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1、第一章蒸发装置的设计蒸发器是一种特殊的传热设备，它与一般的传热设备的区别是：需要不断 地将蒸发所产生的二次蒸汽除去，因此，蒸发器在结构上除设有用于进行热量 交换的加热室之外，还设有气液分离的蒸发室。此外，为了使蒸汽和液沫能有 效地分离，还设有除沫器。随着工业蒸发技术的发展，蒸发设备的结构与型式亦不断改进与创新，其 种类繁多，结果各异。目前，工业上常用的为间接加热蒸发器，根据溶液在蒸 发器中流动的情况，大致可将其分为循环型与单程型两类。循环型蒸发器包括 中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式与强制循环式等；单程蒸发器包括升 膜式、降膜式、升一降膜式与刮板式等。这些蒸发器结构不同，性能各异，均 有自
2、己的特点和适应场合。1.1蒸发操作条件的确定蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的 操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降 低能耗极为重要。1.1加热蒸汽压强的确定通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度，若超过了此温度物料就会变 质，破坏或分解，这是确定加热蒸汽压强的一个依据。应使操作在低于最大温 度范围内进行，可以采用加压蒸发，常压蒸发或真空蒸发。蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。从节能观点 出发，应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源，即要求蒸发装置能够提供 温度较高的二次蒸汽。这样既可以减少锅炉产生蒸汽的消耗量，又
3、可以减少末 效进入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。因此，能够采用较高温度的 饱和蒸汽作为加热蒸汽是有利的，但是通常所用饱和蒸汽温度不超过180, 超过时相应的压强就很高，这将增加加热的设备费和操作费用。一般加热蒸汽 压强在范围之内。通过上述的规定，选择作为加热蒸汽压强。1.1.2 冷凝器操作压强的确定若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效可采用常压或加压蒸发，此时末 效产生的二次蒸汽具有较高的温度，可以全部利用。而且各效操作温度高时， 溶液黏度低，传热好。若一效加热蒸汽压强低，末效采用真空操作。此时各效 产生的二次蒸汽温度低，进入冷凝器需要消耗大量冷却水，而且溶液黏度大， 传热差。根据以上
4、论述选冷凝器的真空度取。1.1.3 进料状况的确定单位时间内蒸发的水量越多，蒸发器的生产能力越好，所以，尽量使热量 尽可能多的用于蒸发水量。而进料热状况可以影响蒸发水量。进料状况影响蒸发器的生产能力：。低于沸点进料时，需消耗部分热量 将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力；。沸点进料时，通过传热面的热 量全部用于蒸发水分，生产能力有所增加；。高于沸点进料时，由于部分原 料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。根据以上论述本设计采用沸点进料。为了便于计算本设计假设冷凝水在饱和温度下排出并且二次蒸汽全部用 于下次应用。多效蒸发效数的确定蒸发过程中总的有效温度差是给定的，它是过程中最大的温度差，是加热 蒸
5、汽的冷凝温度和末效被蒸发溶液沸点温度之间的差数。由于沸点升高，每效 都有温度差损失，它使传热的有效温度差降低。装置的效数越多，有效温度差 越小。效数有一定的限度，不能超越定的总的温度差。此外，效数增加，蒸发 设备的投资也增加。因此，工业上碱液蒸发装置多取三效蒸发。1.多效蒸发流程的选择按溶液与蒸汽相对流向的不同，可分为并流、逆流、平流与错流四种。.并流 并流是工业上最常见的加料模式优点缺点溶液从压力和温度较高的蒸发器流向压力和 温度较低的蒸发器，故溶液在效间的输送可以 利用效间的压差，而不需要泵送。同时，当前 一效溶液流入温度和压力较低的后一效后，会 产生闪蒸，因而可以多产生一部分二次蒸汽。
6、此外，此法操作简便，工艺条件稳定。随着溶液从前一效逐效流向后 面各效，其组成增高，而温度 反而降低，致使溶液的黏度也 增加，蒸发器的传热系数下降。并流法操作只使用于黏度不大的料液蒸发。2.逆流料液与蒸汽呈逆流操作。优 点缺点随着料液浓度的提高，其温度相应提 高，使料液黏度增加较小，各效的传逆流操作需设置效见料液输送泵，动力消耗较大，操作比较复杂。各效热系数相差不大，故可生产较高浓度 的浓缩液。均在低于沸点下进料，没有自蒸发，与并流相比，所产生的二次蒸汽量较小。对浓缩液在高温时易分解的料液，不宜采用此流程。适合于黏度随温度和 组成变化较大的溶液，不适合于处理热敏性物料。.平流 各效都加入料液又都
7、引出浓缩液。此法除用于有结晶析出的料液 外，还可用于同时浓缩两种以上不同水溶液。.错流 它是并、逆流的结合。其特点是兼有并逆流的优点避免缺点，但 操作复杂，控制困难，应用不多。根据上述比较，对于碱溶液（黏度变化不大），本设计采用并流的方法进行蒸发。蒸发器的类型蒸发器类型结构特点优点缺点中央循环管中央循环管式蒸发器的结构紧凑、制造循环速度较低、式加热室由一垂直的加热方便、操作可靠溶液的沸点高、管束构成，在管束中央有效温度差减有一根直径较大的管小、设备的清洗子，称为中央循环管和检修不方便悬筐式加热室像个悬筐，悬挂适用于蒸发易结构复杂，单位在蒸发器壳体的下部，结垢或有晶体传热面积需要可由顶部取出，便
