其他分离技术物理吸附、化学吸附概念吸附剂的特性

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1、第七章 其他分离技术基本要求：1、 掌握的内容：物理吸附、化学吸附概念，吸附剂的特性，吸附平衡的概念，气相单分子层物理吸附等温线，蒸发的原理、单效蒸发与多效蒸发；膜分离的原理及特点，反渗透、超滤与微滤的原理。2、 熟悉的内容：吸附剂的分类，吸附过程与吸附过程速率控制，真空蒸发的特点及其应用；，蒸发过程的强化；膜组件，渗透汽化的原理，气体分离的原理。3、了解的内容：气相双组分吸附等温线，液相中的吸附平衡，各种吸附操作及强化吸附过程的途径。蒸发操作的特点及其在工业生产中的应用，蒸发器的选型原则，膜分离的应用。第一节 吸附分离一、概述吸附：当流体与多孔固体接触时, 流体中某一组分或多个组分在固体表面

2、处产生积蓄, 此现象称为吸附。吸附物、吸附剂：在固体表面积蓄的组分称为吸附物或吸附质(adsorbate)，多孔固体称为吸附剂(adsorbent)。吸附操作：利用某些多孔固体有选择地吸附流体中的一个或几个组分，从而使混合物分离的方法称为吸附操作，它是分离和纯净气体和液体混合物的重要单元操作之一。实际上，人们很早就发现并利用了吸附现象，如生活中用木炭脱湿和除臭等。随着新型吸附剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的研究，吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、操作温度低等突出特点，使这一过程在化工、医药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用，例如：（1）气体或液体的脱水及深度干燥，如将

3、乙烯气体中的水分脱到痕量，再聚合。（2）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回收，如在喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸出，采用活性炭处理排放的气体，既减少环境的污染，又可回收有价值的溶剂。（3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。（4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳香烃馏分的分离。（5）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。吸附的分类物理吸附：也称为范德华吸附，它是吸附质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附。化学吸附：是吸附质和吸附剂以分子间的化学键为主的吸附。二、吸附剂及其特性1吸附剂吸附分离的效果很大程度上取决于吸附剂的性能

4、，工业吸附要求吸附剂满足以下要求：（1）具有较大的内表面 吸附容量大；（2）选择性高 吸附剂对不同的吸附质具有不同的吸附能力，其差异愈显著，分离效果愈好；（3）具有一定的机械强度 抗磨损；（4）有良好的物理及化学稳定性 耐热冲击，耐腐蚀；（5）容易再生；（6）易得，价廉。吸附剂可分为两大类，一类是天然的吸附剂，如硅藻土、白土、天然沸石等。另一类是人工制作的吸附剂，主要有活性炭、活性氧化铝、硅胶、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等，下面介绍几种广泛应用的人工制作的吸附剂。（1）活性炭活性炭是最常用的吸附剂。它具有非极性表面，比表面积较大，化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。合成纤维经炭化后

5、可制成活性炭纤维吸附剂，使吸附容量提高数十倍，因活性炭纤维可以编制成各种织物，流体流动阻力减少。活性炭也可加工成炭分子筛，具有分子筛的作用，常用于空气分离制氮、改善饮料气味、香烟的过滤嘴等场合。（2）硅胶 硅胶的分子式通常用SiO2nH2O表示。它的比表面积达800 m2/g。工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱水。（3）活性氧化铝活性氧化铝是一种极性吸附剂，对水分有很强的吸附能力。其比表面积约为200500 m2/g，用不同的原料，在不同的工艺条件下，可制得不同结构、不同性能的活

6、性氧化铝。活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。（4）合成沸石分子筛沸石分子筛是指硅铝酸金属盐的晶体，它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是对水有很大的亲和能力，它的比表面积可达750 m2/g，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。（5）有机树脂吸附剂有机树脂吸附剂是高分子物质，它可以制成强极性、弱极性、非极性、中性，广泛用于废水处理、维生素的分离及过氧化氢的精制等场合。2吸附剂的性能：吸附剂具有良好的吸附特性，主要是因

7、为它有多孔结构和较大的比表面积，下面介绍与孔结构和比表面积有关的基础性能。（1）密度 1）填充密度rB（又称体积密度） 是指单位填充体积的吸附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填充密度。2）表观密度rP（又称颗粒密度） 定义为单位体积吸附剂颗粒本身的质量。3）真实密度rt 是指扣除颗粒内细孔体积后单位体积吸附剂的质量。（2）吸附剂的比表面积吸附剂的比表面积是指单位质量的吸附剂所具有的吸附表面积，g。吸附剂孔隙的孔径大小直接影响吸附剂的比表面积，孔径的大小可分三类：大孔、过渡孔、微孔。吸附剂的比表面积以微孔提供的表面积为主，常采用气相

8、吸附法测定。（3）吸附容量吸附容量是指吸附剂吸满吸附质时的吸附量（单位质量的吸附剂所吸附吸附质的质量），它反映了吸附剂吸附能力的大小。吸附量可以通过观察吸附前后吸附质体积或质量的变化测得。也可用电子显微镜等观察吸附剂固体表面的变化测得。三、 吸附平衡 平衡吸附量：当温度、压强一定时，吸附剂与流体长时间接触，吸附量不再增加，吸附相（吸附剂和已吸附的吸附质）与流体达到平衡，此时的吸附量为平衡吸附量。吸附等温线：吸附平衡关系常用不同温度下的平衡吸附量与吸附质分压或浓度的关系表示，其关系曲线称为吸附等温线。1气相的吸附等温线（1）气相单组分吸附平衡1）单分子层物理吸附假设吸附剂表面均匀，被吸附的分子间

9、无作用，吸附质在吸附剂的表面只形成均匀的单分子层，则吸附量随吸附质分压的增加平缓接近平衡吸附量。如在193下，氮在活性炭上的吸附，其吸附等温线如图9-6中所示。2）多分子层吸附图9-6 气相单组分吸附平衡曲线假设吸附分子在吸附剂上按层次排列，已吸附的分子之间作用力忽略不计，吸附的分子可以累叠，而每一层的吸附服从朗格谬尔吸附机理，此吸附为多分子层吸附。如在30下水蒸汽在活性炭上的吸附，其吸附等温线见图9-6中。3）其他情况下的吸附等温曲线也有人认为吸附是因产生毛细管凝结现象等所致，其吸附等温线如图9-6中、所示。（2）气相双组分吸附图8-7 气相双组分吸附平衡曲线当吸附剂对混合气体中的两个组分吸

