浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 1/45
§ 6.1 概述
§ 6.2 单效蒸发器的计算
§ 6.3 多效蒸发
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施
§ 6.5 蒸发设备
§ 6.6 提高传热系数的方法幻灯片 1目录浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 2/45
第六章 蒸发将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为 ~。
2、蒸发操作的目的
（ 1）获得浓缩的溶液
（ 2）获得固体溶质
（ 3）除去杂质
§ 6.1 概述
1、什么是蒸发?
溶剂 S
溶质 A（ 不挥发）
溶剂 S
加热浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 3/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
3、蒸发设备除沫器二次蒸汽蒸发室加热室不凝性气体
（生蒸汽）
冷凝器思考 1：
如图为减压式操作设备，
为什么图中冷凝器的放置高度要 很高？
思考 2：
生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？
§ 6.1 概述间壁式换热器：
蒸发器 (加热室,蒸发室 )
除沫器冷凝器真空装置浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 4/45
4、蒸发操作的特点：
传质 — 传热
能耗大
从进口到出口传热温差逐渐减小（ ∵ 浓度 ↑，
沸点 ↑）
易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化
§ 6.1 概述冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器除沫器二次蒸汽蒸发室加热室
（生蒸汽）
不凝性气体冷凝器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 5/45
§ 6.2 单效蒸发器的计算已知,F,x0,t0,x
计算内容,L,W,加热蒸汽量 D,加热面积二次蒸汽
W,T
料液 蒸发室
F,x
0
,t
0
加热室 完成液
L,x,t
一、物料衡算
0FxLx
WFL
x
xFW 01
D A
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 6/45
二次蒸汽
W,T,H
料液 蒸发室
F,t
0
,h
0
,c
0
D,T
s
,H
s
加热室 完成液
L,t,h,c
D,T
s
,h
s
二、能量衡算
lss QDhhWFWHFhDH 0
ss
l
hH
QhHWhhFD
0
txfh,? -----查焓浓图
a,无明显浓缩热的体系
000 tch
cth
§ 6.2 单效蒸发器的计算稀释热浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 7/45
假定：
① Hs-hs =R（ 加热蒸汽汽化潜热）；
② h? h0；
③ H-h? r（ 二次蒸汽汽化潜热）；
④ Ql?0
汽化 1kg水所消耗的蒸汽量，
其值约为 1。实际上 D/W=1.1
二次蒸汽
W,T,H
料液 蒸发室
F,t
0
,h
0
,c
0
D,T
s
,H
s
加热室 完成液
L,t,h,c
D,T
s
,h
s
R
WrD
R
r
W
D?
§ 6.2 单效蒸发器的计算
ss
l
hH
QhHWhhFD
0
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 8/45
b,有明显浓缩热的体系先按 情况 a 计算，然后再校正。
§ 6.2 单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 9/45
三、加热面积 A的计算
mtKAQ
DRQ?
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
K值约为 600~6000W/m2K
tTt sm
P
t 取决于：
冷凝器压力 P、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此,t >T。
t
T
R
TD s,,
22
21
11
111
ARaA
bRa
AKA m
P?
TT s
§ 6.2 单效蒸发器的计算
△ =t -T-----传热温度差损失浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 10/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
P
t
T
R
TD s,,
P?
