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1、 化工原理课程设计三效标准（外加热）式蒸发器的设计班 级: 轻 111 姓 名: 孟 臣 指导老师: 朱 国 华 时 间:2014.6.30-2014.7.2- 1 -化工原理课程设计任务书设计题目：三效标准（外加热）式蒸发器的设计原始数据：1、 处理量（kg/h）： 95002、 初始温度（C）： 203、 初始浓度（%）： 54、 完成液浓度（%）： 35工艺特点：1、 并流操作；2、 进料温度：3、 抽出额外蒸汽量： E1=0；E2=0；4、 加热蒸汽压强（kg/cm 2 绝压） 45、 末效真空度（mmHg 表压） 600设计内容：1、 蒸发器的工艺计算和结构设计2、 混合冷凝器的设计
2、或选型3、 预热器的设计或选型4、 泵的设计或选型设计要求：1、 画一张详细（最好带控制点的）工艺流程图2、 画一张蒸发器结构图（1 号图纸）3、 编写一份规范的设计说明书- 2 -目 录第一章 蒸发装置的设计（1）1.1设计方案简介 （2）第二章 工艺流程草图及说明 （5）第三章 工艺计算及主体结构计算（6）3.1 多效蒸发的工艺计算（6）3.2 设计一览表 （15）3.3 蒸发器的主要结构尺寸计算 （16）第四章 蒸发装置的辅助设备（21）第五章 主要设备强度计算及校核 （24）第六章 设计总结 （26） 参考文献 （27）目 录第一章 蒸发装置的设计( 1 )1.1 设计方案简介( 2
3、)第二章 工艺流程草图及说明 ( 4 )第三章 工艺计算及主体结构计算( 5 )3.1 多效蒸发的工艺计算( 5 )3.2 蒸发器的主要结构尺寸计算 ( 14 )第四章 蒸发装置的辅助设备( 19 )第五章 主要设备强度计算及校核( 22 )第六章 设计一览表及总结( 23 )参考文献( 25 ) - 1 -第一章 蒸发装置的设计本章符号说明英文字母 希腊字母c 比热容，kJ/()； 对流传热系数，W/(m 2)；d 管径, m； 温度差损失，； D 直径, m； 有限差值；D 加热蒸汽消耗量, kg/h ； 误差；e 单位蒸汽消耗量, kg/kg； 热损失系数；f 校正系数； 阻力系数；F
4、进料量, kg/h； 导热系数，W/(m)；g 重力加速度, m/s 2； 黏度，Pas；h 高度, m； 密度，kg/ m3；H 高度, m； 总和；k 杜林线的斜率； 系数。K 总传热系数, W/(m 2)； 下标L 液面高度，m ； 1、2、3 效数的序号；L 淋水板间距, m ； 0 进料量； n 效数； A 仅考虑溶液蒸汽压降低；n 管数； i 内侧的；n 第 n 效，效数序号； K 冷凝器的； p 压强, Pa； L 溶液的；q 热通量, W/ m 2； m 平均；Q 传热速度, W； o 外侧的；r 汽化热, kJ/； p 压强；R 热阻, m 2/W ； s 污垢的；S 传热面
5、积, m 2； s 秒；t 溶液的沸点, ； V 蒸汽的；t 管心距, m； W 水的； T 蒸汽的温度, ； w 壁面的。u 流速, m/s； 上标U 蒸发强度, kg/( m 2h)； 二次蒸汽的； V 体积流量, m3/s； 因溶液蒸汽压下降而引起的；W 蒸发量, kg/h； 因液柱静压强而引起的； W 质量流量, kg/s； x 溶液的质量分数第一节 设计方案简介蒸发操作是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使部分挥发性溶剂汽化，目的主要是获得浓缩的溶液或回收溶剂。蒸发装置的设计任务是：确定蒸发的操作条件、蒸发器的形式及蒸发流程；进行工艺计算，确定蒸发器的传热面积及结构尺寸。一、 蒸发器的
6、类型与选择随着工业技术的发展，新型蒸发器不断出现。在工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型和单程型两大类。循环型的蒸发器中有中央循环管式、悬筐式、外加热式、列文式及强制循环式等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升降膜式及刮板薄膜式等。本次实验主要探讨外加热式循环蒸发器，其结构特点和适用的场合如表 1-1 所示。表 1-1 外加热蒸发器的结构特点与性能型式结构特点 优点 缺点外加热式料液在加热管中沸腾形成汽液两相流，与管中未沸腾的料液间产生密度差，从而产生溶液的循环。由于循环管在加热室外部，使溶液循环具有较大的推动力1、 便于清洗和更换，同时降低了蒸发器总高度2、 循环速度大，加热面积不受限制，可
