第二章 蒸发工艺设计计算

化工原理课程设计说明书

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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：

n

W

n

W W i

i

=

=

∑

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 1

W 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 X

2.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：

∑=⨯+=-=KPa

P

P P K

4819.1018.0400'

1

各效间平均压力差KPa

P 1603

4813

P ===

∆∑

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-==