（ 1） 溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比） ------杜林规则查图步骤,P→ 水的沸点 → 由杜林线查得某一浓度下的溶液沸点。
（ 2）蒸发室内液层深度引起的与设备结构有关，有些设备液柱可高达 3~6m,有些设备中此项损失可不计。
（ 3）二次蒸汽的阻力损失引起的此项影响很小，通常取 1 ℃
左右。
§ 6.2 单效蒸发器的计算
引起传热温差损失△的原因：
△ =t -T-----传热温度差损失
P
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 11/45
一、多效蒸发及其流程
平流流程错流流程逆流流程并流流程向分为按料液与二次蒸汽的走
§ 6.3 多效蒸发思考,P1,P2,P3大小顺序？
321
321
TTT
PPP
1T
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
P
二次蒸汽
1 2 3
2T 3T
并流流程：
并流流程优、缺点：
① 料液可自动流入下一效，
无需泵输送；
②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；
③ 传热推动力依次减小 ；
④ K依次减小；
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 12/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
P
1T 二次蒸汽
1 2 3
2T 3T
优、缺点：
① 料液需用泵送入下一效；
② 传热推动力较为均匀 ；
§ 6.3 多效蒸发逆流流程：
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 13/45
料液冷却水加热蒸汽冷凝水水完成液错流多效蒸发器（ 2 → 3 → 1 ）
P
1T二次蒸汽
1 2 3
2T 3T优、缺点：
① 兼有并、逆流的优点；
② 操作复杂 ；
§ 6.3 多效蒸发错流流程：
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 14/45
料液冷却水加热蒸汽冷凝水水完成液平流多效蒸发器
P1T
1 2 3
2T 3T
平流流程优、缺点：
① 各效独立进料，传热状况均较好；
②物料停留时间较短思考：
1、粘度随浓度变化很大的料液，
宜采用哪一种流程？
平流、逆流或错流
2、当最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？
并流
3、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？
平流
§ 6.3 多效蒸发平流流程：
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 15/45
生产能力,单位时间的传热量或蒸发的水分量，
用 Q或 W表示。
生产强度,单位时间、单位面积的传热量或蒸发的水分量，用 q或 W/A表示。
二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发 单位生蒸汽消耗量 D/W比单效蒸发小,操作费比单效蒸发小；
多效蒸发生产能力比单效蒸发小,生产强度比单效蒸发小，
故 设备费比单效蒸发大。
§ 6.3 多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 16/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器证明,多效与单效相比,单位生蒸汽消耗量 小。
W
D
D
W? D? W? D? W? D?
DW
W
D
DW
W
D
W
D
3,
3
1
2,
2
1
1
三效时二效时单效时
§ 6.3 多效蒸发假设属理想情况，每一效 D/W=1
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 17/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
D
W? W? W?D? D? D?
D / W 实际值单效 1,1
二效 0,57
三效 0,4§ 6.3 多效蒸发小多效时 WD 多效时操作费少注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 18/45
mtKAQ单效：
333
222
111
3
3
3
m
m
m
t
A
KQ
t
A
KQ
t
A
KQ
三效：
§ 6.3 多效蒸发证明：
多效与单效相比,生产能力低,生产强度小 。
tTt sm TT s
TTKAQ s
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
P
A
t
T
D
D
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
1T 2T
T P
t
A/3 A/3 A/3
KKKK 321假设
321321 3 mmm tttAKQQQQ
321
3222111
3
3
TT
A
K
TTTTTT
A
KQ
s
s
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 19/45
§ 6.3 多效蒸发
QQ
321
故相同生产能力下,A?>A。
因此，多效蒸发的设备费大。
而且,效数越多，设备费增大的幅度越大 。
因为
A
Qq
A
Qq
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
P
A
t
T
D
D
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
1T 2T
T P
t
A/3 A/3 A/3
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 20/45
总费用费用设备费操作费效数效。效以下，一般取效数不可过多，应在 3~26?
§ 6.3 多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 21/45
采用多效
额外蒸汽的引出
采用热泵蒸发流程
冷凝水的自蒸发
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 22/45
采用多效
D / W 实际值单效 1,1
二效 0,57
三效 0,4
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 23/45
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
DW?1第一效：
1112 EDEWW第二效：
21223 EEDEWW第三效：
假设有 n+1效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为 E1,E2,……E n。 于是
1?WD理想情况：
额外蒸汽的引出 -----1kg生蒸汽可换取 2kg的额外蒸汽 (理想情况 )
n
nnn
EEED
EWWn
21
11 效：第
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 24/45
