化工原理课程设计说明书●班级：●姓名：●组员：●学号：●日期：●指导老师：目录一．概述………………………………………………………………1-1蒸发操作特点……………………………………………………1-2蒸发操作分类……………………………………………………1-3蒸发设备…………………………………………………………1-4蒸发流程示意图…………………………………………………二．蒸发设计计算……………………………………………………2-1完成液浓度和各效水分蒸发量的计算…………………………2-2各效溶液的沸点和总有效温度差估算…………………………2-3加热蒸汽消耗量的计算…………………………………………2-4传热系数的确定…………………………………………………2-5有效温差在各效的分配…………………………………………2-6蒸发器传热面积计算……………………………………………三．蒸发器主要结构尺寸计算………………………………………3-1加热管的选择和管数的初步估计………………………………3-2循环管的选择……………………………………………………3-3加热管的直径以及加热管数目的确定…………………………3-4分离室直径和高度的计算………………………………………3-5接管尺寸的确定…………………………………………………四．蒸发装置的辅助设备……………………………………………4-1气液分离器………………………………………………………4-2蒸汽冷凝器………………………………………………………4-3真空泵的选型……………………………………………………4-4预热器的选型……………………………………………………五．主要设备强度计算及校核………………………………………5-1加热室的强度校核………………………………………………5-2蒸发室的强度校核………………………………………………5-3支座的选择与强度校核…………………………………………六．设计总结…………………………………………………………6-1设计结果汇总表………………………………………………6-2设计评价………………………………………………………6-3心得体会………………………………………………………参考文献………………………………………………………………第一章概述1—1蒸发操作的特点蒸发的目的是是溶剂和溶质分离，但溶液中的含溶质的数量不变，而溶剂气化速率只取决于在传热速率，即蒸发是传热过程。
所以蒸发器也是一种换热器。
然而，和一般传热过程相比，蒸发需要注意以下几点：（1）沸点升高：蒸发的物料是溶有不挥发物质的溶液由拉乌尔定律可知，在相同温度下，其蒸发气压较纯溶剂的低，因此在相同压力下，溶液的沸点就高于纯溶剂的沸点。
故当加热温度一定时，蒸发溶液时的传热温度差就比蒸发纯溶剂的小，并且溶液的浓度越大，这种影响也越显著。
这是蒸发需要考虑的一个问题。
（2）能量的回收与利用：蒸发时汽化的溶剂量是较大的，需要消耗大量的加热蒸汽。
如何充分利用热量，使单位质量的加热蒸汽能除去较多的水分，以及如何提高加热蒸汽的经济程度（例如采用多效蒸发或其他措施），是蒸发要考虑的另一个问题。
（3）物料的工艺恶特性：蒸发的溶液本身常具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能结垢或析出结晶；有些热敏物料在高温下易分解变质；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性等等。
如何根据物料的这些特性和工艺要求选择适宜的蒸发方法和设备，也是蒸发必须考虑的问题。
1—2蒸发操作分类（1）按操作空格间的压力可分为：常压加压或减压（即真空）蒸发。
对于大多数无特殊要求的溶液，常采用常压加压或减压操作均可。
但对热敏性料液，如抗生素溶液、果汁等的蒸发，为了保证产品的质量，需要在减压下操作。
（2）按二次蒸汽利用的情况可分为单效和多效多效蒸发。
若产生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝除去的蒸发操作，称为单效蒸发。
若将二次蒸汽通到下一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，将多个蒸发器串联，使加热蒸汽在蒸发过过程中得到多次利用的蒸发过程称做多效蒸发。
1—3蒸发设备1.目前常用的间壁传热蒸发器，按溶液在蒸发器中停留的情况，大致可分为循环型和单程型两大类。
（1）循环型蒸发器：中央循环管式蒸发器、悬眶式蒸发器、外热蒸发器、列文式蒸发器。
（2）单程型蒸发器：降膜式蒸发器、升膜式蒸发器、刮板式蒸发器。
2．蒸发辅助设备：除沫器、冷凝器和真空装置。
我们这次设计采用的是三效顺流蒸发法。
顺流法其料液和蒸汽成并流。
优点：各效间有较大的压差，料液能自动从前效进入后效，因而各效间可省去输料泵；前效的操作温度高于后效，料液从前效进入后效呈过热状态，可以产生自蒸发，在各效间不必设预热器；由于辅助设备少，装置紧凑，管路短，因而温度损失；装质的操作简便，工艺条件稳定，设备维修工作减少。
缺点：由于后效的温度低、浓度大，因而料液的粘度增大，降低了传热系数。
因此对于随浓度的增加其粘度增加很大的料液是不宜采取并流的。
亦就是说并流操作只适用于粘度不大的料液。
