1.1 蒸发的背景

在化工、轻工、食品、医药等工业生产中，有些生产过程中，常遇到由不挥发的溶质和可挥发的溶剂所组成的液体混合物的浓缩问题。其中，采用靠输入热量，使溶液沸腾，把溶剂自混合液中蒸出的过程就叫蒸发，此过程所采用的设备称为蒸发器。化学工业以蒸发水溶液为主。蒸发的本质是沸腾换热，所用设备为蒸发器。其结构特征主要是如何有利沸腾传热过程，如何有利气液分离。汽化过程是溶液受热后，靠近加热面的溶剂分子获得动能胜过分子间的吸引力，逸向液面上的空间，变为自由分子的过程。而汽化生成的蒸汽在逸向空间后不能及时除去时，蒸汽与溶液之间逐渐趋于平衡状态，使汽化不能继续进行。因此，要保证蒸发的进行必须不断供给热能并不断排出生成蒸汽，蒸汽的排出方法一般采用冷凝法。[1]

蒸发器是化工厂提取液浓缩的必要设备, 该类设备投资大, 蒸汽及冷却水用量大, 有些中小型化工厂难以提供大量冷却水, 故节约潜力很大, 而目前有些中小化工厂生产中所用的蒸发器都很落后, 因此开发新型高效蒸发器很有必要。[2]

1.2 双效蒸发的定义

多效蒸发是将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率。多效蒸发第一效以新鲜蒸汽做热源，其余各效以前一效二次蒸汽做热源，从而可大幅度减少新鲜蒸汽用量。每一效的二次蒸汽温度总是低于加热蒸汽温度，故多效蒸发时各效的操作压力及溶液沸腾温度沿蒸汽流动方向依次降低。[3]依据二次蒸汽和溶液流向，多效蒸发的流程可分为: ①并流流程。溶液和二次蒸汽依次通过各效。但末效溶液浓度高而温度低，溶液黏度大，因此传热系数低。②逆流流程。溶液和二次蒸汽流向相反。需要用泵将溶液送至压力高的前一效，各效溶液的浓度和温度对黏度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。③错流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液每效单独进出。

双效蒸发目的，就是基于保持各效传热效率基本相同，溶液的浓度和温度对黏度的影响可以抵消原理，有利于生产的连续性。[4]

1.3 双效蒸发的特点

蒸汽消耗的费用是蒸发过程中的主要费用, 二次蒸汽的利用是节约蒸汽行之有效的方法。因二次蒸汽址的减少, 也相应减少了热污染或节约冷却水。[5]双效蒸发理论上比单效可节约一半蒸汽, 效数越多, 蒸汽消耗越少但不是效数愈多愈好, 多效蒸发的效数受到经济上和技术上的因素的限制，因而双效蒸发比较合理，并得到广泛使用。

由于双效蒸发时, 第二效的操作压力总是比第一效的低，所以该流程具有以下特点:(1) 料液由第一效送入第二效, 是利用两效之间操作压力差, 即可自动送料, 而不必用泵输送。(2 ) 由于前一效溶液的沸点比后一效溶液的沸点高, 所以当料液进入后一效时是过热状态, 即进料温度高于该效溶液的沸点,这样就会有一部分水分自行蒸发, 其结果可使该效产生的二次蒸汽多些, 提高了蒸发量。(3) 由于操作压力低于大气压, 所以降低了溶液的沸点, 可减少并防止产品的分解。降低溶液的沸点, 从而增大了传热有效温度差, 增加了传热效率, 强化了蒸发操作。（4) 由于降低了溶液沸点, 可减少热损失。[6]

2.1 双效蒸发的过去