10、附性能相近时，可认为是双组分的吸附。此情况下吸附剂对某一组分的吸附量不仅与温度、压强有关，还随混合物组成的变化而变化。通常温度升高、压力下降会使吸附量下降，图9-7反映了用石墨炭吸附CFCl3C6H6混合气体，气相组成对吸附量的影响。可以看出，某组分在吸附相和气相中摩尔分数的关系与精馏中某组分在气液两相摩尔分数的关系非常相似。所以，有人使用吸附分离系数a描述吸附平衡，a定义为图9-8 液相单组分吸附等温线式中 分别为组分B在气相和吸附相中的摩尔分数。可见吸附分离系数a偏离1的程度愈大，愈有利于吸附分离。 2液相中的吸附平衡（1）液相单组分吸附平衡当吸附剂对溶液中溶剂的吸附忽略不计时，构成了液相

11、单组分的吸附，如用活性碳吸附水溶液中的有机物。Giles等人根据等温吸附曲线初始部分斜率的大小，把液相单组分吸附等温线分为S、L、H、C四大类型，而每一类型又分成5族，见图8-8，图中横坐标为组分在液相中的浓度，纵坐标为组分的吸附量。S型表示被吸附分子在吸附剂表面上成垂直方位吸附。L型的吸附即朗格谬尔吸附，是指被吸附分子在吸附剂表面呈平行状态。H型的吸附是吸附剂与吸附质之间高亲合力的吸附。C型是吸附质在溶液中和吸附剂上有一定分配比例的吸附。（2）液相中双组分的吸附平衡含吸附质A和B的溶液与新鲜的吸附剂长时间接触后，吸附量不再增加，吸附达到平衡。此情况下的吸附等温曲线一般呈U型或S型。U型是在吸

12、附过程中吸附剂始终优先吸附一个组分的曲线，如用gAl2O3吸附CH3Cl苯溶液，CH3Cl被优先吸附。S型为溶质和溶剂吸附量相当情况，如用炭黑吸附乙醇苯溶液，在乙醇摩尔分数为00.4的范围内，乙醇优先吸附，而在0.41的范围内，苯优先吸附。四、吸附过程与吸附速率的控制吸附速率是设计吸附装置的重要依据。吸附速率：是指当流体与吸附剂接触时，单位时间内的吸附量，kg/s。 吸附速率与物系、操作条件及浓度有关，当物系及操作条件一定时，吸附过程包括以下三个步骤：（1）吸附质从流体主体以对流扩散的形式传递到固体吸附剂的外表面，此过程称为外扩散。（2）吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微孔内，然后扩散到固体

13、的内表面，此过程为内扩散。（3）吸附质在固体内表面上被吸附剂所吸附，称为表面吸附过程。通常吸附为物理吸附，表面吸附速率很快，故总吸附速率主要取决于内外扩散速率的大小。外扩散控制的吸附：当外扩散速率小于内扩散速率时，总吸附速率由外扩散速率决定，此吸附为外扩散控制的吸附。内扩散控制的吸附：当内扩散速率小于外扩散速率时，此吸附为内扩散控制的吸附，总吸附速率由内扩散速率决定。五、吸附操作吸附分离过程包括吸附过程和解吸过程。由于需处理的流体浓度、性质及要求吸附的程度不同，故吸附操作有多种形式。1接触过滤式操作该操作是把要处理的液体和吸附剂一起加入到带有搅拌器的吸附槽中，使吸附剂与溶液充分接触，溶液中的吸

14、附质被吸附剂吸附，经过一段时间，吸附剂达到饱和，将料浆送到过滤机中，吸附剂从液相中滤出，若吸附剂可用，经适当的解吸，回收利用之。因在接触式吸附操作时，使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜阻力减少，故该操作适用于外扩散控制的传质过程。接触过滤吸附操作所用设备主要有釜式或槽式，设备结构简单，操作容易。广泛用于活性炭脱除糖液中的颜色等方面。2固定床吸附操作固定床吸附操作是把吸附剂均匀堆放在吸附塔中的多孔支承板上，含吸附质的流体可以自上而下流动，也可自下而上流过吸附剂。在吸附过程中，吸附剂不动。图7-9 固定床吸附操作流程示意图通常固定床的吸附过程与再生过程在两个塔式设备中交替进行，如图7-9所示

15、，表示阀门关闭，o表示阀门打开。吸附在吸附塔1中进行，当出塔流体中吸附质的浓度高于规定值时，物料切换到吸附塔2，与此同时吸附塔1采用变温或减压等方法进行吸附剂再生，然后再在塔1中进行吸附，塔2中进行再生，如此循环操作。 固定床吸附塔结构简单，加工容易，操作方便灵活，吸附剂不易磨损，物料的返混少，分离效率高，回收效果好，故固定床吸附操作广泛用于气体中溶剂的回收、气体干燥和溶剂脱水等方面。但固定床吸附操作的传热性能差，且当吸附剂颗粒较小时，流体通过床层的压降较大，因吸附、再生及冷却等操作需要一定的时间，故生产效率较低。3移动床吸附操作移动床吸附操作是指待处理的流体在塔内自上而下流动，在与吸附剂接触

16、时，吸附质被吸附，已达饱和的吸附剂从塔下连续或间歇排出，同时在塔的上部补充新鲜的或再生后的吸附剂。与固定床相比，移动床吸附操作因吸附和再生过程在同一个塔中进行，所以设备投资费用少。4流化床吸附操作及流化床移动床联合吸附操作流化床吸附操作是使流体自下而上流动，流体的流速控制在一定的范围，保证吸附剂颗粒被托起，但不被带出，处于流态化状态进行的吸附操作。该操作的生产能力大，但吸附剂颗粒磨损程度严重，且由于流态化的限制，使操作范围变窄。流化床移动床联合吸附操作将吸附再生集一塔，如图9-10所示。塔的上部为多层流化床，在此原料与流态化的吸附剂充分接触，吸附后的吸附剂进入塔中部带有加热装置的移动床层，升温