1—4 蒸发流程示意图第二章 蒸发工艺设计计算1.水分蒸发量和完成液浓度计算总蒸发量： X 0=0.1 X n =0.4 F =5×107320×24=6510㎏/h总蒸发量：nWnW W ii==∑因为并流加热，蒸发中无额外蒸汽引出，可设 2.1:1.1:1::321=W W W W =W 1+W 2+W 3=3.3W 1W 1=1479.5㎏ W 2=1627.5㎏ W 3=1775.5㎏ X 1=001094.125.147965101.06510=-⨯=-W F FX 913.0X 2102=--W W F FX 4.003=-=W F FX X2.各效溶液的沸点和有效总温差可认为各效压力降相等，则总压力差为：∑=⨯+=-=KPaPP P K4819.1018.0400'1各效间平均压力差KPaP 16034813P ===∆∑由各校的压力差可求得各效蒸发室的压力：KPa P P P i 2401604001'1=-=∆-=KPa P P P i 80160240021'2=⨯-=∆-= KPa P P K 81''3-==根据吉辛科法，（引自《化学工程手册》第20页），△‘=0.0162 常∆rT i'（△常表示常压下沸点升高） 解得：△′=△1‘+△1"+△1"′=1.27+1.75+3.1=6.11℃查《化工工艺设计手册》可知：/10131Kg =ρm 3 /10662Kg =ρm 3 /12423Kg =ρm 3由''i Ai i T t -=∆ 得''i i Ai T t +∆= 得1.1391=A t ℃ 5.1182=A t ℃ 4.633=A t ℃（2）由静压引起的△″各效液层的平均压力为：P av =2'gLPav ρ+（取液高为1米, 管长2米)所以，KPa gLP av 6.3462.181.9120.13402P '11av =⨯⨯+=+=ρ同理P av2=186KPa P av3=26.4KPa由《化工原理》可查得对应的饱和蒸汽温度为5.138'1=av P T ℃ 9.117'2=av P T ℃9.61'3=av P T ℃ 所以7.08.1375.138'1'"11=-=-=∆T T av P ℃ 同理可得：=∆"2 1.1℃ 6.1"3=∆℃ ∑=∆4.3"℃（3）由流动阻力引起的温度差损失可取经验值1℃，所以∑=∆3"'℃综上：∑=∆5.12"'℃（4）各效料液的温度和有效总温差： 由各校二次蒸汽压力'i P 及温度差损失i∆，即可由下式估算料液的温度ii i T t ∆+='318.03.5"'1"1'11=++=∆+∆+∆=∆℃ 8.315.14.8"'2"2'22=++=∆+∆+∆=∆℃ Δ3=Δ3′+Δ3"+Δ3′′′=3.1+1.6+1=5.7℃各效料液温度为 t 1=T 1′+∆1=137.8+3=40.8℃ t 2=T 2′+∆2=116.8+1.1=118℃ t 3=T 3′+∆3=60.3+1.6=61.9℃查得400KPa 下饱和蒸汽温度为151.79℃ 气化潜热为2112.9KJ 所以有效总温差为∑Δt =(T s −T k ′)−∑Δ=(151.8−60.3)−12.4=79.1℃3．加热蒸汽消耗量和各效水分蒸发量的初步估算第一效:482.77W 1=η1=(D 1r 1r 1+FC p0t 0−t 1r 1’) 沸点进料t 0=t 1 所以 ηi =0.98−0.7Δx i 代入数据得η1=0.9540W 1=η1D 1r 1r 1‘=0.9520D 1 查《化工原理≫得t 1=140.8℃时 C水=4.287KJ Kg·Kx w <0.2时，查≪传热蒸发与冷凝操作实训≫得C P 0=C 水(1−x w 1)=3.732KJ ㎏·K第二效: W 2=η2=[W 1r 2r 2’+(FC p0−W 1C p w )t 1−t 2r 2‘]=0.9293W 1+250.22η2=0.98−0.7×(0.1913−0.1294)=0.9637 W 2=η2×[W 1r 2r 2′+(Fc P0−W 1C pw )t 1−t 2r 2′]=0.8075W 1+234.38第三效:η3=0.98−0.7△x 3=0.9.8−0.7(0.4−0.1913)=0.8339W 3=η3[W 3r 3r 3′+（F C P0−W 1C P W ）t 2−t3r 3′]=0.8339[2213.82354.3W 2+(6510×3.732−4.287W 1)×118−61.92354.3]=0.7839W 2−0.0852W 1+482.77又W 1+W 2+W 3=4882.5联立上面各式解得：W 1=161.5 W 2=1638.9 W 3=1630.1 D 1=1694.94．传热系数K 的确定（此计算K 的方法出自《化工基本过程与设备》） K 1=11α1+∑δλ+1α2取加和项热阻为壁热阻，不计蒸汽一方污垢热阻。
Σδλ=δCR πR+δR λR选38mm×2.5的无缝钢管，λ管=17.4 Σδλ=0.002517.4+0.00052.42=4.89×10−4（㎡·K ）∕W冷凝蒸汽对壁的传热系数α1=2.04√r 1ρ12λ13μ1L Δt 14（r 1：加热蒸汽冷凝热;ρ1：液膜平均温度下冷凝液浓度。