7、达数百甚至上千平方米，并可设置多个加热器加热管较长，有效温度差要求较大，限制了多效使用随着医药、生物、食品等工业的飞速发展，蒸发设备及蒸发技术不断改进和创新。其发展趋势大致有如下几个方面。 （一）开发新型、高效蒸发器新型、高效蒸发器的研究开发有如下途径：1、研制设备更加紧凑，提高液体速度，增加液膜湍动，缩短料液在设备中停留时间胡高效、节能型蒸发器。2、通过改进加热表面形状来提高加热效果。3、在蒸发器中插入不同形式的湍流元件，可使沸腾液体侧的对流传热系数提高 50%以上。4、不同结构蒸发器的组合，如长管降膜短管自然循环组合式蒸发器，不但提高了传热速率，而且减缓胃结垢速率。（二）蒸发与其他单元操作
8、相结合将蒸发与其他化工单元操作结合，构成集成式的工艺流程，如蒸发干燥、蒸发分馏、蒸发结晶等。其中最具代表性胡是强制循环蒸发结晶器及奥斯陆型蒸发结晶器，可在一个系统同时完成加热、蒸发及结晶等过程。（三）蒸发器传热的强化及防除垢技术蒸发器传热的强化及防除垢技术是科研工作者关注的课题之一。目前研究成果有：1、在蒸发器内插入多种形式的湍流元件，通过改变加热表面形状或其他增加液膜湍动措施来强化传热，并减缓结垢；2、通过改变料液性质来提高传热效果，如加入适当的表面活性剂可使总传热系数成倍提高；加入适当阻垢剂，则可抑制结垢；3、气液固三相流化床蒸发器在蒸发中的防除垢及强化传热效果十分显著，具有高效、多功能、
9、易操作等一系列优点。面对种类繁多的蒸发器，选用时主要应考虑如下原则：- 1 -（1） 要有较高的传热系数，能满足生产工艺的要求。（2） 生产能力较大。（3） 构造简单，操作维修方便。（4） 能适应所蒸发物料的工艺特性。蒸发物料的物理、化学性质常常使一些传热系数高的蒸发器在使用上受到限制。因此，在选型时，能否适应所蒸发物料的工艺特性，是首要考虑的因素。蒸发物料的工艺特性包括粘度、热敏性、结垢、有无结晶析出、发泡性及腐蚀性等。（1） 对于粘度大的物料不适宜选择自然循环型，选用强制循环型或降膜式蒸发器为宜。通常，自然循环型适用的粘度范围为 0.010.1Pa.s。（2） 对于热敏性物料应选用停留时间
10、短的各种膜式蒸发器设备，且常用真空操作以降低料液的沸点和受热程度。（3） 对易结垢的料液，宜选取管内流速大的强制循环蒸发器。（4） 有结晶析出的物料，一般应采用管外沸腾型蒸发器，如强制循环式、外加热式等。（5） 对易发泡的物料，可采用升膜式蒸发器，高速的二次蒸汽具有破泡作用；强制循环式及外加热式具有较大的料液速度，能抑制气泡生长，可采用。对发泡严重的物料，可加入微量的消泡剂。（6） 对处理腐蚀性物料的蒸发器，应选用耐腐蚀的材料，如不透性石墨及合金材料等。二、多效蒸发的效数与流程（一）效数的确定利用多效蒸发的目的，是为了充分利用热能，即通过蒸发过程中二次蒸汽的再利用，以减少生蒸汽的消耗，从而提高
11、了蒸发装置的经济性。表 1-2 为不同效数蒸发装置的蒸汽消耗量，其中实际蒸汽消耗量包括蒸发装置的各项热量损失。表 1-2 不同效数蒸发装置的蒸汽消耗量理论蒸汽消耗量 实际蒸汽消耗量蒸发 1kg 水所需蒸汽量Kg 蒸汽kg水1kg 蒸气蒸发水量Kg 水kg 蒸汽蒸发 1kg 水所需蒸汽量Kg 蒸汽kg水1kg 蒸气蒸发水量Kg 水kg 蒸汽本装置若再增加一效可节约蒸汽%单效1 1 1.1 0.91 93二效0.5 2 0.57 1.754 30三效0.33 3 0.4 2.5 25四效0.25 4 0.3 3.33 10五效0.2 5 0.27 3.7 7由上表看出，随效数增多，蒸汽节约越多，但不是效数越多越好，多效蒸发的效数受经济和技术因素的限制。经济上的限制是指效数超过一定值时经济上不合理。在多效蒸发器中，随着效数的增加，总蒸发量相同时所需的生蒸汽量减少，使操作费用降低，但效数越多，设备费用越多。而且随着效数的增加，所节约的生蒸汽量越来越少。从表 1-2 中可明显看出，从单效改为双效生蒸汽节约 93%,但由四效改为五效仅节约生蒸汽
