提高蒸发器的生产强度，主要途径是提高总传热系数K和传热温度差Δtm（T－t1）。前者，上面已述。提高传热温度差的方法: 采用真空蒸发或选用高温热源，如高温导热油、熔盐或用电加热等。
第三节 多效蒸发
采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。
一、多效蒸发流程
1． 并流流程 即加热蒸气和原料液均顺次流经各效。这种加料的特点是前一效到后一效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度会随效数的增加而增大，使传热系数逐效下降，所以并流加料不适宜处理随浓度增加而增加较高的物料。
2． 逆流流程 即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度随温度变化较大的物料。
3．平流流程 即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
二 、多效蒸发设计计算
多效蒸发需要计算的内容有：各效蒸发水量、加热蒸气消耗量及传热面积。由于其效数多，未知数也多，所以计算远较单效蒸发复杂。因此目前已采用电子计算机进行计算。但基本依据和原理仍然是物料衡算，热量衡算及传热速率方程。鉴于计算中出现未知参数，因此常采用试差法，其步骤如下：
1.根据物料衡算求出总蒸发量；
2.根据经验设定各效蒸发量，再估算各效溶液浓度。通常各效蒸发量可按各效蒸发量相等的原则设定，即
W1?W2???Wn
并流加料的蒸发过程，由于有自蒸发现象，则可按如下比例设定：
若为两效 W1:W2?1:1.1 若为三效 W1:W2:W3?1:1.1:1.2 根据设定得到各效蒸发量后，即可通过物料衡算求出各完成液的浓度；
3.设定各效操作压力以求各效溶液的沸点。通常按各效等压降原则设定，即相邻两效间的
41
压差为:
?P?P1?Pcn
4.应用热量衡算求出各效的加热蒸气用量和蒸发水量；
5.按照各效传热面积相等的原则分配各效的有效温度差，并根据传热效率方程求出各效的传热面积；
6.校验各效传热面积是否相等，若不等，则还需重新分配各效的有效温度差，重新计算，直到相等或相近时为止。
三、 多效蒸发效数的限制
单效和多效蒸发过程中均存在温度差损失。若二者的操作条件相同，即加热蒸气压力和冷凝器压力相同时，多效蒸发的温度差损失较单效时的大，而且效数越多，温度差损失将越大。不难理解，随着效数的增加，分配到各效的有效温度差就越小，这将导致设备的生产强度下降。若欲完成一定的生产强度，则设备加热面积必须增大，使投资增加。通常，工程上以三效为多。
四、蒸发过程的经济性和节能
蒸发过程是一个能耗较大的单元操作，通常把能耗也作为评价其优劣的另一个重要评价指标，或称为加热蒸气的经济性，其定义为1kg蒸气可蒸发的水分量，即
E?WD
额外蒸气的引出，供其它设备使用，可大大提高其经济性，同时还降低了冷凝器的负荷，减少冷却水量。
采用热泵蒸发也是提高经济性、减少能耗的有效措施。
此外，充分利用冷凝水和冷凝水显热也是工程上采用的方法，不过它不适用于蒸气直接冷凝的场合。
第四节 蒸发设备
一、 了解各种蒸发器的工作原理、结构、操作特点和应用范围 二、 了解蒸发器的选型原则
三、 了解蒸发器附属设备的工作原理、结构及应用场合
四、 熟悉蒸发过程与设备的强化途径及开发新型设备的创新思路。
42
第五章 吸 收
5．1 概述
5．1．1化工生产中的传质过程
传质分离过程: 利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，即进行相际传质，并由于混合物中各组分在两相间平衡分配不同，则可达到分离的目的。
以传质分离过程为特征的基本单元操作：气体吸收, 液体蒸馏, 固体干燥, 液-液萃取, 结晶, 吸附, 膜分离等。本章介绍气体吸收。 5．1．2相组成表示法
1．质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数）
质量分数：是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。
wA?mAm
摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率。
气相：yA?nAnnAn
液相：xA?质量分数与摩尔分率的关系为：
xA＝?
wA/MwA/MAA?wB/MB????wN/M
N2．质量比与摩尔比
质量比：是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。
aA?mAmB
摩尔比：是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的组分）的摩尔数之比。
YA?nAnBnAnB
X
A?
43
质量分数与质量比的关系为
wA?aA1?aAwA1-wA
aA?摩尔分率与摩尔比的关系为
x?
X1?XY1?Yx1-x
y? X?
Y?3．质量浓度与摩尔浓度
y1-y
质量浓度定义为单位体积混合物中某组分的质量。
GA?mAV
摩尔浓度是指单位体积混合物中某组分的摩尔数。
cA?nAV
质量浓度与质量分数的关系为
GA?wA?
摩尔浓度与摩尔分率的关系为
cA?xAc
4．气体的总压与理想气体混合物中组分的分压
压力不太高（通常小于500kPa），温度不太低时，总压与某组分的分压之间的关系为
pA?pyA
摩尔比与分压之间的关系为
YA?pAp?pA
摩尔浓度与分压之间的关系为
44
cA?nAV?pART
5．1．3气体吸收过程
吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。
一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。能耗主要在解吸过程。 5．1．4气体吸收过程的应用
（1）分离混合气体以获得一定的组分或产物； （2） 除去有害组分以净化或精制气体； （3）制备某种气体的溶液； （4）工业废气的治理；
实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。 5．1．5吸收剂的选用
在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑：
（1）溶解度；（2） 选择性；（3） 溶解度对操作条件的敏感性；（4） 挥发度；（5） 黏性；（6） 化学稳定性；（7） 腐蚀性；（8） 其它等要求。 5．1．6吸收过程的分类 1．物理吸收和化学吸收
在吸收过程中溶质与溶剂不发生显著化学反应，称为物理吸收。如果在吸收过程中，溶质与溶剂发生显著化学反应，则此吸收操作称为化学吸收。 2．单组分吸收与多组分吸收
在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分被吸收，其余组分可认为不溶于吸收剂，则称之为单组分吸收；如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。 3．等温吸收与非等温吸收
若热效应很小，或被吸收的组分在气相中的浓度很低，而吸收剂用量很大，液相的温度变化不显著，则可认为是等温吸收。若吸收过程中发生化学反应，其反应热很大，液相的温度明显变化，则该吸收过程为非等温吸收过程。 4．低浓度吸收与高浓度吸收
45