8、于清析出的溶液的设备材料量洗与更换。加热介质由 中央蒸汽管进入加热 室，而在加热室外壁与 蒸发器壳体的内壁之间 有环隙通道较大外热式加热室与分离室分开便于清洗与更 换可以降低蒸 发器的总高度 溶液的循环速 度大列文加热室的上部增设一沸腾室循环速度大，传 热效果好、适用 于处理有晶体 析出或易结垢 的溶液设备庞大，需要 的厂房高、由于 液层静压力大， 故要求加热蒸 汽的压力较高强制循环利用外加动力（循环泵） 使溶液沿一定方向作高 速循环流动传热系数大，对 于黏度较大或 易结晶、结垢的 物料，适应性较 好动力消耗较大升膜加热室由一根或数根垂适用于蒸发量直的长管组成较大（即稀溶 液）、热敏性与 易起
9、泡沫的溶 液，但不适于高 黏度、有晶体析 出或易结垢的 溶液降膜原料液由加热管的顶部 加入，每根加热管的顶 部均需设置液体布膜器蒸发组成较高 的溶液、适用于 黏度较大的物 料不适用易结垢 或易结晶的溶 液、传热系数较 小升一降膜升膜和降膜蒸发器装在一个外壳中适用于蒸发过 程中溶液的黏 度变化很大，水 分蒸发量不大 和厂房高度有 一定限制的场 合刮板薄膜利用旋转刮片的刮带作 用，使液体分布在加热对物料的适应性很强结构复杂、动力消耗大、传热面管壁上积选用蒸发器的结构型式应考虑一下原则：（1）要有较高的传热系数，能满足生产工艺的需求。（2）生产能力大。（3）结构简单，操作维修方便。（4）能适应所处理
10、物料的工艺特性。溶液是腐蚀性溶液，通过比较上述各种蒸发器的特点，选用中央循环管式 蒸发器。第二章三效蒸发工艺设计过程的计算多效蒸发工艺计算的主要项目有：加热蒸汽（生蒸汽）消耗量、各效水分 （或溶剂）蒸发量与各效传热面积。计算的巳知参数为：进料液的流量、温度 和浓度、最终完成液的浓度、加热蒸汽的压强和冷凝器中的压强等。其变量受 物料衡算、热量衡算、传热速率方程以与相平衡等基本关系的支配。.各效蒸发量和完成液组成的估算设计任务条件是：溶液的处理量，原料液浓度，完成液的浓度为。原料 液的温度为30 ,通过预热器原料液在第一效的沸点下加入蒸发器。第一效 的加热蒸汽压力为，冷凝器中的绝压为。原料液加料量
11、5527.8 kg总蒸发量（与X （瞿|） 3316.7占 0.30式中:总蒸发量,进料流量,原料液浓度 完成液浓度因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，假设各效蒸发量相等，即叱=W? = W5 =1105.6吗、但、也分别表示第一效、第二效、第三效蒸发量。各效完成液的浓度为：5527.8x(). 12 =0/5产-% 5527.8-1105.65527.8x0.12=0.20厂一吗一卬？5527.8-2x1105.61 / 365527.8x0.12 n=0.30其中:第一效完成液浓度产一叫 一% _电 5527.8-3x1105.6第二效完成液浓度七第三效完成液浓度.估算各效二次蒸汽温度加热蒸
12、汽压强和冷凝器中的操作压强是巳知的，其它各效二次蒸汽的压强 可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压 强之差AP为:故第效二次蒸汽压强片为:n P、一 P： 530-25P = -!-=168.3n 3第一效：巴=巴一步= 530-168.3 = 361.7第二效：* = - 2AP = 530- 2 x 168.3 = 193.4第三效：舄= -3=530-3x168.3 = 25利用 4、P；、P；可以从手册中查得相应的二次蒸汽的温度与汽化潜热 见表：表一不同压力下蒸汽温度和汽化潜热效数参数加热蒸汽第I效第n效第Ui效二次蒸汽压强2二次蒸汽的温度/气化潜热r.计
13、算各效传热温度差M各效传热温度差计算公式为：& =7；-；-,式中忆;为前一效二次蒸汽的温度（即第效加热蒸汽温度），忆为第效溶液 沸点，其计算式为：4=4+4式中为第效二次蒸汽温度，为第效温度差损失。各效温度差损失：产；+： + ，2.3.1 由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失K对于水溶液可采用杜林经验式计算:。=k4 +in=，八 fw上两式中：q指一定压强下水溶液的沸点，。C;tw对应压强下水的沸点，。C;和为常数，其值为：x2为溶液浓度，质量分数。第效：k、=1 + 0.142 xx, =1 + 0.142x0.15 = 1.0213叫=150.75X： _ 2.71m = 150.75
14、x0.152 -2.71x0.15 = 2.985如=A4;+ 网=1.0213x 139.9 + 2.985 = 145.9 Ai =tAl twi 145.9 139.9 = 6 第效：k2 =1 + 0.142 xx2 = 1 + 0.142 x 0.20 = 1.0284m2 = 150.75x22 -2.71x2 =150.75 x0.202 -2.71x0.20 =5.488 =1.0284x119.01 + 5.488 = 127.9 A2 =tA2-tW2 =127.9-119.01 = 8.9 第效：攵3 = 1 + 0.142 x. =1 + 0.142x0.30 = 1.0426/w3 =150.75x32 -2.71x31 = 150.75 xO.3O2 -2.71x0.30 = 12.755八 3 =&343 +?3 = 10426x63.3+ 12.75 = 78.8A3 =，43 tWi = 78.8 63.3 = 15.52.3.2 由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失/T某些蒸发器操作时，器内需维持一定的液位，因而液体内部压强大于液面 压强，致使实际沸点较液面为高，两者之差即为因溶液静压强引起的温度差损 失 o为简便计算溶液内部沸点升高按液面与底层的平均压强几下水的沸点 和二次蒸
