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。1§2单效蒸发5-2单效蒸发衡算方程一、蒸发器的物料衡算图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Fx0=x()F−Wx1⋯⋯⋯⋯⋯⋯(I)由此可求得水份蒸发量为：x0W=F1−⋯⋯⋯⋯⋯⋯(Ia)x1完成液的浓度：Fxx=0⋯⋯⋯⋯⋯⋯(Ib)1F−x式中，F——溶液的进料量,kg⋅h−1；W——水份蒸发量,kg⋅h−1；x0——原料液中溶质的浓度，质量分率；2x1——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：'DH+FCFt0=WH+()FCF−WCWt1+DCwT1'或D()H−CwT1=W(H−Cwt1)+FCF()t1−t0+QL⋯⋯⋯⋯（II）式中，D——加热蒸汽流率，kg⋅s−1；H，H'——分别是加热蒸汽和二次蒸汽的焓，J⋅kg−1；−1−1CF，CW——-分别是原料液和水的比热，J⋅kg⋅K；t0、t1——分别是原料温度和溶液的沸点，K；−1T1——冷凝液的饱和温度，K；QL——蒸发器的热损失，J⋅s；∵H−CwT1=γ,H'−CwT1=γ''∴Dγ=Wγ+FCF(t1−t0)+QLWγ'+FC(t−t)+QD=F10L⋯⋯⋯⋯⋯⋯（IIa）γ式中，γ，γ`——分别为加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热，J⋅kg−1；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：Dγ'=⋯⋯⋯⋯⋯⋯(IIb)WγD/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γ'与加热蒸汽γ，随压力变化不大，即γ'=γ，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W相等。35-3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3.77kJ⋅kg−1⋅K−1。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χ00.1−1W=F1−=20001−=1333kg⋅hχ10.3（2）加热蒸汽消耗量由（IIa）式知Wγ'+FC(t−t)+QD=F10Lγ1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2204kJ⋅kg−1，原料液温度为30℃时的蒸汽消耗量为：120001333×2320+2000×3.77×(80−30)+×3600D=1000=1590kg⋅h−12204单位蒸汽消耗量为：D1590==1.2W1333原料液温度为80℃时的蒸汽消耗量：1333×2320+12000×3.6D==1420kg⋅h−12204单位蒸汽消耗量为：D1420==1.1W1333原料液温度为120℃时的蒸汽消耗量为：1333×232