结构与要求
较简单
简单
水量 其他
较大 孔易堵塞
较大
较大 适用于腐蚀性 蒸气的冷凝
4、辅助设备结构尺寸设计
4.3封头尺寸的确定
（1）顶部封头 由《化工设备课程设计指导》[4]第21页可知，中低压化 工设备上经常使用的封头（或顶盖）大多为标准的椭圆形
封头。
所以本次设计顶盖选用标准椭圆形封头。
见《化工设备机械基 础》[5]第214页。
2、工艺计算蒸发器传热面积
多效蒸发的计算一般采用迭代计算法。
1、初步估 计各效蒸发 量和完成液 组成
见《化工单元操作课程设 计》[3]第85～90页。
2、估算各 效溶液沸 点和有效 总温差
确定各效 传热面积
ε≧0.05
3、根据热 量衡算求个 小的蒸发量 和传热速率
4、根据传 热速率方程 式计算各效 的传热面积
4、辅助设备结构尺寸设计
（2）底部封头 由《化工设备机械基础》[5]第217页可知，锥形封头
广泛用于立式容器底部以便于卸除物料。为解决边界应
力，最好的办法是在圆柱形壳体与锥形壳体之间加上一 个过渡圆弧。 所以本次设计选用带直边和折边的锥形封头。
见《化工设备机械基 础》[5]第217页。
5、设计结果汇总
5、设计结果汇总
蒸汽冷凝器结构尺寸设计
冷凝器类型 冷却水量 冷凝器的直径 淋水板数 淋水板间距 L1 淋水板间距 L2 淋水板间距 L3 淋水板间距 L4 弓形淋水板的宽度 淋水板堰高 淋水板孔径 最上层板的实际淋水孔数 其他各板的实际淋水孔数 多层多孔式冷凝器
63.75m3 / h
460 mm 5 0.462 m 0.323m 0.226 m 0.158 m 391mm / 280 mm 40 mm 10 mm 356 340
然后初步估算加热室内径，即
Di t nc 1 2b 70 16 1 2 1.4 57 1210 mm
壳体内径的标准尺寸列于表8中
表8
壳体内径/mm 最小壁厚/mm 400～700 8
壳体的标准尺寸
800～1000 10 1100～1500 12 1600～2000 14
5.2蒸发器及辅助设备的结构尺寸设计
蒸发器和接管的结构尺寸设计
加热管长度 加热管管径 循环管管径 加热室内径 加热管数目
2.0 m 57 mm 3.5 mm 610 mm12 mm 1430 mm15 mm 210 1400 mm 2658mm
分离室直径
分离室高度 溶液进出口管
加热蒸汽与二次蒸汽进出口管
106.45
20 63.76
60.1
20
完成液浓度xi / %
蒸发量 Wi / kg h -1 蒸汽消耗量 D / kg h -1 传热面积 Si / m2 经济性 Ei
18.8
2200 3217 70.62 0.68
26.0
2430
45
2703
69.27 1.10
70.90 1.11
5、设计结果汇总
3、蒸发器主要结构尺寸设计
根据初估加热室内径值和容器的公称直径系列，选
取加热室壳体内径1310mm，壁厚15mm。以此内径和
循环管外径作同心圆，在同心圆的环隙中，按加热管的 排列方式和管心距作图。如图，通过作图，求得加热管 数 n 210 ，而初步估算 n ' 207 ，其相对误差为
207 1 0.014 0.05 210
ε≦0.05
3、蒸发器主要结构尺寸设计
3.1加热管的选择和管数的初步估算
3.2循环管的选择
3.3加热室直径及加热管数目的确定
3.4分离室直径和高度的确定
3.5接管尺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的确定
见《化工单元操作课程设
计》[3]第90～94页。
3、蒸发器主要结构尺寸设计
3.3加热室直径及加热管数目的确定
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，目前以三角形排列居多。此次设计排列方式 取正三角形。不同尺寸加热管的管心距如下表
课题
KNO3水溶液三效并流 加料蒸发装置的设计
设计任务及操作条件
（1）处理能力 （2）设备形式
7.92 10 4 t/a KNO3水溶液。
中央循环管式蒸发器。
（3）操作条件
①KNO3水溶液的原料液质量分数为0.15，完成液质量分数为0.45，
o 原料液温度为80oC、恒压比热容为3.5kJ/(kg·C)。
5、设计结果汇总
封头结构尺寸设计
曲面深度 直边高度
直边高度 折边半径 半锥角
327.5mm 25mm
25mm 131mm 49o
6、装置流程图及蒸发器设备条件图
6.1三效并流加料蒸发装置流程图 6.2蒸发器设备条件图
6、装置流程图及蒸发器设备条件图
6.1三效并流加料蒸发装置流程图
6、装置流程图及蒸发器设备条件图
气速范围/m·-1 s