17、后进入塔下部的再生段。在再生段中吸附剂与通入的惰性气体逆流接触得以再生。最后靠气力输送至塔顶重新进入吸附段，再生后的流体可通过冷却器回收吸附质。流化床移动床联合吸附床常用于混合气中溶剂的回收、脱除CO2和水蒸汽等场合。图9-10 流化床移动床联合吸附分离示意图该操作具有连续、吸附效果好的特点。因吸附在流化床中进行，再生前需加热，所以此操作存在吸附剂磨损严重、吸附剂易老化变性的问题。5模拟移动床的吸附操作 为兼顾固定床装填性能好和移动床连续操作的优点，并保持吸附塔在等温下操作，便于自动控制，设计一有许多小段塔节组成的塔，每一塔节都有进出物料口，采用特制的多通道（如24通道）的旋转阀，靠微机控制，

18、定期启闭切换吸附塔的进出料液和解吸剂的阀门，使各层料液进出口依次连续变动与四个主管道相连，这四个主管道是进料（AB）管、抽出液（A+D）管、抽余液（B+D）管和解吸剂（D）管，见图9-11。一般整个吸附塔分成四个段：吸附段、第一精馏段（简称一精段）、解吸段和二精段，见模拟移动床吸附分离操作示意图9-12。图9-12 模拟移动床吸附分离操作示意图图9-11 模拟移动床吸附分离装置在吸附段内进行的是A组分的吸附，混合液从下向上流动，与已吸附着解吸剂D的吸附剂逆流接触，组分A与D进行吸附交换，随着流体向上流动，吸附质A和少量的B不断被吸附，D不断被解吸，在吸附段出口溶液中主要为组分B和D，作为抽余液

19、从吸附段出口排出。在一精段内完成A组分的精制和B组分的解吸，此段顶部下降的吸附剂与新鲜溶液接触，A和B组分被吸附，在该段底部已吸附大量A和少量B的吸附剂与解吸段上部流入的流体（AD）逆流接触，由于吸附剂对A的吸附能力比B组分强，故吸附剂上少量的B被A置换，B组分逐渐被全部置换出来，A得到精制。在解吸段内完成组分A的解吸，吸附大量A的吸附剂与塔底通入的新鲜解吸剂D逆流接触，A被解吸出来作为抽出液，再进精馏塔精馏得到产品A及解吸剂D。二精段目的在于部分回收D，减少解吸剂的用量。从解吸段出来的只含解吸剂D的吸附剂，送到二精段与吸附段出来的主要含B的溶液逆流接触，B和D在吸附剂上置换，组分B被吸附，D

20、被解吸出来，并与新鲜解吸剂一起进入吸附段形成连续循环操作。 从以上操作看，在吸附塔内形成流体由下向上，固体由上向下反方向的相对运动，每一小段床层是静止不动的小固定床，吸附塔内的吸附剂固体整体和流体是连续移动的，这就是模拟移动床吸附分离过程。应用模拟移动床吸附分离混合物最早始于从混合二甲苯中分离对二甲苯，之后应用于从煤油馏分中分离出正构烷烃，以及C8芳烃中分离已基苯等等，解决了有些体系用精馏和萃取等方法难分离的困难。六、吸附过程的强化强化吸附过程可以从两个方面入手，一是对吸附剂进行开发与改进，二是开发新的吸附工艺。1、吸附剂的改性与新型吸附剂的开发吸附效果的好坏及吸附过程规模化与吸附剂性能的关系

21、非常密切，尽管吸附剂的种类繁多，但实用的吸附剂却有限，通过改性或接枝的方法可得到各种性能不同的吸附剂，工业上希望开发出吸附容量大、选择性强、再生容易的吸附剂，目前大多数吸附剂吸附容量小限制了吸附塔的处理能力，使得吸附过程频繁地进行吸附、解吸和再生。近期开发的较新型吸附剂如炭分子筛、活性炭纤维、金属吸附剂和各种专用吸附剂不同程度地解决了吸附容量小和选择性弱的缺憾，使的某些有机异构体、热敏性物质、性能相近的混合物分离成为可能。2、开发新的吸附分离工艺随着食品、医药、精细化工和生物化工的发展，需要开发出新的吸附分离工艺，吸附过程需要完善和大型化已成为一个重要问题。吸附分离工艺与再生解吸方法有关，而再

22、生方法又取决于组分在吸附剂上吸附性能的强弱和进料量的大小等因素，随着各种性能良好的吸附剂的不断开发，吸附分离工艺也得以迅速发展，如大型工业色谱吸附分离生产胡萝卜素、叶黄质和叶绿素。快速变压吸附工艺制造航空高空飞机用氧。参数泵吸附分离用于分离血红蛋白-白蛋白体系、酶及处理含酚废水等。第二节 膜分离一、膜分离过程膜分离（Membrane Separation）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。膜分离所用的膜可以是固相、液相，也可以是气相，而大规模工业应用中多数为固体膜，本节主要介绍固体膜的

23、分离过程。物质选择透过膜的能力可分为两类：s 借助外界能量，物质发生由低位到高位的流动；s 借助本身的化学位差，物质发生由高位到低位的流动。操作的推动力可以是膜两侧的压力差、浓度差、电位差、温度差等。依据推动力不同，膜分离又分为多种过程，表1列出了几种主要膜分离过程的基本特性，图1给出了各种膜过程的分离范围。反渗透、纳滤、超滤、微滤均为压力推动的膜过程，即在压力的作用下，溶剂及小分子通过膜，而盐、大分子、微粒等被截留，其截留程度取决于膜结构。s 反渗透膜几乎无孔，可以截留大多数溶质（包括离子）而使溶剂通过，操作压力较高，一般为210MPa；s 纳滤膜孔径为25nm，能截留部分离子及有机物，操作

