化工原理课程设计-蒸发.

《化工原理课程设计-蒸发.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计-蒸发.（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、一、化工原理课程设计的要求和内容 1 目的和要求 要求能综合运用本课程和前修课程的基本知识,进 行融会贯通的独立思考,在规定的时间内完成指定的 化工设计任务,从而得到化工工程设计的的初步训练 ; 要求了解工程设计的基本内容,掌握化工设计的程 序和方法,培养分析和解决工程实际问题的能力; 使学生树立正确的设计思想,培养实事求是,严肃 认真,高度责任感的工作作风。 2.应提高的能力： 熟悉查阅文献资料，搜集有关数据，正确选用公 式 综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进 行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行所需 的检测和计量参数,同时还要考虑改善劳动条件和环 境保护的有效措施 准确而迅速的

2、进行过程计算及主要设备的工艺设 计计算 用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达 自己自己的设计思想和计算结果。 3.化工原理课程设计内容： (1)设计方案简介; (2)主要设备的工艺设计计算 (3)典型辅助设备的选型和计算 (4)带控制点的工艺流程图 (5)主体设备设计条件图 完整的课程设计报告由说明书和图纸两部分组成 ，设计说明书应包括所有论述、原始数据、计算、 表格等。编排顺序如下： 标题页 设计任务书 目录 设计方案简介 工艺流程草图及说明 工艺计算及主体设备 设计 辅助设备的计算及选 型 设计结果概要或设计 一览表 结束语（对本设计的 评述及建议） 参考文献目录 附图 生产工艺流程

3、图 主体设备简图 料液 加热 蒸汽 完成液 冷凝水 二次蒸汽 二、 蒸发器的设计 2.1 概述 2.1.1 蒸发及应用 (1) 蒸发：蒸发是溶液浓缩的单元操作。 它采用加热的方法，将含有不挥发性溶质 的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部 分汽化除去，从而将溶液浓缩的过程称为 蒸发。 设备：蒸发器，冷凝器 。 2019/11/25 （2）应用： 将溶液浓缩后，冷却结晶，获得固体产品 ； 浓缩溶液，获得纯净的溶剂产品； 获得浓缩的溶液产品。 (3) 几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 二次蒸汽：从溶液中蒸出的蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次

4、蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热 蒸汽。 单效蒸发流程 ： 3-中央循环管； 不凝性气体 冷却水 二次蒸汽 料液 加热蒸汽 冷凝水 完成液 水 硝酸铵水溶液蒸发流程 蒸发流程 1 2 3 4 5 1-加热管； 2-加热室； 4-蒸发室； 5-除沫器； 6-冷凝器 2.1.2 分类 按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为 热源、对热敏性物料的蒸发有利。 2.1.3 蒸发操作的特点 （1）蒸发器实质是一种两侧流体发生相变的换热

5、器； （2）溶液的沸点升高 生蒸汽温度一定时，传热温差小于加热纯溶剂时的传热温差 （3）溶剂汽化时消耗大量能量为减小能耗必须提高加热蒸 汽利用率。 （4）根据物料本身特性(如粘度、结晶性、热敏性等)合理 选择设备和操作流程。 2019/11/25 2.2 蒸发设备 主体设备：蒸发器-主要由加热室和蒸发室组成。 辅助设备：除沫器、冷凝器。减压操作时还需真空装置。 2.2.1 蒸发器的结构和特点 按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类： （1）循环型蒸发器 特点：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本 相同，接近于完成液的浓度，操作稳定。 根据引起循环的原因不同，又可分为自然循环

6、和强制循环。 自然循环蒸发器： 中央循环管式蒸发器 完成液 二次蒸气 料液 加热蒸气 冷凝水 1 2 3 4 5 1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器 中央循环管式蒸发器 优点：结构紧凑、制造方便、 传热较好、操作可靠； 缺点：循环速度在0.40.5m/s 以下，清洗和维修不方便。 悬筐式蒸发器 优点：循环速度可稍大、 易于检修、热损失较小； 缺点：结构复杂、单位传 热面的金属消耗量大； 适用：易结晶、结垢溶液 的蒸发。 1外壳 2加热蒸气管 3除沫器 4加热室 5液沫回流罐 外热式蒸发器 优点：降低了蒸发器的高度、便 于清洗和更换、循环速度较大。 外热式蒸发器

7、 列文式蒸发器 优点：气化在沸腾室进行，循环速度 大，有利于减轻或避免加热管表面的 结晶和结垢，传热效果好。 缺点：温差损失大，设备庞大，消耗 材料多，需要高大厂房。 列文式蒸发器 二次蒸汽 加热 蒸汽 冷凝水 料液 完 成 液 1 2 3 7 6 5 4 1-加热室；2-加热管；3-循环管；4-蒸发室 5-除沫器；6-挡板；7-沸腾室 强制循环式蒸发器： 利用外加动力使溶液沿一定 方向作高速循环流动 优点：适用于粘度大、易结晶 、易结垢物料的蒸发，循环速 度大小可调节，传热系数较大 。 缺点：能量消耗大。 强制循环蒸发器 加热 蒸气 冷凝水 完成液 1 2 3 4 5 1-加热室 2-循环泵

8、 3-循环管 4-蒸发室 5-除沫器 二次蒸气 （2）单程型蒸发器 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。 优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发； 温度差损失较小，表面传热系数较大。 缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降； 不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。 升膜式蒸发器 说明：不适于较浓溶液、粘度大 、易结晶、易结垢物料的蒸发。 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与升膜相比，可以 蒸发浓度较高的溶液， 对粘度较大的物料 也能适用。 缺点：结构较复杂。 （3）直接接触传热蒸发器 优点：结构简单，适用于易结晶 、易结垢和具有腐蚀性物料的蒸 发。传热效果好，热利