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
n
n
EEnnEDn
WWWW
21
121
11
nE
n
E
n
n
E
n
n
n
W
D
1
1
1
1
11
21
不引出额外蒸汽时，有
DnWWWW n 1121
1 n
WD
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 25/45
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
nEnEn
nE
n
nD
1
1
1
1
1 21
生蒸汽的补加量
kgEEE n 121假设
kgnD 2
则总的额外蒸汽引出量 E=nkg
2
1
E
D
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 26/45
二次蒸汽的汽化潜热比生蒸汽的大，若利用热泵给二次蒸汽加能，
输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。 提高其温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸发的能量利用率胜过 3~5
效的蒸发流程。
采用热泵蒸发流程
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利 。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 27/45
将冷凝水减压而自蒸发，与二次蒸汽一起进入下一效作为加热蒸汽用。
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
冷凝水的自蒸发
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 28/45
§ 6.5 蒸发设备连续式、间歇式常压式、减压式、加压式间壁式蒸发器,*
直接接触式蒸发器,
其它蒸发器,
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 29/45
单程式（膜式）
循环式间壁式蒸发器
—— 溶液在蒸发器中作循环流动。间壁式蒸发器
强制循环式自然循环式：
中央循环管式蒸发器、
悬框式蒸发器、
列文式蒸发器（外循环蒸发器）
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 30/45
优点,结构紧凑、制造方便、
传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。
缺点：
（ 1）循环速度较低，管内流速
<0.5m/s；
（ 2） 溶液在加热室中不断循环，
使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液粘度大、沸点高，
有效温度差小。
（ 3）设备的清洗和维修也不够方便。
中央循环管式蒸发器（自然循环型）
其截面积一般为其它加热管总截面积的 40
～ 100%
循环型料液生蒸汽应用广泛，适用于处理量大、
结垢不严重的物系。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 31/45
悬框式蒸发器（自然循环型）
溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。
溶液循环速度比标准式蒸发器大，
可达 1.5m/s。
优点,这种蒸发器的加热室可由顶部取出进行清洗、检修或更换，而且热损失也较小。
缺点,结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。
循环型其截面积一般为其它加热管总截面积的 100～
150% 加热室浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 32/45
列文式蒸发器（外循环式）
加热室中的溶液不沸腾,在沸腾室内才开始沸腾,
因而溶液的沸腾汽化由加热室移到了没有传热面的沸腾室,从而避免了加热管内结晶或污垢的形成 。
溶液循环速度可达 2.5至 3 m/s以上,故总传热系数亦较大 。
循环型缺点：
液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽有较高的压力。
设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。 加热室沸腾室蒸发室循环管除沫器其截面积约为加热管的总截面积的 2～ 3倍。
挡板浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 33/45
外热式蒸发器循环型蒸发室循环管加热室加热室单独放置,好处之一是可以降低整个蒸发器的高度,便于清洗和更换；好处之二是可将加热管做得长些,循环管不受热,
从而加速液体循环 。 循环速度可达 1.5m/s。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 34/45
对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采用强制循环，循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制，一般在 2.5m/s以上。
循环型强制循环型浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 35/45
单程式（膜式）：
循环式 升膜式蒸发器 -----价廉降膜式蒸发器 -----价廉刮板式蒸发器升 -降膜式蒸发器溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。
用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。
溶液不循环带来好处有：
（ 1）溶液在蒸发器中的停留时间很短，
因而特别适用于热敏性物料的蒸发；
（ 2）整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
间壁式蒸发器单程型浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 36/45
料液在加热管内受热汽化,
生成的蒸汽在加热管内高速上升 （ 常压下汽速为 20～ 50m/s，
减压下汽速可达 100至 160m/s或更大些 ） 。 溶液被上升的蒸汽所带动,沿管壁成膜状上升并继续蒸发,汽,液混合物在分离器内分离 。
单程型升膜式蒸发器加热管直径约为 25～ 50mm，
管长和管径之比约为 100～
150
分离器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 37/45
单程型升膜式蒸发器优点：
溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发；
整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大。
缺点：
对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。
适用场合：