24、压力为0.73 MPa；s 超滤膜孔径为220nm，能截留小胶体粒子、大分子物质，操作压力为0.11 MPa；s 微滤膜孔径为0.0510m，能截留胶体颗粒、微生物及悬浮粒子，操作压力为0.050.5 MPa。电渗析采用带电的离子交换膜，在电场作用下膜能允许阴、阳离子通过，可用于溶液去除离子。气体分离是依据混合气体中各组分在膜中渗透性的差异而实现的膜分离过程。渗透汽化是在膜两侧浓度差的作用下，原料液中的易渗透组分通过膜并汽化，从而使原液体混合物得以分离的膜过程。传统的分离单元操作如蒸馏、萃取、吸收等，也可以通过膜来实现，即为膜蒸馏、膜萃取、膜吸收与气提等，实现这些膜过程的设备统称为膜接触器，包

25、括液-液接触器、液-气接触器等。二、膜分离特点与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度的分离；（2）大多数膜分离过程不发生相变化，因此能耗较低；（3）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏性物料；（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作、维护都十分方便。表1 膜分离过程过程示意图膜类型推动力传递机理透过物截留物原料液滤液微滤MF多孔膜压力差（0.1MPa）筛分水、溶剂、溶解物悬浮物各种微粒原料液滤液浓缩液超滤UF非对称膜压力差（0.11MPa）筛分溶剂、离子、小分子胶体及各类大分子原料液溶剂浓缩液反渗透RO非对称膜复合膜压力差（210

26、MPa）溶剂的溶解-扩散水、溶剂悬浮物、溶解物、胶体电渗析ED溶剂原料液浓电解质阴膜阳膜阴极阳极离子交换膜电位差离子在电场中的传递离子非解离和大分子颗粒混合气渗透气渗余气气体分离原料液渗透蒸气溶质或溶剂GS均质膜复合膜非对称膜压力差（115MPa）气体的溶解-扩散易渗透气体难渗透气体渗透汽化PVAP均质膜复合膜非对称膜浓度差分压差溶解-扩散易溶解或易挥发组分不易溶解或难挥发组分原料液渗透液浓缩液膜蒸馏MD微孔膜由于温度差而产生的蒸汽压差通过膜的扩散高蒸汽压的挥发组分非挥发的小分子和溶剂图1 膜过程的分离范围推动力 应 用 有机物 离子 大分子 微粒 胶体粒子 浓度差渗透汽化渗 析电位差电 渗

27、析压力差气体膜分离纳 滤反 渗 透超 滤微 滤过 滤温度差膜 蒸 馏nm 0.1 1 10 100 1000m 0.1 1 10 100三、 膜与膜组件（一）分离膜性能分离膜（Membrane）是膜过程的核心部件，其性能直接影响着分离效果、操作能耗以及设备的大小。分离膜的性能主要包括两个方面：透过性能与分离性能。1透过性能能够使被分离的混合物有选择的透过是分离膜的最基本条件。表征膜透过性能的数是透过速率，是指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量，以J表示。 式中： J透过速率，m3/(m2h)或kg/(m2h)；V透过组分的体积或质量，m3或kg；A膜有效面

28、积，m2；t操作时间，h。膜的透过速率与膜材料的化学特性和分离膜的形态结构有关，且随操作推动力的增加而增大。此参数直接决定分离设备的大小。2分离性能分离膜必须对被分离混合物中各组分具有选择透过的能力，即具有分离能力，这是膜分离过程得以实现的前提。不同膜分离过程中膜的分离性能有不同的表示方法，如截留率、截留分子量、分离因数等。（1）截留率对于反渗透过程，通常用截留率表示其分离性能。截留率反映膜对溶质的截留程度，对盐溶液又称为脱盐率，以R表示，定义为 式中 原料中溶质的浓度，kg/m3；渗透物中溶质的浓度，kg/m3。100截留率表示溶质全部被膜截留，此为理想的半渗透膜；0截留率则表示全部溶质透过

29、膜，无分离作用。通常截留率在0100之间。（2）截留分子量在超滤和纳滤中，通常用截留分子量表示其分离性能。截留分子量是指截留率为90%时所对应的分子量。截留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔径的大小，通常可用一系列不同分子量的标准物质进行测定。（3）分离因数对于气体分离和渗透汽化过程，通常用分离因数表示各组分透过的选择性。对于含有A、B两组分的混合物，分离因数定义为 式中 原料中组分A与组分B的摩尔分率；透过物中组分A与组分B的摩尔分率。通常，用组分A表示透过速率快的组分，因此的数值大于1。分离因数的大小反映该体系分离的难易程度，越大，表明两组分的透过速率相差越大，膜的选择性越好，分离程度越

30、高；等于1，则表明膜没有分离能力。 膜的分离性能主要取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构，同时也与膜分离过程的一些操作条件有关。该性能对分离效果、操作能耗都有决定性的影响。（二）膜材料及分类目前使用的固体分离膜大多数是高分子聚合物膜，近年来又开发了无机材料分离膜。高聚物膜通常是用纤维素类、聚砜类、聚酰胺类、聚酯类、含氟高聚物等材料制成。无机分离膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分子筛炭膜等。膜的种类与功能较多，分类方法也较多，但普遍采用的是按膜的形态结构分类，将分离膜分为对称膜和非对称膜两类。多孔支撑层致密皮层 不同类型膜横断面示意图（a）对称膜; （b）非对称膜多孔膜无孔膜（a）一体化膜复合

31、膜致密皮层（b）对称膜又称为均质膜，是一种均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同，包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种，图（a）所示。一般对称膜的厚度在10200m之间，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以提高透过速率。非对称膜的横断面具有不对称结构，如图（b）所示。一体化非对称膜是用同种材料制备、由厚度为0.10.5m的致密皮层和50150m的多孔支撑层构成，其支撑层结构具有一定的强度，在较高的压力下也不会引起很大的形变。此外，也可在多孔支撑层上覆盖一层不同材料的致密皮层构成复合膜。显然，复合膜也是一种非对称膜。对于复合膜，可优选不同的膜材料制备致密皮层与多孔支撑层，使每一层独立的发

