蒸发器设计说明书
KNO3水溶液三效并流蒸发系统设计
摘要：蒸发是化工生产中重要的单元操作，普遍应用于化工、医药、食品等行业中。本次课程设计的任务是设计三效并流蒸发装置，将10% KNO3溶液浓缩至40%，年处理量为5×104吨。采用中央循环管型蒸发器。设计工作主要包括工艺设计计算，蒸发器传热面积优化编程，蒸发器工艺尺寸的设计计算及辅助设备的选型计算，主要设备的强度校核，管道及各种连接件的选型，工艺流程图及蒸发器装配图的绘制。
关键词：三效并流蒸发装置；蒸发；KNO3
Abstract: Evaporation is an important unit operation in chemical process. It finds wide application in such fields as chemical industry, pharmaceutical industry, food industry and so on.
The task is to design a three-effect forward flow evaporation system to concentrate 20,000 ton/year of KNO3aqueous solution from 10% to 40%. Standard evaporator (evaporator with central circulation downcomer) was chosen. The major work includes calculation of the process parameters and the heat transfer area, determination of the size and structure of the evaporator, and selection of the ancillary facilities, as well as checking the strength of the main equipments and choosing appropriate pipes. The process flow chart and the assembly drawing of one evaporator were completed with the aid of Auto CAD.
Keyword: Three-effect forward flow evaporation; evaporation; KNO3
第一章概述
1.1 蒸发操作的特点
蒸发是将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使其中一部分溶剂汽化从而将溶液得到浓缩的过程。蒸发操作是将含有不挥发溶质的溶液加热至沸腾，使其中的挥发性溶剂部分溶化，目的主要是获得浓缩的溶液，有时也为了得到纯净的溶剂。
虽然蒸发的目的是使溶质与溶剂分离，但溶液中所含溶质的数量不变，而溶剂汽化速率只取决于传热速率，即蒸发是传热过程。所以蒸发器也是一种换热器。然而，和一般传热器相比，蒸发需要注意一下几点：
（1）沸点升高蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。有拉乌尔定律可知：在相同温度下，其蒸汽压较纯溶剂的低，因此在相同压力下，溶液的沸点就高于溶剂的沸点。故当加热蒸汽温度一定时，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，亦即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；有些热敏性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，选择适宜的方法和设备，也是蒸发所必须考虑的问题。
1.2 蒸发操作的分类
按操作空间的压力可分为：常压、加压或减压（即真空）蒸发。对于多数无特殊要求的溶液，采用常压、加压或减压均可。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。真空蒸发具有下列优点：（1）减压下溶液的沸点降低，因此在加热蒸汽温度一定的条件下，可以提高蒸发器的温度差，于是蒸发器的传热面积可以相应减小；
（2）由于沸点降低，可以利用低压蒸汽或废气作为加热蒸汽；
（3）可用以浓缩不耐高温的溶液；
（4）由于溶液沸点降低，蒸发器损失于外界的热量较小；
但另一方面，在真空下蒸发需要增设一套抽真空的装置以保持蒸发室的真
空度，从而消耗额外的能量。同时，随着压力的减小，溶液沸点的降低，其粘度亦随之增大，常使对流传热系数减小，从而也使蒸发器的总传热系数减小。
按二次蒸汽利用的情况可分为单效和多效蒸发。若所产生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸发操作，称为单效蒸发。如前所述，蒸发所产生的二次蒸汽是大量的，为了充分利用热能，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程中得到多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。
1.3 蒸发设备
在化工生产中，大多数蒸发器都是利用饱和水蒸汽作为加热介质，因而蒸发器中热交换的一方是饱和水蒸汽冷凝，另一方是溶液的沸腾，所以，传热的关键在于料液沸腾一侧。为了适应各种不同物性物料的蒸发浓缩，出现了各种不同结构形式的蒸发器，而且随着生产，技术的发展，其结构在不断改进。工业中常用的间壁式传热蒸发器，按溶液在蒸发器中的流动特点，可分为循环型（中央循环管式、悬筐式、外加热式、列文式、强制循环式等）和非循环型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等）两大类型。
1.3.1 循环型蒸发器
常用的循环型蒸发器主要有以下几种：
①中央循环管式蒸发器
中央循环管式蒸发器为最常见的蒸发器，其结构如图所示，它主要由加热室、蒸发室、中央循环管和除沫器组成。蒸发器的加热器由垂直管束构成，管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管，其截面积一般为管束总截面积的40%～100%。当加热蒸汽（介质）在管间冷凝放热时，由于加热管束内单位体积溶液的受热面积远大于中央循环管内溶液的受热面积，因此，管束中溶液的相对汽化率就大于中央循环管的汽化率，所以管束中的气液混合物的密度远小于中央循环管内气液混合物的密度。这样造成了混合液在管束中向上，在中央循环管向下的自然循环流动。混合液的循环速度与密度差和管长有关。密度差越大，加热管越长，循环速度越大。但这类蒸发器受总高限制，通常加热管为1～2m，直径为25～75mm，长径比为20～40。
优点：结构简单、紧凑，制造方便，操作可靠，投资费用少。
缺点：清理和检修麻烦，溶液循环速度较低，一般仅在0.5m/s以下，传热
系数小。它适用于粘度适中，结垢不严重，有少量的结晶析出，及腐蚀性不大的场合。中央循环管式蒸发器在工业上的应用较为广泛。
②悬筐式蒸发器
悬筐式蒸发器的加热室象个篮筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，并且以加热室外壁与蒸发器内壁之间的环形孔道代替中央循环管。溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。其主要特点是加热室可由顶部取出进行检修或更换，且热损失也较小。主要缺点是结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。
