蒸发器地结构与设计

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1、实用文档目录蒸发器的结构2循环型（非膜式）蒸发器2膜式（单程型）蒸发器3蒸发器的设计5蒸发器的选择 5 蒸发工艺的设计计算 5 蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计 6 蒸发装置的辅助设备的设计 84设计方R设计计R结构设11蒸发器的结构蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情 况，可将工业中常用间接加热蒸发器分为循环型（非膜式）和单程型（膜式）两大类。、循环型（非膜式）蒸发器这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓 和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和強制循环两种 类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产

2、生了密度差而引起 的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。（一）中央循环管式（或标准式）蒸发器。中央娠环聲式議发器（2）悬筐式蒸发器中央帖环畜式皴境鋸站构主莊由un:t!l室和理境京两空分枫加越室s垂宜烁束爼或， 管束中间育一直客戦大的蟹子奥工作廉理为，底料?经过垂直的加扒普面进行力口怙纳腊 丙单位体积頂冲戏热曲职衣.溟热艮.好.埶便堀冏內汽頑液佇怖上芽旦霧内小，爰度差促丽昏 頂佰环，您询.丨旳水汽向上薛员压至据谨蘇炭，以而这到淞帰的目的汽頂在鬲述室进行分离,二汶蒸汽上升，滔頑经中央苗环筲下降，加此，保证科頂不断硒环和瀬发.悬匱式蕉发器 basket 竖管式蒸发器的一种实

3、操作原理与中央循环管 式相同。液体循环发生 在外壳的内壁与悬筐的 外壁之间的环隙中，因而 热量损失较小。其特点 是加热室可以取出，便于 清理。但结构复杂，所需 材料较多外适于蒸发容 易结晶的溶液type evaporator冷咏悬筐式蒸发器二、膜式（单程型）蒸发器上述各种蒸发器的主要缺点是加热室内滞料量大，致使物料在高温下停留时间 长，特别不适于处理热敏性物料。在膜式蒸发器内，溶液只通过加热室一次即可浓 缩到需要的浓度，停留时间仅为数秒或十余秒钟。操作过程中溶液沿加热管壁呈传 热一）升膜蒸发器（一）升膜蒸发器升膜蒸发器的结构如图所示，加热室由单根或多根垂直管组成，加热管长径之 比为100一15

4、0,管径在25一50mm之间。原料液经预热达到沸点或接近沸点后， 由加热室底部引入管内，为高速上升的二次蒸汽带动，沿壁面边呈膜状流动、边进 行蒸发，在加热室顶部可达到所需的浓度，完成液由分离器底部排出。二次蒸汽在 加热管内的速度不应小于10m/ s, 般为20_50m/ s，减压下可高达100_ 160m / s或更高。H液tB-二次蒸汽：C块编液；D-加热蒸査匸E-廉液TF排空*1-加證室；2燕发室+4分离器（二）降膜蒸发器21蒸发器的设计一、蒸发器的选择二如 NUL口殍渥土斗口若蒸发浓度或粘度较大的溶液，可采用降膜蒸发器，它的加热室与升膜蒸发器 类似。原料液由加热室顶部加入，经管端的液体分

5、布器均匀地流人加热管内，在溶 液本身的重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流，并进行蒸发。为了使溶液能在壁 上均匀布膜，且防止二次蒸汽由加热管顶端直接窜出，加热管顶部必须设置加工良 好的液体分布器。随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现。在工业中常用的间接加热蒸发 器分别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、悬框式、夕卜 加热式、列文式及強制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。我们要根据蒸发的操作条件及各项要求选择合适的蒸发器。我们以中央循环管 式蒸发器为例。蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压強（或温度），冷凝器的操 作压強（或温度）的确定，正确选择