32、挥最大作用。非对称膜的分离主要或完全由很薄的皮层决定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高得多，因此非对称膜在工业上应用十分广泛。（三）膜组件膜组件是将一定膜面积的膜以某种形式组装在一起的器件，在其中实现混合物的分离。板框式膜组件采用平板膜，其结构与板框过滤机类似，用板框式膜组件进行海水淡化的装置如图所示。在多孔支撑板两侧覆以平板膜，采用密封环和两个端板密封、压紧。海水从上部进入组件后，沿膜表面逐层流动，其中纯水透过膜到达膜的另一侧，经支撑板上的小孔汇集在边缘的导流管后排出，而未透过的浓缩咸水从下部排出。 螺旋卷式膜组件中心管 板框式膜组件螺旋卷式膜组件也是采用平板膜，其结构与螺旋板式换热器类似，

33、如图所示。它是由中间为多孔支撑板、两侧是膜的“膜袋”装配而成，膜袋的三个边粘封，另一边与一根多孔中心管连接。组装时在膜袋上铺一层网状材料(隔网)，绕中心管卷成柱状再放入压力容器内。原料进入组件后，在隔网中的流道沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收集管中再排出。螺旋卷式膜组件结构紧凑，装填密度可达8301660m2/m3。缺点是制作工艺复杂，膜清洗困难。管式膜组件是把膜和支撑体均制成管状，使二者组合，或者将膜直接刮制在支撑管的内侧或外侧，将数根膜管（直径1020mm）组装在一起就构成了管式膜组件，与列管式换热器相类似。若膜刮在支撑管内侧，则为内压型，原

34、料在管内流动，如图所示；若膜刮在支撑管外侧，则为外压型，原料在管外流动。管式膜组件的结构简单，安装、操作方便，流动状态好，但装填密度较小，约为33330 m2/m3。将膜材料制成外径为80400m、内径为40100m的空心管，即为中空纤维膜。将大量的中空纤维一端封死，另一端用环氧树脂浇注成管板，装在圆筒形压力容器中，就构成了中空纤维膜组件，也形如列管式换热器，如图所示。大多数膜组件采用外压式，即高压原料在中空纤维膜外测流过，透过物则进入中空纤维膜内侧。中空纤维膜组件装填密度极大（1000030000 m2/m3），且不需外加支撑材料；但膜易堵塞，清洗不容易。中空纤维膜组件 管式膜组件四、反渗透

35、(Reverse Osmosis)渗透与反渗透示意图1、溶液渗透压 PEC-1000复合膜的断面放大结构图保护层超薄的分离层支撑层(30nm)聚砜基质纤维织物能够让溶液中一种或几种组分通过而其它组分不能通过的选择性膜称为半透膜。当把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）分别置于半透膜的两侧时，纯溶剂将透过膜而自发地向溶液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）一侧流动，这种现象称为渗透。当溶液的液位升高到所产生的压差恰好抵消溶剂向溶液方向流动的趋势，渗透过程达到平衡，此压力差称为该溶液的渗透压，以表示。若在溶液侧施加一个大于渗透压的压差时，则溶剂将从溶液侧向溶剂侧反向流动，此过程称为反渗透，如图所示。 这样

36、，可利用反渗透过程从溶液中获得纯溶剂。2、反渗透膜与应用反渗透膜多为不对称膜或复合膜，右图所示的是一种典型的反渗透复合膜的结构图。反渗透膜的致密皮层几乎无孔，因此可以截留大多数溶质（包括离子）而使溶剂通过。反渗透操作压力较高，一般为210MPa。大规模应用时，多采用卷式膜组件和中空纤维膜组件。评价反渗透膜性能的主要参数为透过速率（透水率）与截留率（脱盐率）。此外，在高压下操作对膜产生压实作用，造成透水率下降，因此抗压实性也是反渗透膜性能的一个重要指标。反渗透是一种节能技术，过程中无相变，一般不需加热，工艺过程简单，能耗低，操作和控制容易，应用范围广泛。其主要应用领域有海水和苦咸水的淡化，纯水和

37、超纯水制备，工业用水处理，饮用水净化，医药、化工和食品等工业料液处理和浓缩，以及废水处理等。五、超滤与微滤（Ultrafiltration and Microfiltration）1、基本原理 超滤与微滤原理示意图超滤与微滤都是在压力差作用下根据膜孔径的大小进行筛分的分离过程，其基本原理如图所示。在一定压力差作用下，当含有高分子溶质A和低分子B的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质（如无机盐类）透过膜，作为透过液被收集起来，而大于膜孔的高分子溶质（如有机胶体等）则被截留，作为浓缩液被回收，从而达到溶液的净化、分离和浓缩的目的。通常，能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程

38、称为超滤；截留更大分子（通常称为分散粒子）的膜分离过程称为微滤。实际上，反渗透操作也是基于同样的原理，只不过截留的是分子更小的无机盐类，由于溶质的相对分子质量小，渗透压较高，因此必须施加高压才能使溶剂通过，如前所述，反渗透操作压差为210MPa。而对于高分子溶液而言，即使溶液的浓度较高，但渗透压较低，操作也可在较低的压力下进行。通常，超滤操作的压差为0.31.0MPa，微滤操作的压差为0.10.3MPa。2、超滤膜与微滤膜微滤和超滤中使用的膜都是多孔膜。超滤膜多数为非对称结构，膜孔径范围为1nm0.05m，系由一极薄具有一定孔径的表皮层和一层较厚具有海绵状和指孔状结构的多孔层组成，前者起分离作

39、用，后者起支撑作用。微滤膜有对称和非对称两种结构，孔径范围为0.0510m。图所示的是超滤膜与微滤膜的扫描电镜图片。表征超滤膜性能的主要参数有透过速率和截留分子量及截留率，而更多的是用截留分子量表征其分离能力。表征微滤膜性能的参数主要是透过速率、膜孔径和空隙率，其中膜孔径反映微滤膜的截留能力，可通过电子显微镜扫描法或泡压法、压汞法等方法测定。孔隙率是指单位膜面积上孔面积所占的比例。3、浓差极化与膜污染透过物浓差极化模型对于压力推动的膜过程，无论是反渗透，还是超滤与微滤，在操作中都存在浓差极化现象。在操作过程中，由于膜的选择透过性，被截留组分在膜料液侧表面都会积累形成浓度边界层，其浓度大大高于料