③列文式蒸发器
上述几种蒸发器均为自然循环型蒸发器，即靠加热管与循环管内溶液的密度差作为推动力，导致溶液的循环流动，因此循环速度一般较低，尤其在蒸发粘稠溶液（易结垢及有大量结晶析出）时就更低。列文式蒸发器的结构特点是在加热室上增设沸腾室。加热室中的溶液因受到沸腾室液柱附加的静压力的作用而不在加热管内沸腾，直到上升至沸腾室内当其所受压力降低后才能开始沸腾，因而溶液的沸腾汽化由加热室移到了没有传热面的沸腾室，从而避免了结晶或污垢在加热管内的形成。主要缺点是液柱静压头效应引起的温度差损失较大，为了保持一定的有效温度差要求加热蒸汽有较高的压力，设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房等。
1.3.2单程蒸发器
循环型蒸发器有一个共同的缺点，即蒸发器内溶液的滞留量大，物料在高温下停留时间长，这对处理热敏性物料甚为不利。在单程型蒸发器中，物料沿加热管壁成膜状流动，一次通过加热器即达浓缩要求，其停留时间仅数秒或十几秒。另外，离开加热器的物料又得到及时冷却，因此特别适用于热敏性物料的蒸发。但由于溶液一次通过加热器就要达到浓缩要求，因此对设计和操作的要求较高。由于这类蒸发器的加热管上的物料成膜状流动，故又称膜式蒸发器。根据物料在蒸发器内的流动方向和成膜原因不同，它可分为下列几种类型：
①升膜式蒸发器
升膜式蒸发器如图所示，它的加热室由一根或数根垂直长管组成。通常加热管径为25～50mm，管长与管径之比为100～150。原料液预热后由蒸发器底部进入加热器管内，加热蒸汽在管外冷凝。当原料液受热后沸腾汽化，生成二次蒸汽在管内高速上升，带动料液沿管内壁成膜状向上流动，并不断地蒸发汽化，加速流动，
气液混合物进入分离器后分离，浓缩后的完成液由分离器底部放出。
这种蒸发器需要精心设计与操作，即加热管内的二次蒸汽应具有较高速度，并获较高的传热系数，使料液一次通过加热管即达到预定的浓缩要求。通常，常压下，管上端出口处速度以保持20～50m/s为宜，减压操作时，速度可达100～160m/s。
升膜蒸发器适宜处理蒸发量较大，热敏性，粘度不大及易起沫的溶液，但不适于高粘度、有晶体析出和易结垢的溶液。
②降膜式蒸发器
降膜式蒸发器如图所示，原料液由加热室顶端加入，经分布器分布后，沿管壁成膜状向下流动，气液混合物由加热管底部排出进入分离室，完成液由分离室底部排出。
设计和操作这种蒸发器的要点是：尽力使料液在加热管内壁形成均匀液膜，并且不能让二次蒸汽由管上端窜出。
降膜式蒸发器可用于蒸发粘度较大（0.05～0.45 N·s/m2），浓度较高的溶液，但不适于处理易结晶和易结垢的溶液，这是因为这种溶液形成均匀液膜较困难，传热系数也不高。
③刮板式蒸发器
刮板式薄膜蒸发器如图所示，它是一种适应性很强的新型蒸发器，例如对高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都适用。它主要由加热夹套和刮板组成，夹套内通加热蒸汽，刮板装在可旋转的轴上，刮板和加热夹套内壁保持很小间隙，通常为0.5～1.5 mm。料液经预热后由蒸发器上部沿切线方向加入，在重力和旋转刮板的作用下，分布在内壁形成下旋薄膜，并在下降过程中不断被蒸发浓缩，完成液由底部排出，二次蒸汽由顶部逸出。在某些场合下，这种蒸发器可将溶液蒸干，在底部直接得到固体产品。这类蒸发器的缺点是结构复杂（制造、安装和维修工作量大）加热面积不大，且动力消耗大。
面对种类繁多的蒸发器，在结构上必须有利于过程的进行，结合其优缺点及适用场合，为此在选用时应考虑以下原则：
尽量保证较大的传热系数，满足生产工艺的要求。
生产能力大，能完善分离液沫，尽量减慢传热面上的垢层的生成。
结构简单，操作维修和清洗方便，造价低，使用寿命长。 能适应所蒸发物料的一些工艺特性。
综上所述，根据各蒸发器器优缺点和适用场合，本次设计中蒸发器的最优
形式确定为标准式即中央循环管式蒸发器。
1.4蒸发流程示意图
并流加料三效蒸发的物料衡算和焓衡算的示意图如下：
图 1-1 并流加料三效蒸发的物料衡算和焓衡算的示意图
已知：在三效并流加料的蒸发器中，将10%的KNO3水溶液（wt%）浓缩
到40%。原料液在第一效蒸发器20℃进料。第一效的加热蒸汽压强为0.4MPa （表压）。估计蒸发器中溶液的液面高度为2m 。当地大气压为101.3KPa ，末效真空度为81KPa 。冷却水温度：进口20℃，出口40℃。各效加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出。蒸发器热损失为本效加热蒸汽供热的3~5%。
第二章 蒸发工艺设计计算
多效蒸发工艺计算的依据是物料衡算，热量衡算以及传热速率三个基本方
程。在多效蒸发中，各效的操作压力依次降低，相应的，各效的加热蒸汽温度及溶液的沸点亦依次降低。计算的主要项目有：加热蒸汽（湿蒸汽）的消耗量、各效溶
',',111H T W ',',222H T W '
,',333H T W 1
11,,H T D 0
0,,t x F 1T 2T 13
T 22,H T 33,H T 冷凝器'1p '2
p '3
p 2
3
'n
p 1
1,t x 2
2,t x 3
3,t x
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，加热蒸汽中的压强和冷凝器中的压强等。
蒸发器的设计计算步骤多效蒸发的计算一般采用迭代计算法。
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（或满足预先给出的精度要求）为止。
本设计的条件：
设计一个连续操作的三效并流蒸发装置，将溶液浓度为10%的KNO3水溶
液浓缩至40%。已知原料液量为50kt/a ；，20℃进料。加热介质采用500 kPa(绝压)的饱和水蒸气，冷凝器操作压力为20 kPa(绝压)。三效的传热系数分别为K1 =2000W/(m2·℃)，K2 =1000W/(m2·℃), K3 =500W/(m2·℃),原料液比热容为KJ/(Kg ·℃),各效蒸发器中液面高度为2m 。各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效转热面积相等，并忽略热损失。每年按320天计算，每天24小时连续运行。
2.1 完成液浓度计算 原料液进料流量：h kg F /42.651024
32050000000
=?=
总蒸发量：h kg X X F W /82.4882)4
.01.01(42.6510)1(30=-=-=
由于并流加料，蒸发系统中无额外蒸汽引出，可设 3.1:2.1:1::321=W W W
又 h kg W W W /82.4882
321=++ 解得 h kg W /64.1479
1=
h kg W /61.162764.1479
1.12=?= h kg W /57.177564.1479
2.13=?= 因此初步估算各效完成液的浓度：
1294.064.147942.65101.042.6510101=-?=-=W F Fx x
1913.061.167264.147942.65101.042.6510210
2=--?=--=W W F Fx x
4.03=x
2.2 各效溶液的沸点和总有效温度差估算 第一效的加热蒸汽压强为：