3～5 常压12～25（进口）
80～88 85～90 98～100
减压>25（进口） 1～4
二次蒸汽气速为25m/s，所以此次设计选用惯性式除沫器。
惯性式除沫器的原理是利用带有液滴的二次蒸气在突然 改变运动方向时，液滴因惯性作用而与蒸气分离。
4、辅助设备结构尺寸设计
4.2蒸气冷凝器
用于处理黏度不大的料液。由《化工物性算图手册》[1]第169页图2.50硝 酸盐水溶液的粘度可知，KNO3溶液的黏度不大，所以适用本流程。
示意图
1、设计方案简介
示意图：
并流加料三效蒸发的物料衡算和热量衡算示意图
1、设计方案简介
1.2蒸发器形式
中央循环管式蒸发器：
本次设计要求采用中央循环管式蒸发器，在工业上应用较广，有“标 准蒸发器”之称。其结构中，加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构 成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管。
②加热蒸汽压力为400kPa（绝压），冷凝器压力为20kPa（绝压）。
o ③各效蒸发器的总传热系数为：K1=2000W/(m2·C)， o o K2=1000W/(m2·C)，K3=500W/(m2·C)。
④各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积 相等，并忽略溶液的浓缩热和蒸发器的热损失，不考虑液柱静压和 流动阻力对沸点的影响。 ⑤每年按300天计，每天24小时连续运行。
误差不大，所以加热室的规格
选定1340 mm15 mm
。
4、辅助设备结构尺寸设计
4.1气液分离器
4.2蒸气冷凝器
4.3封头尺寸的确定
见《化工单元操作课程 设计》[3]第94～99页。
4、辅助设备结构尺寸设计
4.1气液分离器
蒸发操作时，二次蒸气中夹带大量的液体，虽在分 离室得到初步分离，但为了防止损失有用的产品或防止 污染冷凝液体，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液
⑥厂址：天津地区。
设计项目
1、设计方案简介 2、工艺计算蒸发器传热面积
目录
3、蒸发器主要结构尺寸设计 4、辅助设备结构尺寸设计 5、设计结果汇总 6、装置流程图及蒸发器设备条件图
1、设计方案简介
1.1工艺流程 1.2蒸发器形式
1、设计方案简介
1.1工艺流程
三效：
在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，对于沸点升高
较大的电解质溶液可采用3～5效，由《化工物性算图手册》[1]第304页 图5.9硝酸盐等水溶液的沸点可知，KNO3溶液沸点升高较大，所以本次 设计取3效。
1、设计方案简介
并流：
对于并流流程，后效温度低、组成高，料液的黏度逐效增加，传热系
数逐效下降，并导致有效温差在各效间的分配不均。因此，本流程只适
冷凝水出口管
48 mm 2.5 mm 562 mm10 mm
121mm 4 mm
5、设计结果汇总
气液分离器结构尺寸设计
二次蒸汽的管径 除沫器内管的直径 除沫器外罩管的直径 除沫器外壳直径 除沫器的总高度 除沫器的内管顶部与器顶的距离
541mm 541mm 812 mm 1082 mm 1082 mm 271mm
5.1多效蒸发的工艺计算
5.2蒸发器及辅助设备的结构尺寸设计
5、设计结果汇总
5.1多效蒸发的工艺计算
效数 I II III 冷凝器
加热蒸汽温度 Ti / o C
操作压力 p 'i / kPa 溶液温度（沸点）i / o C t
143.4
290.08 134.58
132.09
128.30 111.70
冷凝器形式 水气接触面积 压降/Pa 塔径范围/mm 多层多孔板式 大 1067～2000 大小均可 单层多孔板式 较小 小，可不计 不宜过大 水帘式 较大 1333～3333 ≤350 较简单，安装有 一定要求 较大 填充塔式 大 较小 ≤100 简单 水喷射式 最大 大 不宜过大 不简单，加工有 一定的要求 最大
表7 不同加热管尺寸的管心距 19 25 38 57
加热管外径d0/mm
管心距t/mm
25
32
48
70
3、蒸发器主要结构尺寸设计
由上表查得型号为 57 mm 3.5 mm 的管心距为 t 70 mm
管子按正三角形排列时，管束中心线上的管数为
nc 1.1 n ' 1.1 207 16
体聚集并与二次蒸气分离，故气液分离器又称捕沫器或
除沫器。 为节省空间，将除沫器设置在蒸发器分离室顶部， 其类型有简易式、惯性式及网式除沫器等。
4、辅助设备结构尺寸设计
表10
形式
简易式 惯性式 网式