40、液的主体浓度，在膜表面与主体料液之间浓度差的作用下，将导致溶质从膜表面向主体的反向扩散，这种现象称为浓差极化，如图所示。浓差极化使得膜面处浓度ci增加，加大了渗透压，在一定压差下使溶剂的透过速率下降，同时ci的增加又使溶质的透过速率提高，使截留率下降。超滤通量与操作压力差的关系膜污染是指料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致膜透过速率下降的现象。组分在膜表面沉积形成的污染层将产生额外的阻力，该阻力可能远大于膜本身的阻力而成为过滤的主要阻力；组分在膜孔中的沉积，将造成膜孔减小甚至堵塞，实际上减小了膜的有效面积。膜污染主要发生在超滤与微滤过程中。左图所示的是超滤过程中压力差与透过速率J之间的关系

41、。对于纯水的超滤，其水通量与压力差成正比；而对于溶液的超滤，由于浓差极化与膜污染的影响，超滤通量随压差的变化关系为一曲线，当压差达到一定值时，再提高压力，只是使边界层阻力增大，却不能增大通量，从而获得一极限通量。由此可见，浓差极化与膜污染均使膜透过速率下降，是操作过程的不利因素，应设法降低。减轻浓差极化与膜污染的途径主要有：（1）对原料液进行预处理，除去料液中的大颗粒；（2）增加料液的流速或在组件中加内插件以增加湍动程度，减薄边界层厚度；（3）定期对膜进行反冲和清洗。4、应用超滤主要适用于大分子溶液的分离与浓缩，广泛应用在食品、医药、工业废水处理、超纯水制备及生物技术工业，包括牛奶的浓缩、果汁

42、的澄清、医药产品的除菌、电泳涂漆废水的处理、各种酶的提取等。微滤是所有膜过程中应用最普遍的一项技术，主要用于细菌、微粒的去除，广泛应用在食品和制药行业中饮料和制药产品的除菌和净化，半导体工业超纯水制备过程中颗粒的去除，生物技术领域发酵液中生物制品的浓缩与分离等。 渗透汽化分离原理汽化六、 渗透汽化 (Pervaporation)1、基本原理渗透汽化是一种有相变的膜渗透过程。将液体混合物在膜的一侧与膜接触，而膜的另一侧维持较低的易挥发组分蒸汽压，在膜两侧易挥发组分蒸汽压差的作用下，易挥发组分较多的溶解在膜上，并扩散通过膜，最后在膜的另一侧汽化而被抽出，这样的膜过程即为渗透汽化。易挥发组分通过膜时

43、发生相变，相变所需的热量来自原料液的降温。在渗透汽化中只要膜选择得当，可使含量极少的易挥发溶质透过膜，虽然过程中需要一定的热量，但与大量的溶剂透过过程相比仍为节能操作。渗透汽化的分离原理如图所示，传递机理通常可用溶解-扩散描述。依此机理，被分离组分通过膜的传递过程可分为三步：（1）被分离组分在膜上游表面被选择性吸附并溶解；（2）在膜内扩散渗透通过膜；（3）在膜下游表面脱附并汽化。依据造成膜两侧蒸汽压差方法不同，渗透汽化主要有以下三种形式：（1）真空渗透汽化：膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组分的蒸汽压差；（2）载气吹扫渗透汽化：用载气吹扫膜的透过侧，以带走透过组分；（3）热渗透汽化：通过料

44、液加热和透过侧冷凝的方法，形成膜两侧组分的蒸汽压差。原料液渗透液渗余液冷凝器真空泵原料液渗透液渗余液冷凝器载气原料液渗透液渗余液冷凝器加热器(a) 真空渗透汽化(b) 载气吹扫渗透汽化(c) 热渗透汽化渗透汽化分离过程示意图三种操作的流程示意如图所示。工业生产中通常采用真空与热渗透汽化相结合的方式。2、渗透汽化膜与应用渗透汽化所用膜为致密均质膜、复合膜或非对称膜，其中复合膜应用更广泛。表征渗透汽化膜分离性能的主要参数是膜的分离因数和透过速率（或渗透通量）。渗透汽化对膜的要求是分离因数大、渗透通量大。实际上，膜的这两个性能参数常常是互相矛盾的。分离因数大、选择性好的膜，渗透通量往往比较小；而渗透

45、通量大的膜，其分离因数通常又较小。所以，在选膜和制膜时需要根据具体情况进行优化选择。渗透汽化是一个较复杂的分离过程，原料的组成对分离性能有很大的影响，一般主要用于液体混合物中去除少量的液体。渗透汽化虽以组分的蒸汽压差为推动力，但其分离作用不受组分气-液平衡的限制，而主要受组分在膜内的渗透速率控制，因此，渗透汽化尤适合于用普通蒸馏难以分离的近沸物和恒沸物的分离。渗透汽化的应用主要有以下几个方面;(1) 有机溶剂脱水：最典型的过程为工业乙醇脱水制备无水乙醇，其分离能耗比恒沸精馏低得多，目前在工业上已大规模的应用；(2) 水中有机物的脱除：如从发酵液中除去醇、从废水中除去挥发性有机污染物等；(3)

46、有机物的分离：如苯/环己烷、丁烷/丁烯等的分离，但目前多处于基础研究阶段。压缩机渗透气渗余气真空泵原料气气体分离过程示意图七、 气体分离 (Gas Separation)1、基本原理气体膜分离是在膜两侧压力差的作用下，利用气体混合物中各组分在膜中渗透速率的差异而实现分离的过程，其中渗透快的组分在渗透侧富集，相应渗透慢的组分则在原料侧富集，气体分离流程示意图如图所示。气体分离膜可分为多孔膜和无孔（均质）膜两种。在实际应用中，多采用均质膜。气体在均质膜中的传递靠溶解-扩散作用，其传递过程由三步组成：（1）气体在膜上游表面吸附溶解；（2）气体在膜两侧分压差的作用下扩散通过膜；（3）在膜下游表面脱附。