)(3.5013.101104.03绝压kPa =+? 末效冷凝器的绝压为 ：
)(3.20813.101绝压kPa =- 汽化热：
kg kJ r /91.2112=
设各效间的压强降相等，则总压强差为：
∑=-=-=?kPa p
p p k
4813.203.501'
1
各效间的平均压强差为：
kPa p p i 3.1603
4813==?=
?∑ 根据各效的压强差求得各效蒸发室的压强为：
kPa p p p i 3413.1603.5011'1=-=?-= kPa p p p i 7.18023.1603.50121'2=?-=?-=
由各效的二次蒸汽压强从手册中查相应的二次蒸汽的温度和汽化热，见表
2-1。
表2-1 二次蒸汽的温度和汽化热
效数 参数
1 2 3 二次蒸汽压强i p '/
kPa 3
41 180.7 2
0.3 二次蒸汽温度i T '/℃
1
1
6
37.8
16.8 0.2 相应的汽化潜热＇
i
r kJ /kg （）
2
155 2214
2
354.6
*注：其中二次蒸汽温度即为下一效加热蒸汽温度，二次蒸汽汽化热即为
下一效加热蒸汽的汽化热。
多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：()1k
t T T '?=--?∑
∑
式中 t ?∑——有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃。
1T ——第一效加热蒸汽的温度，℃；
k
T '——冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃；
?∑——总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。
多效蒸发中各效温度差损失的计算可用：
''''
''?+?+?=? '?为溶液蒸汽压下降引起的温度差损失。 ''?为液层静压效应引起的温度差损失。
'''?为蒸汽流动中的阻力和热损失而引起的温度差损失。
2.2.1 各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失'? 方法一：杜林规则法
杜林规则（Dnhring’s rule ）:某种溶液的沸点和相同压强下标准液体（一般
为水）的沸点呈线性关系。在以水的沸点为横坐标，该溶液的沸点为纵坐标并以溶液的浓度为参数的直角坐标图上，可得一组直线，称为杜林直线。
利用杜林线图，可根据溶液的浓度及实际压强下水的沸点查出相同压强下
溶液的沸点，从而可以得出 '?值。
方法二： 根据杜林规则也可以计算液体在各种压强下沸点的近似值。此
法的依据是：某液体在两种不同压强下两沸点之差A1A2t t -（）与水在同样压强下两沸点之差B1B2t t -（），其比值为一常数,即：
A1A2B1B2t t k
t t -=-（）（），
求得k 值，其他任意压强下的沸点A t '可一由下式求得，即:
A A1B1
B t t k(t t )''=--
所以，不要杜林线图也可以计算出溶液的 '?值。 方法二： 校正系数法
0f ''?=?
式中 0'?——常压下由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失，℃； 某些溶液在常压下的沸点A t 值可以从手册查得；
f ——校正系数，量纲为一； 一般2
1(T 273)f 0.0162
r '+='
式中 1T '——操作压强下水的沸点，亦即二次蒸汽的饱和温度，℃； r '——操作压强下二次蒸汽的汽化热，kJ /kg 。
由于我们组找不到硝酸钾的杜林曲线以及不同压强下的沸点，所以我们是
根据方法三来计算的。
在化工原理附录5 P407查到不同质量分数在101.3kPa 下的沸点，如下： 表2.2 不同质量分数的硝酸钾水溶液在101.3kPa 下的沸点
质量
分数/%
13.19
23.66
32.23
39.20
4
5.10
沸点
/℃
101 102 103 104 105 根据上表，推算得到：
12.94%的3KNO 的沸点
19.13%的3
KNO 的
沸点
40%的3KNO 的沸点
℃98.100)100101(%
0%19.13%
0%94.121001=-?--+=A t ℃
57.101)101102(%
19.13%66.23%
19.13%13.191012=-?--+
=A t ℃
14.104)104105(%
20.39%10.45%
20.39%401043=-?--+
=A t 268
.12155
)2738.137(0162.02
1=+?=f 1112.12214)2737.116(0162.02
2=+?=f 7638
.06.2354)2732.60(0162.02
3=+?=f
则操作压强下由于溶质的存在引起的沸点升高：
所以：
(2)各效由于溶液静压强所引起的温度损失： 根据
管长取3米，取液位高度为2米 查相关手册，得：
密度 12.94%的KNO 3水溶液的相对密度1.0358 19.13%的KNO 3水溶液的相对密度1.0762 40%的KNO 3水溶液的相对密度1.2130
平均压强P m 下水的沸点：
P m1下：
P m2下：
C f
2439.1)1009810.100
(268.1'01'1'1=-?=?=?C f 1588.3)1001356.104(7638
.0'03'1'1=-?=?=?C f 7416.1)1005673.101(1112
.1'02'1'1=-?=?=?C C
14.61433.61588.37416.12439.1'≈=++=?∑2
'gl P P m ρ+=KPa
p m 16.3512281.90358.13411=??+=KPa
p m 26.19222
81.90762.17.1802
=??+=KPa
P m 20.322
2
81.92130.13.203=??+=℃91.138)8.1384.143(350400350
16.3518.1381=-?--+=am t ℃
81.118)6.1162.120(180
200180
26.1926.1162=-?--+
=am t
P m3下：
二次蒸汽压强下水的沸点：
所以
（3）流体阻力产生压强降所引起的温度差损失，每效取1℃，
则
所以总的温度差损失为
（4）各效溶液的沸点和有效总温度差 溶液的沸点为
℃
37.68)5.660.75(30
4030
20.325.663
=-?--+
=am t ℃
81.137)3.1338.138(300
3503003413.1331=-?--+=A t ℃73.116)6.1162.120(180200180
7.1806.1162
=-?--+=A t ℃
29.60)1.603.66(20
.30203.201.603=-?-+=A t A
am t t -=?''℃
℃℃10.181.13791.13811''1=-=-=?A am t t ℃℃℃08.273.11681
.11822'
'2=-=-=?A am t t ℃℃℃08.829.6037.6833''3=-=-=?A am t t ℃
℃℃℃34.3110.124.1'
''1''1'11=++=?+?+?=?℃℃℃℃’‘’‘’‘’‘26.1108.808.210
.1321=++=?+?+?=?℃3'
''=?∑℃
℃℃℃40.20326.1114.6'
'''
''
=++=?