适用于黏度较小的（小于 0.05Pa·s）,蒸发量较大、易受热分解的热敏性溶液者； 不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 38/45
单程型降膜式蒸发器料液是从蒸发器的顶部加入,在重力作用下沿管壁成膜状下降,并在此过程中蒸发增浓,在其底部得到浓缩液 。
降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高、粘度较大（
0.05～ 0.45 Pa·s）,蒸发量较小,热敏性的物料。
但因液膜在管内分布不易均匀，传热系数比升膜式蒸发器的较小，仍不适用易结晶或易结垢的物料。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 39/45
单程型刮板式蒸发器适用于黏度较大（大于 1～ 10Pa·s及以上者）。
简称薄膜蒸发器,是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器 。
优点,热阻影响小，传热系数大，停留时间短
，一般为数秒或几十秒，故可适应于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、结垢、含固体、热敏性的物料。
缺点,结构复杂，动力消耗大，处理量很小且制造安装要求高。
刮板浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 40/45
单程型升、降膜式蒸发器预热室升膜加热室降膜加热室升降膜式蒸发器将升膜和降膜蒸发器装在了一起,料液先经升膜蒸发器上升,然后由降膜蒸发器下降 。
适用于：蒸发过程中溶液黏度变化很大、蒸发量不大场合。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 41/45
常用蒸发器传热系数 K的经验值蒸发器的型式 总传热系数 K,W / (m2K)
标准式（自然循环） 600～ 3000
标准式（强制循环） 1200～ 6000
悬筐式 600～ 3000
升膜式 1200～ 6000
降膜式 1200～ 3500
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 42/45
间壁式蒸发器,*
直接接触式蒸发器,
其它蒸发器,
直接接触式蒸发器优点：
因是直接触接传热，故它的传热效果很好，热利用率高。 由于 不需要固定的传热壁面，故结构简单，
特别适用于易结晶、结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。
缺点：
若蒸发的料液不允许被烟气所污染，则该类蒸发器一般不适用。而且由于有大量烟气的存在，限制了二次蒸气的利用。此外喷嘴由于浸没在高温液体中，较易损坏。
浸没燃烧蒸发器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 43/45
蒸发器附件除沫器 (分离器 )
冷凝器真空装置冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 44/45
特点,热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方提高传热系数的措施：
1、定期清理垢层；
2、加快流体的循环速度,自然循环 →强制循环
3、加热微量阻垢剂以延缓形成垢层 ；
在处理有结晶物析出的物料时，可加入少量晶种 （结晶颗粒），使结晶尽可能在溶液主体中进行，而不是在加热面进行。
添加表面活性剂,表面活性剂降低了相界面之间的张力，
从而产生了润湿、抗再黏附作用。既增大了沸腾传热系数、又可使沸腾侧的加热面不生成垢层。
§ 6.6 提高传热系数的方法冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 45/45
4、管型改造：
表面多孔管,在普通金属管内或外表面加上一薄层多孔金属,使换热表面具有大量稳定的汽化核心，使沸腾传热系数比光管提高 10倍以上。
§ 6.6 提高传热系数的方法提高传热系数的措施：
§ 6.1 概述
§ 6.2 单效蒸发器的计算
§ 6.3 多效蒸发
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施
§ 6.5 蒸发设备
§ 6.6 提高传热系数的方法幻灯片 1目录浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 2/45
第六章 蒸发将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作，称为 ~。
2、蒸发操作的目的
（ 1）获得浓缩的溶液
（ 2）获得固体溶质
（ 3）除去杂质
§ 6.1 概述
1、什么是蒸发?
溶剂 S
溶质 A（ 不挥发）
溶剂 S
加热浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 3/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
3、蒸发设备除沫器二次蒸汽蒸发室加热室不凝性气体
（生蒸汽）
冷凝器思考 1：
如图为减压式操作设备，
为什么图中冷凝器的放置高度要 很高？
思考 2：
生蒸汽与二次蒸汽何者温度高？
§ 6.1 概述间壁式换热器：
蒸发器 (加热室,蒸发室 )
除沫器冷凝器真空装置浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 4/45
4、蒸发操作的特点：
传质 — 传热
能耗大
从进口到出口传热温差逐渐减小（ ∵ 浓度 ↑，
沸点 ↑）
易结垢、粘度逐渐变大而使传热条件恶化
§ 6.1 概述冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器除沫器二次蒸汽蒸发室加热室
（生蒸汽）
不凝性气体冷凝器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 5/45
§ 6.2 单效蒸发器的计算已知,F,x0,t0,x
计算内容,L,W,加热蒸汽量 D,加热面积二次蒸汽
W,T
料液 蒸发室
F,x
0
,t
0
加热室 完成液
L,x,t
一、物料衡算
0FxLx
WFL
x
xFW 01
D A
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 6/45
二次蒸汽
W,T,H
料液 蒸发室
F,t
0
,h
0
,c
0
D,T
s
,H
s
加热室 完成液
L,t,h,c
D,T
s
,h
s
二、能量衡算
lss QDhhWFWHFhDH 0
ss
l
hH
QhHWhhFD
0
txfh,? -----查焓浓图
a,无明显浓缩热的体系
000 tch
cth
§ 6.2 单效蒸发器的计算稀释热浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 7/45
假定：
① Hs-hs =R（ 加热蒸汽汽化潜热）；
② h? h0；
③ H-h? r（ 二次蒸汽汽化潜热）；
④ Ql?0
汽化 1kg水所消耗的蒸汽量，
其值约为 1。实际上 D/W=1.1
二次蒸汽
W,T,H
料液 蒸发室
F,t
0
,h
0
,c
0
D,T
s
,H
s
加热室 完成液
L,t,h,c
D,T
s
,h
s
R
WrD
R
r
W
D?