47、此时渗透速率主要取决于气体在膜中的溶解度和扩散系数。评价气体分离膜性能的主要参数是渗透系数和分离因数。分离因数反映膜对气体各组分透过的选择性，定义式同前。渗透系数表示气体通过膜的难易程度，定义为 式中：V气体渗透量，m3；膜厚，m；膜两侧的压力差，Pa；A膜面积，m2；t时间，s；渗透系数，m3m/(m2sPa)。2、应用气体膜分离的主要应用有：（1）H2的分离回收：主要有合成氨尾气中H2的回收、炼油工业尾气中H2的回收等，是当前气体分离应用最广的领域；（2）空气分离：利用膜分离技术可以得到富氧空气和富氮空气，富氧空气可用于高温燃烧节能、家用医疗保健等方面；富氮空气可用于食品保鲜、惰性气氛保护

48、等方面；（3）气体脱湿：如天然气脱湿、压缩空气脱湿、工业气体脱湿等。八、膜接触器（Membrane Contactors）1、概述传统的分离单元操作如蒸馏、吸收、萃取等也可以通过膜来实现，即为膜蒸馏、膜吸收、膜萃取，膜过程与常规分离过程的耦合，是正开发中的新型膜分离技术，也是膜过程今后发展的方向，实现上述膜过程的设备统称为膜接触器。膜接触器是以多孔膜作为传递介质实现两相传质的装置，其中一相并不是直接分散在另一相中，而是在微孔膜表面开孔处两相界面上相互接触而进行传质。这种膜接触器较常规的分散相接触器有显著的优越性，具有极大的两相传质面积是其典型特征，一般典型的膜接触器提供的传质面积比气体吸收器3

49、0倍以上，比液-液萃取器大500倍以上。另外，膜接触器的操作范围宽，高流量下不会造成液泛、雾沫夹带等不正常操作，低流量下不致滴液，也能正常操作。膜接触器主要缺点是传质中引入了一个新相膜，膜的存在会影响总传质阻力，其影响程度取决于膜和体系的性质。依据气液传递相不同，膜接触器又分为气-液（G-L）型、液-气（L-G）型、液-液（L-L）型。在液-液膜接触器中，两相均为液体；气-液型、液-气型膜接触器中，一相为气体或蒸汽，另一相为液体，二者的区别在于气-液型中，气体或蒸汽从气相传递到液相，液-气型中，气体或蒸汽从液相传递到气相，如图所示。传质方向传质方向传质方向液体液体气体液体液体气体 膜接触器类型

50、（a）气-液接触器；（b）液-气接触器；（3）液-液接触器（a）a（b）a（c）透过组分在膜接触器中的传递包括三个步骤：从原料相主体到膜的传递、在膜内微孔的扩散传递、以及从膜到渗透物相中的传递。传递过程的通量可表示为 式中：总传质系数；分别为原料相、膜及透过物相的传质分系数；原料相与透过物相中透过组分的浓度差。 此时，传质总阻力由三部分组成，即原料相边界层阻力、膜阻和透过物相边界层阻力。2、膜吸收(Membrane Absorption)膜吸收与膜解吸是将膜与常规吸收、解吸相结合的膜分离过程，膜吸收为气-液接触器，而膜解吸为液-气接触器。利用微孔膜将气、液两相分隔开来，一侧为气相流动，而另一侧

51、为液相流动，中间的膜孔提供气、液两相间实现传质的场所，从而使一种气体或多种气体被吸收进入液相实现吸收过程，或一种气体或多种气体从吸收剂中被气提实现解吸过程。膜吸收中所采用的膜可以是亲水性膜，也可以是疏水性膜。根据膜材料的疏水和亲水性能以及吸收剂性能的差异，膜吸收又分为两种类型，即气体充满膜孔和液体充满膜孔的膜吸收过程。（1）气体充满膜孔若膜材料为疏水性并使膜两侧流体的压力差保持在一定范围时，作为吸收剂或被解吸的水溶液便不会进入膜孔，此时膜孔被气体所充满，如图（a）所示。在这种情况下，液相的压力应高于气相的压力，选择合适的压差使气体不在液体中鼓泡，也不能把液体压入膜孔，而将气、液界面固定在膜的液

52、相侧。 膜吸收类型（a）气体充满膜孔; （b）液体充满膜孔疏水微孔膜气体液体气体液体亲水微孔膜（a）（b）（2）液体充满膜孔当吸收剂为水溶液且膜又为亲水性材料时，一旦膜与吸收剂接触，则膜孔立即被吸收剂充满；用疏水性膜材料时，若吸收剂为有机物溶液，膜孔也会被吸收剂充满，如图（b）所示。在这种情况下，气相的压力应高于液相的压力，以保证气、液界面固定在膜的气相侧，防止吸收剂穿透膜而流向气相。吹扫气冷凝水气隙图8-30 膜蒸馏类型（a）直接接触式; （b）气隙式; （c）减压式; （d）气扫式冷却水热料液（a）a冷却水热料液（b）a冷凝水热料液（c）a冷凝器真空泵冷凝水热料液（d）冷凝器膜吸收最早并广

53、泛用于血液充氧过程，纯氧或空气流过膜的一侧而血液流过膜的另一侧，氧通过膜扩散到血液中，而二氧化碳则从血液扩散到气相中。目前膜吸收技术在化工生产中主要用于空气中的挥发性有机组分的脱除、工业排放尾气中酸性气体(如CO2、SO2、H2S) 的脱除或分离, 氨气的回收等。3、膜蒸馏(Membrane Distillation)膜蒸馏是一种用于处理水溶液的新型膜分离过程。膜蒸馏中所用的膜是不被料液润湿的多孔疏水膜，膜的一侧是加热的待处理水溶液，另一侧是低温的冷水或是其它气体。由于膜的疏水性，水不会从膜孔中通过，但膜两侧由于水蒸汽压差的存在，而使水蒸汽通过膜孔，从高蒸汽压侧传递到低蒸汽压侧。这种传递过程包