+?+?=?∑∑∑∑i i i T t ?+=
则
有效总温度差
3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算。
对每一效作热量衡算。假定加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，作热量
衡算，得：
对于KNO 3,又忽略溶液稀
释热
假设在第一效蒸发器前加一预热器，采用沸点进料，此时t 0=t 1，则
Q L 为本效加热蒸汽供热的3~5%，取4%，则可取热利用系数
则
第2效：
℃℃℃℃82.4108.274.1'''2''2'22=++=?+?+?=?℃
℃℃℃24.12108.816.3'
''3''3'33=++=?+?+?=?℃℃℃14.14134.38.1371=+=t ℃℃℃52.12182.47.1162=+=t ℃
℃℃44.7224.122.603=+=t ∑∑=--=?--=?℃20.7140.20)2.608.151()('
1k T T t L
Q DhW h W F W H Fh DH ++-+=+1'0)(r
Q t t FC Wr D C
+-+=
)(010r
Q Wr D L
+=
'%961=η11'111119412.0215591
.211296.0D D r r D W =?==η
溶
液溶解的热效应不大，按比热容线性加和原则
料液
所以：
同理，第三效的热衡算式为
又
4估算蒸发器的传热面积
'22
110'22122)([r t t C W FC r r W W PW P --+=η)
1()1(0000X C X C X C C W B W -≈+-=)
..(7683.3)1.01(187.4)1(1100--=-?=-=K Kg KJ X C C W P 1
1..187.4--=K
Kg KJ C W 7119.2088988.0]4082.2179362.0[96.0]2214
52
.12114.141)187.47683.342.6510(22142155[96.011112+=+=-?-?+?=
W W W W W 9227.4900838.08189.0]
6
.235444.7252.121)187.4187.47683.342.6510(6
.23542214
[96.0])([122
12'
332210'33233+-=-?-?-?+?=---+?=W W W W W r t t C W C W FC r r W W PW
PW P ηh
kg W W W /815.4882321=++h
kg W /76.15721=h
kg W /80.16212=h kg W /67.1687
3=h kg D /01.16711=?
误差为
5重新分配各效的有效温度差
重新分配有效温度差，得
6重复上述计算步骤
2
5
33'23335
3'2232
522'122253'
112251111531
11
07.4526
.44500109740.926.4444.727.116109740.93600102214795.1621r m 83.5728.161000104147.928.1652.1218.137104147.93600102155756.1572r m 00.4666.102000108075.966.1014.1418.151108075.936001091.2112012.1671m S t T t T t w W Q S t T t T t w
W Q S t T t w
r D Q t K Q S i
i i
i =??==-=-=-=??=÷??===??==-=-=-=??=÷??===??==-=-=??=÷??==?=℃
℃
℃
22.083
.5707
.4511max min =-=-
S S 233221113.482.7126.4407.4528.1683.5766.1000.46m t
t S t S t S S =?+?+?=
??+?+?=∑℃
℃℃45.4126.4413.4807.4556.1928.1613.4883.57t 19.1066.1013.4800
.4633'32
2'
211'1=?=?=?=?=?=?=?=?=
?t S S t t S S t S S t
由所求得的各效蒸汽量，求各效溶液的组成，他们分别为：
(2)计算各效溶液沸点 因为末效的沸点不变
第三效加热蒸汽温度
由第二效的二次蒸汽温度
校正系数
常压下，第二效19.55%的KNO 3沸点
由于操作压强下引起的沸点升高
第二效沸点
1955.0264.1614576.156642.65101
.042.65101317
.0576.156642.65011.042.65102102101=--?=--=
=-?=-=W W F FX X W F FX X ℃44.72t 3=℃
89.11245.4144.72'333=+=?+=t t T 1955.089.1132'2==X T ℃及0922
.11746
.2220)
27389.113(0162.02
2=+?=
f ℃
6074.101)101102(%
19.13%66.23%19.13%55.191012
=---+=A t ℃7556.1)1006074.101(0922.1)100(22'2=-?=-=?A t f ℃℃73.1177256
.11708.27556.189.113t 2≈=++=
同理 由
常压下，第一效，13.17%的KNO 3沸点
所以第一效沸点
或
说明溶液的各种温度差损失变化不大，不必重新计算
故有效总温差仍为
1 2 3
℃
℃℃，而29.13856.1973.118t 56.1973.118t '222'
22=+=?+==?=t T t 2789
.11368
.2153)27329.139(0162.01317.0,29.139T 211'1=+?===f X 校正系数
及℃℃
℃
2770.1)1009985.100(2789.1)100(9985.100)100101(%
0%19.13%
0%17.1310011'11=-?=-=?=-?--+
=A A t f t ℃℃67.1416670.14110.12770.129.1391≈=++=t ℃
601.14119.10791.151'111=-=?-=t T t ∑=?℃
2.71t
温差重新分配后各效温度情况如下：
各效的焓衡算
T 1'=139.29℃ r 1'=2150.77kJ/kg T 2'=113.89℃ r 2'=2221.89kJ/kg T 3'=60.2℃ r 3'=2354.6kJ/kg 第一效 第二效
第三效
加热蒸汽/℃ T 1=151.791 T 2=138.29 T 3=112.89 温 差/℃ △t 1'=10.19 △t 2'=19.56 △t 3'=41.45 溶液沸点/℃
t 1=141.67
t 2=118.73
t 3=72.44
111
19431.077
.215091.211296.096.0D D W =?==η
82.2428878.0]
89.222173.11867.141)
187.47683.342.6510(89.222177
.2150[96.0])([96.0111'2
2
110'2212+=-?-?+??=--+=W W W r t t C W FC r r W W PW P
误差如下
相对误差均小于0.05，古计算的各效蒸发量W 结果合理，其各效溶液浓
度无明显变化，不必再算。
计算蒸发器的面积
99
.4620790.08276.0]
6
.235444
.7273.118)187.4187.47683
.343.6510(6
.235489
.2221[
96.0])([12212'3
3
2210'33233+-=---?+?=---+?=W W W W W r t t C W C W FC r r W W PW PW P ηh
Kg D h Kg W h Kg W h Kg W W W W /51.1657/95.1688/65.1630/20.1563815.48821321321=====++0008
.095
.168867
.168710054.065.163080.162110061.020.156376.15721=-
=-=-℃
℃
56.19103391.93600/1077.215020.1563r m 73.4719.102000107282.919.10107282.93600/1091.211251.1657'253'1122
5
1'15
3111=??=??===??==??=??==t w
W Q S t w r D Q
误差
试差结果合理，取平均面积
第三章 蒸发器主要结构尺寸计算
