中央循环管式蒸发器项目设计方案

中央循环管式蒸发器项目设计方案

第一章设计方案的确定

蒸发是用加热的方法，在沸腾的状态下使溶液中具有挥发性的溶剂部分汽化的单元操作。蒸发操作广泛用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。

蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。

1.1 蒸发器的类型与选择

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、外加热式、列文式及强制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。本设计选择中央循环管式蒸发器。因为循环型蒸发器中的中央循环管式又称标准式蒸发器，在化学工业中应用广泛。结构和原理：其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。

这种蒸发器结构紧凑，操作可靠，传热效果好。但溶液的循环速度低，传热温差小，影响了传热。在中央循环管内安装一旋浆式搅拌器即构成强制循环蒸发器，可是液体的循环速度提高2～3倍。

1.2 蒸发操作条件的确定

1.2.1 加热蒸汽压强的确定

蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。从节能观点出发，应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源，即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。这样既可以减少锅炉产生蒸汽的消耗量，又可以减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。因此，能够采用较高温度的饱和蒸汽

作为加热蒸汽是有利的，但是通常所用饱和蒸汽温度不超过180℃，超过时相应的压强就很高，这将增加加热的设备费和操作费。

根据以上论述选加热蒸汽压强为600 kPa。

1.2.2 冷凝器操作压强的确定

若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效可采用常压或加压蒸发，此时末效产生的二次蒸汽具有较高的温度，可以全部利用。而且各效操作温度高时，溶液黏度低，传热好。若一效加热蒸汽压强低，末效采用真空操作。此时各效产生的二次蒸汽温度低，进入冷凝器需要消耗大量冷却水，而且溶液黏度大，传热差。

根据以上论述选冷凝器的压强为30kPa。

第二章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，加热蒸汽的压强和冷凝器中的压强等。

2.1 蒸发器的设计步骤

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（如加热蒸汽压强及冷凝器的压强），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强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。

（4）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，则应按下面介绍的方法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。

2.2 各效蒸发量和完成液浓度的估算

本设计任务条件是：糖水溶液处理量：890 T/d ；溶液浓度12%；温度20 ℃；完成液浓度50%。

原料液加料量 F=8901000

24⨯=37083.33 kg/h

总蒸发量 W=F(1-30x x )=37083.33×（1-0.120.50

）=28183.33 kg/h

式中：W —— 总蒸发量 kg/h ；F —— 进料流量 kg/h ；0x —— 初始液浓度；

n x —— 完成液浓度。

因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，假设各效蒸发量相等，即 1W =2W =3W =W 3

=28183.33

3=9394.44

1W 、2W 、3W 分别表示第一效、第二效、第三效蒸发量。 各效完成液的浓度为：011Fx 37083.330.12

F-W 37083.339394.44

x ⨯=

==-16.7% 2012Fx 37083.330.12

F-W -W 37083.3329394.44

x ⨯=

==-⨯24.32%

03123Fx 37083.330.12

F-W -W -W 37083.3339394.44

x ⨯=

==-⨯50%

其中：1x —— 第一效完成液浓度； 2x ——第二效完成液浓度；

3x ——第三效完成液浓度。

2.3溶液沸点和有效温度差的确定

选定加热蒸汽压强1P =600kpa ，冷凝器中的操作压强'

n P =30kpa ：

其它各效二次蒸汽的压强按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即：

n P P P n '-=

∆1

故第i 效二次蒸汽压强i P '为：

P i P P i ∆-='

1

式中 ΔP —— 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差； 1P 第一效加热蒸汽的压强；

'

n P —— 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强。

第一效 '

11P P P =-∆=600-190 kPa

第二效 '22P P P =-∆=600-2×190=220 kPa 第三效 '33P P P =-∆=600-3×190=30 kPa

由各效的二次蒸汽压强，查得相应的二次蒸汽的温度及汽化潜热列于表2-1。

表2-1不同压力下蒸汽温度和汽化潜热

2.3.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失∆/

根据各效的二次蒸汽温度'

i T 和各效完成液的组成i x ,查得各效溶液的沸点t Ai 分别为: 表2-2糖液不同质量分数对应的常压沸点升高

则各效由于溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失为：

()2

2'

'113144.2627316.216.20.220.292135.8810T a r +∆=∆=⨯⨯=⨯

℃ ()2

2'

'223119.7627316.216.20.370.422205.8610T a r +∆=∆=⨯⨯=⨯

℃ ()2

2'

'333

66.527316.216.2 1.8 1.442333.710T a r +∆=∆=⨯⨯=⨯

℃