6、蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗 极为重要。二、蒸发工艺的设计计算多效蒸发工艺计算的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（生蒸汽）的消耗量，各效溶剂蒸发量，以及各效的传热面 积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸汽 的压強和冷凝器中的压強等。多效蒸发的计算一般采用试差法。（1）根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压強及 冷凝器的压強），蒸发器的形式、流程和效数。（2）根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度。（3）根据经验假设蒸汽通过各效的压強降相等，估算各效溶液沸点和有效总 差。（4

7、）根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。（5）根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相 等，重新分配有效温度差，重复步骤（3）至（5），直到所求得各效传热面积相等 为止。三、蒸发器的主耍结构工艺尺寸的设计中央循环管式蒸发器主体分为加热室和分离室，加热室由直立的加热管束组 成，管束中间为一根直径较大的中央循环管；分离室是汽液分离的空间。其主要结 构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管和循环管的规格，长度及在花 板上的排列方式等。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。我 们选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下：（1）加热管通常选用 mm5.225 x

8、，mm5.238x，mm5.357 X等几种规 格的无缝钢管，长度一般为2-6m。管子长度的选择应根据溶液结垢的难易程度， 溶液的起泡性和厂房的高度等因素综合考虑。本次设计加热管选用mm5.238 X 长度为3 m的无缝钢管。由下式估算所需管数：兀 d（L - 0.1）0式中蒸发器的传热面积,143-3.14 x 0.038（3 - 0.1） - 414dm0加热管的管径，L加热管长度，mn因加热管固定在管板上，考虑到管板厚度占据的传热面积，计算时的管长用(L-0.1) m。为完成传热任务所需的最小实际管数n只有在管板上排列加热管后才能确定。(2)循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减少的原则来

9、考虑的。其截面积 D可以取加热管总截面积的40%100%，若以表示 1循环管内径，贝对于加热面积小的蒸发器，应取较大的的百分数。(3) 加热室的内径取决于加热管和循环管的规格、数目及在管板上的排列方式。加热管在管板上的排列方式有三角形、正方形、同心圆等，目前以三角形居多。管心距t为相邻两管中心线之间的距离，t 一般为加热管外径的1.25-1.5倍。目前在换热器设计中，管心距的数值已经标准化，管子规格确定后，相应的管心距则为定值。表3-1三角形排列时加热管直径与管心距的关系d加热管夕卜径 0， mm19253857管心距,t,mm25324870加热室内径和加热管数采用作图法来确定，具体做法是：

10、先计算管束中心线上管束nc，管子按正三角形排列时，管子按正方形排列时,n = 1.19、nc式中n总加热管数(4) 分离室的直径和高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积強度有关。WV =分离室体积的计算式:3600pU式中 V 分离室的体积，m 3 ；某效蒸发器的二次蒸汽流量,kg/h;p某效蒸发器的二次蒸汽密度,kg / m 3 ;即每立方米分离室每秒钟产生的二次蒸U 蒸发体积强度，m3/(m3 -s)汽量，一般允许值为1.1 1.5 m 3 /(m 3 - s)四、蒸发装置的辅助设备的设计蒸发装置的辅助设备主要包括气液分离器与蒸汽冷凝器。(1) 气液分离器蒸

11、发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到初步分离，但为了 防止有用的产品损失或污染冷凝液体，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液体聚 集并与二次蒸汽分离，故气液分离器又称为捕沫器或除沫器。其类型很多，设置在 蒸发器分离室顶部的有简易式、惯性式及网式除沫器等，在蒸发器外部的有折流 式、旋流式及离心式除沫器等。(2) 蒸汽冷凝器汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝。当二次蒸汽为有价值的产品需要 回收或会严重污染冷却水时，应采用间壁式冷却器，如列管式、板式、螺旋板式及 淋水式等热交换器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝 器。二次蒸汽与冷却水直接接触进行热交换，其冷却效果好、结构简单、操作方 便、价格低廉，因此被广泛使用，故在本设计中选用直接接触式冷凝器。直接接触式冷凝器有多孔板式、水帘式、填充塔式及水喷射式等。