中央循环管蒸发器的结构如图所示。蒸发器主
体为加热室和分离室。加热室由直立的加热管数所组成，管束中间为一根直径较大的中央循环管。分离室是气液分离的空间。中央循环管式蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管与中央循环管的规格、长度及在管板上的排列方式。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。
图3-1 中央循环管式蒸发器
05.0017.056
.4873
.4711max min ≤=-=-
S S 2
01.48m S =2
6
3'
363'2232
5
2m 56.4845.41500100064.145.41100064.13600/1089.222165.1630r m 75.4756.191000103391.9=??==??=??===??=S t w
W Q S ℃
双效蒸发课程设计课件
食品工程原理课程设计说明书@ 设计题目：番茄汁双效并流蒸发装置的设计 姓名：张馨月 [ 班级： 2014级食品科学与工程(1)班 学号： 123 指导教师：张春芝 日期： 2016年5月21日 ， [
目录 前言 (4) 设计题目 (4) ~ 蒸发流程特点 (4) 设计任务及操作条件 (4) 设备型式： (4) 操作条件 (4) 2.设计项目 (5) 设计方案简介： (5) 蒸发器的工艺计算： (6) 估算各效蒸发量和完成液浓度 (6) ！ 估计各效溶液的沸点和有效总温度差的估算 (6) 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (10) 蒸发器传热面积的估算 (12) 有效温差的再分配 (13) 重复上述计算步骤 (13) 计算结果列表 (17) 3.蒸发器的主要结构尺寸设计 (18) 加热管的选择和管数的初步估计 (18) # 循环管的选择 (18) 加热室直径及加热管数目的确定 (19) 分离室直径与高度的确定 (20) 接管尺寸的确定 (21) 番茄汁的进出口 (22) 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口 (22) 冷凝水出口 (22) 4.蒸发装置的辅助设备 (23) $ 气液分离器 (23) 蒸汽冷凝器 (24) 泵的选型 (25)
5.番茄汁双效并流加料蒸发装置的流程图和蒸发器设备工艺简图 (26) (26) 6.设计总结 (27) 7.参考文献 (28)
前言 设计题目 番茄汁双效并流加料蒸发装置的设计。 蒸发流程特点 蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。蒸发具有它独特的特点：从传热方面看，原料和加热蒸汽均为相变过程，属于恒温传热：从溶液特点分析，有的溶液有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合，粘度高、腐蚀性强；从传热温差上看，因溶液蒸汽压降低，沸点增高，故传热温度小于蒸发纯水温度差；从泡沫夹带情况看，二次蒸汽夹带泡沫，需用辅助仪器除去；从能源利用上分析，可以对二次蒸汽重复利用等。这就需要我们从五个方面考虑蒸发器的设计。 随着工业蒸发技术的发展，蒸发器的结果和形式也不断的改进。目前蒸发器大概分为两类：一类是循环型，包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；另一类是单程型，包括升膜式、降膜式、升——降膜式等。这些蒸发器形式的选择要多个方面综合得出。 现代化工生产实践中，为了节约能源，提高经济效益，很多厂家采用的蒸发设备是多效蒸发。因为这样可以降低蒸汽的消耗量，从而提高蒸发装置的各项热损失。多效蒸发流程课分为：并流流程、逆流流程、平流流程及错流流程。在选择形式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。 设计任务及操作条件 设备型式：中央循环管式蒸发器。 图1-1 中央循环管式蒸发器
蒸发器的设计计算
蒸发器设计计算 已知条件：工质为R22，制冷量kW 3，蒸发温度C t ?=70，进口空气的干球温度为C t a ?=211，湿球温度为C t b ?=5.151，相对湿度为34.56=φ％；出口空气的干球温度为C t a ?=132，湿球温度为C t b ?=1.112，相对湿度为80=φ％；当地大气压力Pa P b 101325=。 （1）蒸发器结构参数选择 选用mm mm 7.010?φ紫铜管，翅片厚度mm f 2.0=δ的铝套片，肋片间距 mm s f 5.2=，管排方式采用正三角排列，垂直于气流方向管间距mm s 251=，沿 气流方向的管排数4=L n ，迎面风速取s m w f /3=。 （2）计算几何参数 翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为 mm d d f o b 4.102.02102=?+=+=δ 沿气流方向的管间距为 mm s s 65.21866.02530cos 12=?=?= 沿气流方向套片的长度为 mm s L 6.8665.21442=?== 设计结果为 mm s L 95.892565.2132532=+?=+= 每米管长翅片表面积： f b f s d s s a 100042221? ??? ?? -?=π ()5 .21000 4.10414.36 5.212522???? ???-??= m m 23651.0=
每米管长翅片间管子表面积： f f f b b s s d a ) (δπ-= ()5 .21000 2.05.24.1014.3? -??= m m 203.0= 每米管长总外表面积： m m a a a b f of 23951.003.03651.0=+=+= 每米管长管面积： m m d a i i 2027.0)20007.001.0(14.3=?-?==π 每米管长的外表面积： m m d a b b 2003267.00104.014.3=?==π 肋化系数： 63.14027 .03951 .0== = i of a a β 每米管长平均直径的表面积： m m d a m m 2 02983.020086 .00104.014.3=?? ? ??+?==π （3）计算空气侧的干表面传热系数 ①空气的物性 空气的平均温度为 C t t t a a f ?=+=+= 172 13 21221 空气在下C ?17的物性参数 3215.1m kg f =ρ
蒸发器尺寸设计
蒸发器工艺尺寸计算? 加热管的选择和管数的初步估计 1加热管的选择和管数的初步估计 蒸发器的加热管通常选用38*2.5mm无缝钢管。 加热管的长度一般为0.6—2m，但也有选用2m以上的管子。管子长度的选择应根据溶液结垢后的难以程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑，易结垢和易起泡沫溶液的蒸发易选用短管。根据我们的设计任务和溶液性质，我们选用以下的管子。 可根据经验我们选取：L=2M，38*2.5mm 可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n’， =124（根） 式中S=----蒸发器的传热面积，m2，由前面的工艺计算决定（优化后的面积）； d0----加热管外径，m；????? L---加热管长度，m；? 因加热管固定在管板上，考虑管板厚度所占据的传热面积，则计算n’时的管长应用（L—0.1）m. 2循环管的选择 ???? 循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减小的原则考虑的。我们选用的中央循环管式蒸发器的循环管截面积可取加热管总截面积的40%--100%。加热管的总截面积可按n’计算。循环管内径以D1表示，则 所以mm 对于加热面积较小的蒸发器，应去较大的百分数。选取管子的直径为：循环管管长与加热管管长相同为2m。 按上式计算出的D1后应从管规格表中选取的管径相近的标准管，只要n和n’相差不大。循环管的规格一次确定。循环管的管长与加热管相等，循环管的表面积不计入传热面积中。 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、数目及在管板撒谎能够的排列方式。 ?? 加热管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圆排列。根据我们的数据表加以比较我们选用三角形排列式。 管心距t为相邻两管中心线之间的距离，t一般为加热管外径的1.25—1.5倍，目前在换热器设计中，管心距的数据已经标准化，只要确定管子规格，相应的管心距则是定值。我们选用的设计管心距是：???? 确定加热室内径和加热管数的具体做法是：先计算管束中心线上管数nc，管子安正三角形排列时，nc=1.1* ；其中n为总加热管数。初步估计加热室Di=t(nc-1)+2b’,式中b’=(1—1.5)d0.然后由容器公称直径系列，试选一个内径作
