多效蒸發

在蒸發生產中，二次蒸氣的產量較大，且含大量的潛熱，故應將其回收加以利用，若將二次蒸氣通入另一蒸發器的加熱室，只要後者的操作壓強和溶液沸點低於原蒸發器中的操作壓強和沸點，則通入的二次蒸氣仍能起到加熱作用，這種操作方式即為多效蒸發。

多效蒸發中的每一個蒸發器稱為一效。凡通入加熱蒸汽的蒸發器稱為第一效，用第一效的二次蒸氣作為加熱劑的蒸發器稱為第二效，依此類推。採用多效蒸發器的目的是為了節省加熱蒸氣的消耗量。理論上，1kg加熱蒸氣大約可蒸發1kg水。

但由於有熱損失，而且分離室中水的汽化潛熱要比加熱室中的冷凝潛熱大，因此，實際上蒸發1kg水所需要的加熱蒸氣超過1kg。根據經驗，蒸氣的經濟性(U=W/D)，單效為0.91；雙效為1.76；三效為2.5：四效為3.33；五效為3.71等。可見隨着效數的增加，W/D的增長率逐漸下降。例如，由單效改為雙效時，加熱蒸汽大約可節省50%；而四效改為五效時，加熱蒸汽只節省10%。但是，隨着效數的增加，傳熱的温度差損失增大，使得蒸發器的生產強度大大下降，設備費用成倍增加。當效數增加到一定程度後，由於增加效數而節省的蒸氣費用與所增添的設備費相比較，可能會得不償失。

工業上必須對操作費和設備費作出權衡，以決定最合理的效數。最常用的為2～3效，最多為6效。 ^[2] 

多效蒸發中第一效加入加熱蒸汽，從第一效產生的二次蒸汽作為第二效的加熱蒸汽，而第二效的加熱室卻相當於第一效的冷凝器，從第二效產生的二次蒸汽又作為第三效的加熱蒸汽，如此串聯多個蒸發器，就組成了多效蒸發。由於多效操作中蒸發室的操作壓力是逐效降低的，故在生產中的多效蒸發器的末效帶與真空裝置連接。各效的加熱蒸汽温度和溶液的沸點也是依次降低的，而完成液的濃度是逐效增加的。最後一效的二次蒸汽進入冷凝器，用水冷卻冷凝成水而移除。

為了合理利用有效温差，行根據處理物料的性質，通常多效蒸發有下列三種操作流程。

圖1為為並流加料三效蒸發的流程。溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。

這種流程的優點為：料液可藉相鄰二效的壓力差自動流入後一效，而不需用泵輸送，同時，由於前一效的沸點比後一效的高，因此當物料進入後一效時，會產生自蒸發，這可多蒸出一部分水汽。這種流程的操作也較簡便，易於穩定。但其主要缺點是傳熱係數會下降，這是因為後序各效的濃度會逐漸增高，但沸點反而逐漸降低，導致溶液黏度逐漸增大。

圖2為逆流加料三效蒸發流程。溶液與二次蒸汽流動方向相反，需用泵將溶液送至壓力較高的前一效。

其優點是，各效濃度和温度對溶液的黏度的影響大致相抵消，各效的傳熱條件大致相同，即傳熱係數大致相I司。

缺點是：料液輸送必須用泵，另外，進料也沒有自蒸發。一般這種流羣只有在溶液黏度隨温度變化較大的場合才‘被採用，

平流加料三效蒸發流程，蒸汽的走向與並流相同，但原料液和完成液則分別從各效加入和排出。這種流程適用於處理易結晶物料，例如食鹽水溶液等的蒸發。 ^[3] 

多效蒸發需要計算的內容有：各效蒸發水量、加熱蒸汽消耗量及傳熱面積。由於多效蒸發的效數多，計算中未知數量也多，所以計算遠較單效蒸發複雜。因此2015年已採用電子計算機進行計算。但基本依據和原理仍然是物料衡算、熱量衡算及傳熱速率方程。由於計算中出現未知參數，因此計算時常採用試差法，其步驟如下。

(1)根據物料衡算求出總蒸發量。

(2)根據經驗設定各效蒸發量，再估算各效溶液濃度，通常各效蒸發量可按各效蒸發量相等的原則設定，即

並流加料的蒸發過程，由於有自蒸發現象，則可按如下比例設定

若為兩效 W1：W2 = 1：1.1

若為三效 W1：W2：W3 = 1：1.1：1.2

根據設定得到各效蒸發量後，即可通過物料衡算求出各完成液的濃度。

(3)設定各效操作壓力以求各效溶液的沸點。通常按各效等壓降原則設定，即相鄰兩效間的壓差為

式中，p1——加熱蒸汽的壓強，Pa；

pe——冷凝器中的壓強，Pa；

n——效數。

(4)應用熱量衡算求出各效的加熱蒸汽用量和蒸發水量。

(5)按照各效傳熱面積相等的原則分配各效的有效温度差，並根據傳熱效率方程求出各效的傳熱面積。

(6)校驗各效傳熱而積是否相等，若不等，則還需重新分配各效的有效温度差，重新計算，直到相等或相近時為止。