§ 6.2 单效蒸发器的计算
ss
l
hH
QhHWhhFD
0
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 8/45
b,有明显浓缩热的体系先按 情况 a 计算，然后再校正。
§ 6.2 单效蒸发器的计算浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 9/45
三、加热面积 A的计算
mtKAQ
DRQ?
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
K值约为 600~6000W/m2K
tTt sm
P
t 取决于：
冷凝器压力 P、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此,t >T。
t
T
R
TD s,,
22
21
11
111
ARaA
bRa
AKA m
P?
TT s
§ 6.2 单效蒸发器的计算
△ =t -T-----传热温度差损失浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 10/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
P
t
T
R
TD s,,
P?
（ 1） 溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比） ------杜林规则查图步骤,P→ 水的沸点 → 由杜林线查得某一浓度下的溶液沸点。
（ 2）蒸发室内液层深度引起的与设备结构有关，有些设备液柱可高达 3~6m,有些设备中此项损失可不计。
（ 3）二次蒸汽的阻力损失引起的此项影响很小，通常取 1 ℃
左右。
§ 6.2 单效蒸发器的计算
引起传热温差损失△的原因：
△ =t -T-----传热温度差损失
P
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 11/45
一、多效蒸发及其流程
平流流程错流流程逆流流程并流流程向分为按料液与二次蒸汽的走
§ 6.3 多效蒸发思考,P1,P2,P3大小顺序？
321
321
TTT
PPP
1T
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
P
二次蒸汽
1 2 3
2T 3T
并流流程：
并流流程优、缺点：
① 料液可自动流入下一效，
无需泵输送；
②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽；
③ 传热推动力依次减小 ；
④ K依次减小；
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 12/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
P
1T 二次蒸汽
1 2 3
2T 3T
优、缺点：
① 料液需用泵送入下一效；
② 传热推动力较为均匀 ；
§ 6.3 多效蒸发逆流流程：
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 13/45
料液冷却水加热蒸汽冷凝水水完成液错流多效蒸发器（ 2 → 3 → 1 ）
P
1T二次蒸汽
1 2 3
2T 3T优、缺点：
① 兼有并、逆流的优点；
② 操作复杂 ；
§ 6.3 多效蒸发错流流程：
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 14/45
料液冷却水加热蒸汽冷凝水水完成液平流多效蒸发器
P1T
1 2 3
2T 3T
平流流程优、缺点：
① 各效独立进料，传热状况均较好；
②物料停留时间较短思考：
1、粘度随浓度变化很大的料液，
宜采用哪一种流程？
平流、逆流或错流
2、当最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？
并流
3、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？
平流
§ 6.3 多效蒸发平流流程：
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 15/45
生产能力,单位时间的传热量或蒸发的水分量，
用 Q或 W表示。
生产强度,单位时间、单位面积的传热量或蒸发的水分量，用 q或 W/A表示。
二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发 单位生蒸汽消耗量 D/W比单效蒸发小,操作费比单效蒸发小；
多效蒸发生产能力比单效蒸发小,生产强度比单效蒸发小，
故 设备费比单效蒸发大。
§ 6.3 多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 16/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器证明,多效与单效相比,单位生蒸汽消耗量 小。
W
D
D
W? D? W? D? W? D?
DW
W
D
DW
W
D
W
D
3,
3
1
2,
2
1
1
三效时二效时单效时
§ 6.3 多效蒸发假设属理想情况，每一效 D/W=1
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 17/45
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
D
W? W? W?D? D? D?
D / W 实际值单效 1,1
二效 0,57
三效 0,4§ 6.3 多效蒸发小多效时 WD 多效时操作费少注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 18/45
mtKAQ单效：
333
222
111
3
3
3
m
m
m
t
A
KQ
t
A
KQ
t
A
KQ
三效：
§ 6.3 多效蒸发证明：
多效与单效相比,生产能力低,生产强度小 。
tTt sm TT s
TTKAQ s
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
P
A
t
T
D
D
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
1T 2T
T P
t
A/3 A/3 A/3
KKKK 321假设
321321 3 mmm tttAKQQQQ
321
3222111
3
3
TT
A
K
TTTTTT
A
KQ
s
s
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 19/45
§ 6.3 多效蒸发
321
故相同生产能力下,A?>A。
因此，多效蒸发的设备费大。
而且,效数越多，设备费增大的幅度越大 。
因为
A
A
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器
P
A
t
T
D
D
冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液逆流多效蒸发器
1T 2T
T P
t
A/3 A/3 A/3
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 20/45
总费用费用设备费操作费效数效。效以下，一般取效数不可过多，应在 3~26?