MVR蒸发器方案
MVF蒸发结晶系统 设计方案 设计单位：广州市捷晶能源科技有限公司委托单位：浙江卓 锦工程技术有限公司编号：CE2012-0425 编制日期：二0 一二年十二月二日 目录 一、公司简介 二、技术背景 三、浓缩介质 四、设计思想 五、蒸发工艺比较与选择 六、工艺说明 七、设备材质选择
八、整套系统流程方框图 九、设备设计主要工作技术参数十、配套设备主要技术特点 十一、安装与调试 十二、主要设备设计参数 十三、设备制造周期 十四、随机文件 十五、甲方提供必备的条件 十六、设备使用期限 十七、设备总造价 十八、设备主要配置 十九、制造商承诺 二十、设计分工及资料交付 保密义务 一、公司简介：广州市捷晶能源科技有限公司（以下简称广州捷晶能源），是一家由留学生发起创建的专业系统节能以及提供全流程零排放的公司（以蒸发器为核心产品），公司位于广州创新基地科学城创新大厦。 公司成立以来，整合国内外多方资源，公司聚集了国外留学人才、国内专业蒸发器、控制系统、安装调试等各方面人才，形成老、中、青结合阶梯型人才队伍，为公司的现在、和将来的发展奠定了坚实的基础。公司技术实力雄厚，拥有先进实验室，中试设备，为客户提供切实可行的全程解决方案。 公司以MVR/MV蒸发器、离子交换、膜技术为公司实施工艺蒸发浓缩以及高浓度废水零排放方案的支点，以切实可行的完整工艺解决方案为基础，为企业提供全方位的节能和废水零排放服务，公
司其主要业务分为两大类，其一是在工艺上需要使用MVR/MV蒸发器：化工、中药、味精、柠檬酸、淀粉糖、酵母、食品加工、果汁等需要使用蒸发器的企业，提供专业MVR/MV蒸发器解决方案，为客户提高产品品质和降低产品的能源成本，提高企业的竞争力。其二是在工业废水处理上需要使用MVR/MV蒸发器：氨氮废水、垃圾渗透液、乳化液废水、电镀废水、以及相关高浓度有机、无机废水，我公司提供全程零排放方案，通过合理应用MVR/MV蒸发技术、离子交换以及 膜技术各自的优势，不但可大幅降低废水处理成本，回收废水中有用物质，且能确保出水达到国家一级排放标准。 公司提供小试、中试、交钥匙工程等服务。公司以诚信、创新、公平为经营理念，以知必行，行必果为服务理念，共同创造双赢的合作模式。 二、技术背景： 蒸发器是广泛地被应用于食品加工、果汁浓缩、饮料生产、乳品生产、化工行业、制药行业、废水处理、环保工程等领域的一种蒸发浓缩设备。目前国内生产的蒸发设备主要为传统蒸发器，该种蒸发器具有能耗高、占地面积大、自动化程度低、操作难度高等缺点。而由我公司研发的机械式蒸汽压缩（MVR蒸发器，其原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的压力和温度，被提高热能的二次蒸汽打入加热器对原液再进行加热，受热的原液继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的蒸发状态。由于本系统循环利用二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部鲜蒸汽，大大节省了蒸发系统的能耗。通过PLG工业计算机（FA、组态等形式来控制系统温度、压力、马达转速，保持系统蒸发平衡。从理论上来看，使用MVF蒸发器比传蒸发器节省60%-80%以上的能源，节省95%以上的冷却水，减少50%以上的占地面积。设备原理意图如下：
升膜蒸发器设计计算说明书
《食品工程原理》课程设计 目录 一《食品工程原理》课程设计任务书 (1) (1) ........................................................................................................................................... ．设计课题 (2) (2) ........................................................................................................................................... ．设计条件 (2) (3) ........................................................................................................................................... .设计要求 (2) (4) ........................................................................................................................................... .设计意义 (2) (5) ........................................................................................................................................... .主要参考资料.. (3) 二设计方案的确定 (3) 三设计计算 (4) 3.1. ......................................................................................................................................... 总蒸发水量 (4) 3.2. ......................................................................................................................................... 加热面积初算. (4) ( 1)估算各效浓度 (4) ( 2)沸点的初算 (4) ( 3)温度差的计算 (5) (4)计算两效蒸发水量V，V2及加热蒸汽的消耗量S (6) (5)总传热系数K的计算 (7) ( 6)分配有效温度差，计算传热面积 (9) 3.3. ............................................................................................................................................ 重算两效传热面积.. (10) ( 1)第一次重算 (10) 3.4 计算结果 (11) 四蒸发器主要工艺尺寸的计算 (13)
多效蒸发器设计计算
多效蒸发器设计计算 （一） 蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （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 器压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器）、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组成。 （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），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 （二） 蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量 （1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W 1 + W 2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即 （1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 p ?1p k p '∑∑? -'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?
