；強(qiáng)制循環(huán)：依靠外加動(dòng)力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。7.4

蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、分離器等第52頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。

循環(huán)產(chǎn)生的原因：粗管——降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積40—100％細(xì)管——沸騰管或加熱管，直徑Ф25—75mm，長(zhǎng)徑比20—40

細(xì)管內(nèi)單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細(xì)管內(nèi)汽液混和物比粗管內(nèi)小，密度差促使溶液循環(huán)。(1)中央循環(huán)管式（或標(biāo)準(zhǔn)式）蒸發(fā)器

第53頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六優(yōu)點(diǎn)：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重，腐蝕性小的溶液。

缺點(diǎn)：（1）溶液循環(huán)好，傳熱效率高；（2）結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，應(yīng)用廣泛，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。（1）完成液粘度大，沸點(diǎn)高；（2）加熱室不易清洗；第54頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進(jìn)。加熱蒸汽由中央蒸汽管進(jìn)入加熱室，加熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，便于清洗及更換，循環(huán)通道由加熱室與蒸發(fā)器外殼壁面內(nèi)的環(huán)隙組成。優(yōu)點(diǎn)：（1）溶液循環(huán)速度較高，約在1—1.5m/s之間；

（2）改善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。缺點(diǎn)：設(shè)備耗材量大，占地面大，加熱管內(nèi)溶液滯留量大。該蒸發(fā)器適用蒸發(fā)有晶體析出的溶液。(2)懸筐式蒸發(fā)器第55頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

由于循環(huán)管內(nèi)的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內(nèi)大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)速度可達(dá)1.5m/s。加熱室較長(zhǎng)，其長(zhǎng)徑比為50—100；加熱室和分離室分開(kāi)。

物料的運(yùn)動(dòng)：(3)外熱式蒸發(fā)器第56頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期六結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室上端有一段2.7—5m的圓形筒作沸騰室，致使加熱管內(nèi)要承受較大的液柱靜壓力，溶液只有上升到沸騰室內(nèi)才能沸騰汽化，可以避免加熱管內(nèi)有晶體析出或結(jié)垢；優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度（2—3m/s），傳熱效果好，不會(huì)有晶體堵

塞，適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長(zhǎng)大。缺點(diǎn)：循環(huán)管必須保持一定高度（7—8m），要求廠房高，同時(shí)耗材較多；蒸發(fā)器的液柱靜壓大，要求較高壓強(qiáng)的蒸汽才能維持一定的溫度差。(4)列文蒸發(fā)器第57