§ 6.3 多效蒸发浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 21/45
采用多效
额外蒸汽的引出
采用热泵蒸发流程
冷凝水的自蒸发
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 22/45
采用多效
D / W 实际值单效 1,1
二效 0,57
三效 0,4
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 23/45
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
DW?1第一效：
1112 EDEWW第二效：
21223 EEDEWW第三效：
假设有 n+1效，除最后一效外，每一效均抽出额外蒸汽，分别为 E1,E2,……E n。 于是
1?WD理想情况：
额外蒸汽的引出 -----1kg生蒸汽可换取 2kg的额外蒸汽 (理想情况 )
n
nnn
EEED
EWWn
21
11 效：第
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 24/45
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
n
n
EEnnEDn
WWWW
21
121
11
nE
n
E
n
n
E
n
n
n
W
D
1
1
1
1
11
21
不引出额外蒸汽时，有
DnWWWW n 1121
1 n
WD
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 25/45
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
nEnEn
nE
n
nD
1
1
1
1
1 21
生蒸汽的补加量
kgEEE n 121假设
kgnD 2
则总的额外蒸汽引出量 E=nkg
2
1
E
D
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 26/45
二次蒸汽的汽化潜热比生蒸汽的大，若利用热泵给二次蒸汽加能，
输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。 提高其温度、压力，使其循环使用，可使单效蒸发的能量利用率胜过 3~5
效的蒸发流程。
采用热泵蒸发流程
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施热泵蒸发流程用于蒸发沸点升高小的溶液时较为有利 。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 27/45
将冷凝水减压而自蒸发，与二次蒸汽一起进入下一效作为加热蒸汽用。
E
1
E
2
W
1
W
2
W
3
冷却水料液
D
加热蒸汽冷凝水水完成液并流多效蒸发器
冷凝水的自蒸发
§ 6.4 提高生蒸汽热能利用程度的措施浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 28/45
§ 6.5 蒸发设备连续式、间歇式常压式、减压式、加压式间壁式蒸发器,*
直接接触式蒸发器,
其它蒸发器,
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 29/45
单程式（膜式）
循环式间壁式蒸发器
—— 溶液在蒸发器中作循环流动。间壁式蒸发器
强制循环式自然循环式：
中央循环管式蒸发器、
悬框式蒸发器、
列文式蒸发器（外循环蒸发器）
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 30/45
优点,结构紧凑、制造方便、
传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。
缺点：
（ 1）循环速度较低，管内流速
<0.5m/s；
（ 2） 溶液在加热室中不断循环，
使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液粘度大、沸点高，
有效温度差小。
（ 3）设备的清洗和维修也不够方便。
中央循环管式蒸发器（自然循环型）
其截面积一般为其它加热管总截面积的 40
～ 100%
循环型料液生蒸汽应用广泛，适用于处理量大、
结垢不严重的物系。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 31/45
悬框式蒸发器（自然循环型）
溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。
溶液循环速度比标准式蒸发器大，
可达 1.5m/s。
优点,这种蒸发器的加热室可由顶部取出进行清洗、检修或更换，而且热损失也较小。
缺点,结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。
循环型其截面积一般为其它加热管总截面积的 100～
150% 加热室浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 32/45
列文式蒸发器（外循环式）
加热室中的溶液不沸腾,在沸腾室内才开始沸腾,
因而溶液的沸腾汽化由加热室移到了没有传热面的沸腾室,从而避免了加热管内结晶或污垢的形成 。
溶液循环速度可达 2.5至 3 m/s以上,故总传热系数亦较大 。
循环型缺点：
液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽有较高的压力。
设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。 加热室沸腾室蒸发室循环管除沫器其截面积约为加热管的总截面积的 2～ 3倍。
挡板浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 33/45
外热式蒸发器循环型蒸发室循环管加热室加热室单独放置,好处之一是可以降低整个蒸发器的高度,便于清洗和更换；好处之二是可将加热管做得长些,循环管不受热,
从而加速液体循环 。 循环速度可达 1.5m/s。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 34/45