课程设计-蒸发器
过程设备原理课程设计 题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计 学院：制造科学与工程学院 系别: 过程装备与控制工程 班级: 过控1102 学生姓名：周伟 学号： 20116201 指导老师：张健平 设计时间： 2014/7/4
《过程设备原理课程设计》任务书 题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计 一、设计原始数据 （1）设计任务：处理量：7.92×104（吨/年）（7.92×104，9.95×104，1.667×105）； 料液浓度： 4.7% （4.7％，10.6%）质量%； 产品浓度：23.7% （23.7%，30%）质量%； 加热蒸汽温度151 （℃）（151，158.1）； 末效冷凝器的温度49 （℃）（49，59.6）。 （2）操作条件：加料方式：三效并流加料； 原料液温度：第一效沸点温度； 各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060kg/m3，ρ=1239kg/m3； 3 加热蒸汽压强：500kPa； 冷凝器压强：20kPa； 各效蒸发器的总传热系数：K1=1500W/（m2?K）， K2=1000W/（m2?K）， K3=600W/（m2?K）； 各效蒸发器中液面的高度：1.5m； 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，并忽略热损失。 （3）设备型式：中央循环管式蒸发器。 （4）厂址：四川绵阳。 （5）工作日：每年300天，每天24小时连续运行。 二、基本要求 （1）设计方案的简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （3）蒸发器的主要结构尺寸设计。
化工原理课设 双效蒸发
化工原理课程设计 题目稀碱液NaOH的双效外加热式装置的设计 班级 学号 * * * * * * * * * * * * 姓名 * * * 指导教师陈少虎 完成日期
目录 第一部分设计任务书…………………………………………………………* 第二部分前言…………………………………………………………………* 第三部分符号说明……………………………………………………………(* 第四部分流程的确定及说明……………………………………………………* 第五部分设计计算书……………………………………………………………… * (一) 设计条件…………………………………………………………* (二) 计算过程…………………………………………………………* 5.2.1计算各效蒸发量及完成液的浓度……………………………* 5.2.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差………………………* 5.2.3估算各效温度差损失…………………………………………* 5.2.4各效溶液沸点及有效温度差…………………………………* 5.2.5加热蒸汽消耗量及各效蒸发量………………………………* 5.2.6传热面积………………………………………………………* 5.2.7重新分配有效温差……………………………………………* 5.2.8对各种温度差进行重新计算…………………………………* 5.2.9重算加热汽消耗量及各效蒸发量……………………………* 5.2.10重算传热面积…………………………………………………* (三) 蒸发器的主要结构尺寸…………………………………………* 5.3.1加热管的选择和管数的初步估计…………………………* 5.3.2蒸发装置的辅助设备及换热器选用………………………* 5.3.3蒸发器各尺寸的确定…………………………………* 5.3.4有关计算说明……………………………………………* 第六部分设计成果及讨论……………………………………………………* 第七部分参考文献……………………………………………………………*
降膜蒸发器设计
齐齐哈尔大学 蒸发水量为2000的真空降膜蒸发器 题目蒸发水量为2000的真空降膜蒸发器 学院机电工程学院 专业班级过控133 学生姓名戴蒙龙 指导教师张宏斌 成绩 2016年 12月 20日
目录 摘要............................................................ I II Absract............................................................ I V 第1章蒸发器的概述. (1) 1.1蒸发器的简介 (1) 1.2蒸发器的分类 (1) 1.3蒸发器的类型及特点、 (2) 1.4蒸发器的维护 (5) 第2章蒸发器的确定 (6) 2.1 设计题目 (6) 2.2 设计条件： (6) 2.3 设计要求： (6) 2.4 设计方案的确定 (6) 第3章换热面积计算 (7) 3.1.进料量 (8) 3.2.加热面积初算 (8) 3.2.1估算各效浓度: (8) 3.2.2沸点的初算 (8) 3.2.3计算两效蒸发水量，及加热蒸汽的消耗量 (9) 3.3.重算两效传热面积 (11) 3.3.1.第一次重算 (11) 第4章蒸发器主要工艺尺寸的计算 (12) 4.1加热室 (13) 4.2分离室 (13) 4.3其他工件尺寸 (14) 第5章强度校核 (15) 5.1 筒体 (15) 5.2前端管箱 (16) 参考文献 (19)
致谢 (21)
蒸发就是采用加热的方法，使溶液中的发挥性溶剂在沸腾状态下部分气化并将其移除，从而提高溶液浓度的一种单元操作，蒸发操作是一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质分离的过程。蒸发设备称为蒸发器，蒸发操作的热源，一般为饱和蒸汽。蒸发在操作广泛应于化学、轻工、食品、制药等工业中。工业上被蒸发处理的溶液大多数为水溶液。本次设计的装置为蒸发水量为2000降膜蒸发器，浓缩物质为牛奶。降膜蒸发器除适用于热敏性溶液外，还可用于蒸发浓度较高的液体。 关键词：蒸发；换热；高效；使用广泛
蒸发器课程设计
蒸发器主体为加热室和分离室，蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径及高度；加热管的规格、长度及在花板上的排列方式、连接管的尺寸。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。 3.1加热管的选择和管数的初步估计 3.1.1管子长度的选择根据溶液结垢的难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑。本次设计选用外循环式蒸发器，国产外循环式蒸发器蒸发器的管长一般从2560到3000mm不等，具体参考《糖汁加热与蒸发》⑴第139页表6-1，再根 据糖汁的黏度情况，选择加热管以及板管型号如下表3-1所示： 表3-1加热选择参数 因加热管固定在管板上，管板选择考虑到管板厚所占有的传热面积，以及因焊接所 需要每端留出的剩余长度，则计算理论管子数n时的管长实际可以按以下公式计 算： L=(L0-0.1 )m=3-0.1=2.9 m 前面已经计算求得各效面积A取500m2 n= = =1307 加热管的排布方式按正三角形排列，查《常用化工单元设备设计》[3]第163页表 4-6，知道当管数为1303时，排布为a=19层，1307与1303相差不大，在这可以取19层进行计算。其中排列在六角形内管数为=1027根，其余排列在弓形面积内，如果按标准间距即管间距离54mm排列，则有四根管排不下，四根管的总面积为： A3=3.1415926 X 0.042 >2.9 >3=1.53 m 2 鉴于前面已经取1.11的安全系数，如果现在取1303根管，则总面积为： =500-1.53=498.47 安全系数为K= =1.108 在安全系数范围内，所以可以不要三根管，取1303根。 3.1.2加热壳体的直径计算 D=t(b-1)+2e D-----壳体直径，m ; t -- 管间距，m ； b-----沿直径方向排列的管子数目； e-----外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取e=(1.0?1.5)d0,在此取1.5。 b =2a-仁2 1X 仁37 D=0.054 (37-1)+2 X.5 X.042 =2.07m
双效蒸发课程设计课件
食品工程原理课程设计说明书 设计题目：番茄汁双效并流蒸发装置的设计 姓名：张馨月 班级： 2014级食品科学与工程(1)班 学号： 20144061123 指导教师：张春芝 日期：2016年5月21日
目录 前言 (3) 1.1设计题目 (3) 1.2蒸发流程特点 (3) 1.3设计任务及操作条件 (3) 1.3.1设备型式： (3) 1.3.2操作条件 (4) 2.设计项目 (4) 2.1设计方案简介： (4) 2.2蒸发器的工艺计算： (4) 2.2.1 估算各效蒸发量和完成液浓度 (5) 2.2.2 估计各效溶液的沸点和有效总温度差的估算 (5) 2.2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (7) 2.2.4 蒸发器传热面积的估算 (8) 2.2.5 有效温差的再分配 (8) 2.2.6重复上述计算步骤 (8) 2.3计算结果列表 (9) 3.蒸发器的主要结构尺寸设计 (10) 3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 (10) 3.1.2 循环管的选择 (10) 3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定 (10) 3.1.4分离室直径与高度的确定 (11) 3.2接管尺寸的确定 (12) 3.2.1 番茄汁的进出口 (12) 3.2.2 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口 (12) 3.2.3 冷凝水出口 (12) 4.蒸发装置的辅助设备 (13) 4.1气液分离器 (13) 4.2蒸汽冷凝器 (13) 4.3泵的选型 (14) 5.番茄汁双效并流加料蒸发装置的流程图和蒸发器设备工艺简图 (15) (15) 6.设计总结 (16) 7.参考文献 (16)