9、用率高。 缺点：不适用于不可被烟气污染 物料的处理，且二次蒸汽利用受 到限制。 直接接触传热(浸没燃烧)蒸发器 气汽混合物 燃料气 空气 出料 进料 1 4 2 3 1-外壳 2-燃烧室 3-点火口 4-测温管 2.2.2 除沫器、冷凝器和真空装置 （1）除沫器 作用：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。 型式： （2）冷凝器和真空装置 冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用气液直接接触的混合式 冷凝器，如逆流高位冷凝器。 真空装置：排除少量不凝性气体，维持蒸发所需要的 真空度。 水环式真空泵、喷射泵、往复式真空泵。 2.3.1多效蒸发问题分析 (1) 温度差损失和有效温度差 当完成液浓度相同时，多效

10、蒸发中各效温度差损失之和 大于单效蒸发； 即：温度差损失 多效蒸发 单效蒸发 当理论传热温度差一定时，多效蒸发的各效有效传热温 度差之和小于单效蒸发。 即：有效传热温差 多效蒸发 单效蒸发 2.3 多效蒸发的效数及流程 多效蒸发的生蒸汽经济性理论值与效数成正比，其经验 值也随效数增多而增加，但不成正比。 即：多效蒸发，可提高生蒸汽的经济性。 (2) 经济性 (3)生产能力和生产强度 在相同条件下，虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的m倍， 但生产能力小于单效蒸发； 当多效蒸发的 及各效Ai，Ki ，与单效相同时，多效蒸 发的生产强度小于单效的1/m； 为完成相同的生产任务，多效蒸发所需要的传热面积

11、大于 单效蒸发的m倍，多效蒸发经济性的提高是以增加设备费为 代价的。 即： 生产能力：多效蒸发 单效蒸发 生产强度：多效蒸发 单效蒸发 2019/11/25 (4) 多效蒸发中效数的限制和选择 传热温度差的限制； 设备费用的限制； 效数选择。 生蒸汽经济性随效数提高幅度减小， 而设备费用始终正比于效数。 选取原则：设备费用和操作费用总和最小， 通常选取23效。 单效双效 s ts 2 t2 t1 T t T=T-t 单效蒸发和双效蒸发有效 温度差的比较 tttt 1tt 2.3.2 多效蒸发流程 多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合，常见的有： 并流： 溶液与蒸汽的流向相同，称并流。 逆流：

12、 溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。 错流： 溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流 。 平流： 每一效都加入原料液的方法。 下面以三效为例加以说明： （1）并流流程 蒸汽流动方向： 123 溶液流动方向： 123 （1）并流流程 优点： 由于前效的压强较后效高，料液可借此压 强差自动地流向后一效而无须泵送； 溶液由前一效流入后一效处于过热状态会 放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生更 多的二次蒸汽，因此第三效的蒸发量最大。 缺点：后效温度低、组成高，逐效料液的粘度增加 ，传热系数下降，并导致有效温差在各效间的分配不均 。 （2）逆流流程 溶液流动方向： 321 蒸汽流动方向： 123 优点

13、： ， ， ， ， ， ， 、 对 的影响大致抵消，各效的 基本不变。 缺点： 由于前效压强较后效高， ，料液从后效往前 一 效要用泵输送。 各效进料（末效除外）都较沸点低，自蒸发不会发生， 所 需要热量大。 （3）错流流程 溶液流向： 312或 231 蒸汽流向： 123 优点：兼有逆流与并流的优点 。 缺点：操作较复杂。 （4）平流 各效分别进料并分别出料，二 次蒸汽多次利用，对易结晶的物 料较合适（因为结晶体不便在效 与效之间输送）。 三、多效蒸发的计算 （一）多效蒸发的工艺计算 主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的 主要项目有：加热蒸汽的消耗量；各效溶剂的蒸发量；各效 的

14、传热面积。 计算的已知参数包括：料液的流量、温度和组成、最终完 成液的组成、加热蒸汽的压力和冷凝器中的压力等。 三、多效蒸发的计算 （二）蒸发器的主要结构尺寸 中央循环管式蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离 室的直径和高度；加热管与中央循环管的规格、长度及在管 板上的排列方式。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果。 计算的已知参数包括：料液的流量、温度和组成、最终完 成液的组成、加热蒸汽的压力和冷凝器中的压力等。 三、多效蒸发的计算 （三）蒸发装置的辅助设备 主要包括气液分离器与蒸汽冷凝器。 三、多效蒸发系统设计任务书 （一）设计题目：_蒸发系统设计 本课程设计任务是依据实际生产情况并加以一定程度的简化 而提出的。 （二）设计任务及操作条件： 1处理能力：_吨原料液/年 2设备型式：_蒸发器 3各效蒸发器传热面积相等，各效蒸发器的热损失为加热量 的_% 4年工作日为_天，运行方式为24小时连续运行 四、多效蒸发系统设计任务书 5操作条件 (1)原料液为质量浓度为_%的_水溶液，末效完成液质 量浓度为_% (2)原料液温度为_，原料液的恒压比热容为 _kJ/(kg) (3)一次蒸汽的压强为_kPa(绝压)，蒸汽冷凝器压强为 _kPa(绝压)