. . .页脚 化工原理课程设计 –––––三效蒸发装置设计
班 级: 高073（杏） 姓 名: 彪 指导老师: 朱 国 华 . .
.页脚 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）： 3500 2、 初始温度（C）： 20 3、 初始浓度（%）： 10 4、 完成液浓度（%）： 45 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/cm2绝压） 6 5、 末效真空度（mmHg 表压） 620 设计容： 1、 蒸发器的工艺计算和结构设计 2、 混合冷凝器的设计或选型 3、 预热器的设计或选型 4、 泵的设计或选型 设计要求： 1、 画一详细（最好带控制点的）工艺流程图 2、 编写一份规的设计说明书 . .
.页脚 目录 第一章 蒸发装置的设计…………………………………………………………( 1 )
第一节 设计方案简介…………………………………………………………( 2 ) 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 )
第一节 多效蒸发的工艺计算…………………………………………………( 5 ) 第二节 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 ) . .
.页脚 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/(m2·℃)；
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 — 进料量, kg/h； — 导热系数，W/(m·℃)；
g — 重力加速度, m/s2； — 黏度，Pa·s；
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/(m2·℃)；
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 — 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/ m2； m — 平均；
Q — 传热速度, W； o — 外侧的；
r — 汽化热, kJ/㎏； p — 压强；
R — 热阻, m2·℃/W； s — 污垢的；
S — 传热面积, m2； 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/( m2·h)； △′— 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
. .
.页脚 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，将其中的挥发性溶剂部分溶化，目的主要是获得浓缩的溶液，有时也为得到纯净的溶剂。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 形式 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、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） 要有较高的传热系数，能满足生产工艺的要求。 . . .页脚 （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围为0.01~0.1Pa.s。 （2） 对于热敏性物料应选用停留时间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10%。所以不能无限制地增加效数，最适宜的效数应使设备费和操作费总和为最小。 技术上的限制效数过多，蒸发操作将难以进行。一般工业生产中加热蒸汽压强和冷凝器的