54、括三个步骤：首先水在料液侧膜表面汽化，然后汽化的水蒸汽通过疏水膜孔扩散，最后在膜另一侧表面上冷凝为水。膜蒸馏过程的推动力是水蒸汽压差，一般是通过膜两侧的温度差来实现，所以膜蒸馏属于热推动膜过程。根据水蒸汽冷凝方式不同，膜蒸馏可分为直接接触式、气隙式、减压式和气扫式四种形式，如图所示。直接接触式膜蒸馏是热料液和冷却水与膜两侧直接接触；气隙式膜蒸馏是用空气隙使膜与冷却水分开，水蒸汽需要通过一层气隙到达冷凝板上才能冷凝下来；减压膜蒸馏中，透过膜的水蒸汽被真空泵抽到冷凝器中冷凝；气扫式膜蒸馏是利用不凝的吹扫气将水蒸汽带入冷凝器中冷凝。膜蒸馏主要应用在两个方面：一是纯水的制备，如海水淡化、电厂锅炉用水的

55、处理等；二是水溶液的浓缩，如热敏性水溶液的浓缩、盐的浓缩结晶等。4、膜萃取（Membrane Extraction）膜萃取是膜过程与液-液萃取过程相结合的分离技术，用微孔膜将两个液相分隔开，传质过程在微孔膜表面进行。该过程无需密度差，避免了常规萃取操作中相的分散与凝聚过程，减少了萃取剂在料液中的夹带，有较高的传质速率。原料原料有机相 膜萃取类型（a）浸润性料液; （b）非浸润性料液疏水微孔膜水相有机相（a）（b）疏水微孔膜水相渗透物渗透物同膜吸收相似，膜萃取过程也有两种形式，如图所示。当原料为有机溶剂、渗透物相为水溶液即从有机相中脱除溶质时，若膜是疏水性的，则膜会被原料有机相浸润，在膜孔的水相

56、侧形成有机相与水相的界面，如（a）所示。若原料是水溶液而膜是疏水的，则原料水相不会进入膜孔，渗透侧的有机相会浸润膜孔，在膜孔的水相侧形成水相与有机相的界面，如（b）所示。操作中应适当控制两侧流体的压力，以维持相界面的合适位置。膜萃取过程现已替代常规的萃取操作用于金属萃取、有机污染物的萃取、药物萃取等方面。第三节 结晶一、概述1、蒸发操作及其在工业中的应用工程上把采用加热方法，将含有不挥发性溶质（通常为固体）的溶液在沸腾状态下，使其浓缩的单元操作称为蒸发。蒸发操作广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领域，其主要目的有以下几个方面：（1）浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶）制取固

57、体产品，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；（2）同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等；（3）为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。图71 蒸发装置示意图图71为一典型的蒸发装置示意图。图中蒸发器由加热室1和分离室2两部分组成。加热室为列管式换热器，加热蒸汽在加热室的管间冷凝，放出的热量通过管壁传给列管内的溶液，使其沸腾并汽化，汽液混合物则在分离室中分离，其中液体又落回加热室，当浓缩到规定浓度后排出蒸发器。分离室分离出的蒸汽（又称二次蒸汽，以区别于加热蒸汽或生蒸汽），先经顶部除沫器5除液，再进入混合冷凝器3与冷水相混，被直接冷

58、凝后，通过大气腿7排出。不凝性气体经分离器4和缓冲罐5由真空泵6排出。2、蒸发操作的特点工程上，蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂，而溶质仍留在溶液中，因此，蒸发操作即为一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。由于溶剂的汽化速率取决于传热速率，故蒸发操作属传热过程，蒸发设备为传热设备，如图9-1的加热室即为一侧是蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾的间壁式列管换热器。此种蒸发过程即是间壁两侧恒温的传热过程。但是，蒸发操作与一般传热过程比较，有以下特点：（1）溶液沸点升高 由于溶液含有不挥发性溶质，因此，在相同温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的小，也就是说，在相同压力下，溶液的沸点比纯溶剂的高，溶液

59、浓度越高，这种影响越显著，这在设计和操作蒸发器时是必考虑的。（2）物料及工艺特性物料在浓缩过程中，溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶而形成垢层，影响传热；有些溶质是热敏性的，在高温下停留时间过长易变质；有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等，因此，在设计和选用蒸发器时，必须认真考虑这些特性。（3）能量回收蒸发过程是溶剂汽化过程，由于溶剂汽化潜热很大，所以蒸发过程是一个大能耗单元操作。因此，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。3、蒸发操作的分类（1）按操作压力分，可分为常压、加压和减压（真空）蒸发操作，即在常压（大气压）下，高于或低于大气压下操作。很显然，对于热敏性物料，如抗生素溶液、果汁等应

60、在减压下进行。而高粘度物料就应采用加压高温热源加热（如导热油、熔盐等）进行蒸发。（2）按效数分，可分为单效与多效蒸发。若蒸发产生的二次蒸汽直接冷凝不再利用，称为单效蒸发，如图7-1所示，即为单效真空蒸发。若将二次蒸汽作为下一效加热蒸汽，并将多个蒸发器串联，此蒸发过程即为多效蒸发。（3）按蒸发模式分，可分为间歇蒸发与连续蒸发。工业上大规模的生产过程通常采用的是连续蒸发。由于工业上被蒸发的溶液大多为水溶液，故本章仅讨论水溶液的蒸发。但其基本原理和设备对于非水溶液的蒸发，原则上也适用或可作参考。二、结晶动力学三、提高蒸发强度的途径1、 提高传热温度差提高传热温度差可提高热源的温度或降低溶液的沸点等角度考虑，工程上通常采用下列措施来实现：（1）真空蒸发 真空蒸发可以降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器的生产强度，同时由于沸点较低，可减少或防止热敏性物料的分解。另外，真空蒸发可降低对加热热源的要求，即可利用低温位的水蒸汽作热源。但是，应该指出，溶液沸点降低，其粘度会增高，并使总传热系数K下降。当然，真空蒸发要增加真空设备并增加动力消耗。图4-