对循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还可以采用强制循环，循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制，一般在 2.5m/s以上。
循环型强制循环型浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 35/45
单程式（膜式）：
循环式 升膜式蒸发器 -----价廉降膜式蒸发器 -----价廉刮板式蒸发器升 -降膜式蒸发器溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。
用于热敏性、高粘性、易结垢产品的浓缩、蒸馏或提纯。
溶液不循环带来好处有：
（ 1）溶液在蒸发器中的停留时间很短，
因而特别适用于热敏性物料的蒸发；
（ 2）整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
间壁式蒸发器单程型浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 36/45
料液在加热管内受热汽化,
生成的蒸汽在加热管内高速上升 （ 常压下汽速为 20～ 50m/s，
减压下汽速可达 100至 160m/s或更大些 ） 。 溶液被上升的蒸汽所带动,沿管壁成膜状上升并继续蒸发,汽,液混合物在分离器内分离 。
单程型升膜式蒸发器加热管直径约为 25～ 50mm，
管长和管径之比约为 100～
150
分离器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 37/45
单程型升膜式蒸发器优点：
溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发；
整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大。
缺点：
对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。
适用场合：
适用于黏度较小的（小于 0.05Pa·s）,蒸发量较大、易受热分解的热敏性溶液者； 不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物料的蒸发。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 38/45
单程型降膜式蒸发器料液是从蒸发器的顶部加入,在重力作用下沿管壁成膜状下降,并在此过程中蒸发增浓,在其底部得到浓缩液 。
降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高、粘度较大（
0.05～ 0.45 Pa·s）,蒸发量较小,热敏性的物料。
但因液膜在管内分布不易均匀，传热系数比升膜式蒸发器的较小，仍不适用易结晶或易结垢的物料。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 39/45
单程型刮板式蒸发器适用于黏度较大（大于 1～ 10Pa·s及以上者）。
简称薄膜蒸发器,是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器 。
优点,热阻影响小，传热系数大，停留时间短
，一般为数秒或几十秒，故可适应于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、结垢、含固体、热敏性的物料。
缺点,结构复杂，动力消耗大，处理量很小且制造安装要求高。
刮板浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 40/45
单程型升、降膜式蒸发器预热室升膜加热室降膜加热室升降膜式蒸发器将升膜和降膜蒸发器装在了一起,料液先经升膜蒸发器上升,然后由降膜蒸发器下降 。
适用于：蒸发过程中溶液黏度变化很大、蒸发量不大场合。
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 41/45
常用蒸发器传热系数 K的经验值蒸发器的型式 总传热系数 K,W / (m2K)
标准式（自然循环） 600～ 3000
标准式（强制循环） 1200～ 6000
悬筐式 600～ 3000
升膜式 1200～ 6000
降膜式 1200～ 3500
浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 42/45
间壁式蒸发器,*
直接接触式蒸发器,
其它蒸发器,
直接接触式蒸发器优点：
因是直接触接传热，故它的传热效果很好，热利用率高。 由于 不需要固定的传热壁面，故结构简单，
特别适用于易结晶、结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。
缺点：
若蒸发的料液不允许被烟气所污染，则该类蒸发器一般不适用。而且由于有大量烟气的存在，限制了二次蒸气的利用。此外喷嘴由于浸没在高温液体中，较易损坏。
浸没燃烧蒸发器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 43/45
蒸发器附件除沫器 (分离器 )
冷凝器真空装置冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 44/45
特点,热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方提高传热系数的措施：
1、定期清理垢层；
2、加快流体的循环速度,自然循环 →强制循环
3、加热微量阻垢剂以延缓形成垢层 ；
在处理有结晶物析出的物料时，可加入少量晶种 （结晶颗粒），使结晶尽可能在溶液主体中进行，而不是在加热面进行。
添加表面活性剂,表面活性剂降低了相界面之间的张力，
从而产生了润湿、抗再黏附作用。既增大了沸腾传热系数、又可使沸腾侧的加热面不生成垢层。
§ 6.6 提高传热系数的方法冷却水料液加热蒸汽冷凝水水完成液单效蒸发器浙江大学本科生课程化工原理 第六章 蒸发 45/45
4、管型改造：
表面多孔管,在普通金属管内或外表面加上一薄层多孔金属,使换热表面具有大量稳定的汽化核心，使沸腾传热系数比光管提高 10倍以上。
§ 6.6 提高传热系数的方法提高传热系数的措施：