三效蒸发器的设计 化工原理课程设计
化工原理课程设计
字符说明 ........................................................................................................................................................... - 2 - 第一节概述 ............................................................................................................................................... - 3 - 一．蒸发及蒸发流程 ............................................................................................................................... - 3 - 二．蒸发操作的分类 ............................................................................................................................... - 3 - 三．蒸发操作的特点 ............................................................................................................................... - 3 - 四、蒸发设备 ........................................................................................................................................... - 4 - 五、蒸发器选型 ....................................................................................................................................... - 4 - 第二节蒸发装置设计任务.............................................................................................................................. - 5 - 一、设计题目 ........................................................................................................................................... - 5 - 二、设计任务及操作条件........................................................................................................................ - 5 - 第三节三效蒸发器得工艺计算.................................................................................................................... - 5 - 一、估计各效蒸发量和完成液浓度........................................................................................................ - 5 - 二、估计各效溶液的沸点和有效总温差................................................................................................ - 6 - 三加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算.......................................................................................... - 8 - 四、蒸发器的传热面积的估算................................................................................................................ - 9 - 五、有效温差的再分配.......................................................................................................................... - 10 - 六、重复上述计算步骤.......................................................................................................................... - 10 - 七、计算结果 ......................................................................................................................................... - 12 - 第四节蒸发器的主要结构尺寸计算.................................................................................................... - 12 - 一、加热管的选择和管数的初步估计.................................................................................................. - 12 - 二、循环管的选择 ................................................................................................................................. - 12 - 三、加热室直径及加热管数目的确定.................................................................................................. - 13 - 四、分离室直径与高度的确定.............................................................................................................. - 13 - 五、接管尺寸的确定 ............................................................................................................................. - 14 - 第五节蒸发装置的辅助设备.................................................................................................................. - 15 - 一、气液分离器 ..................................................................................................................................... - 15 - 二、蒸汽冷凝器 ..................................................................................................................................... - 15 - 三淋水板的设计 ................................................................................................................................... - 16 - 【参考文献】 ......................................................................................................................................... - 17 -
蒸发器设计说明书
KNO3水溶液三效并流蒸发系统设计 摘要：蒸发是化工生产中重要的单元操作，普遍应用于化工、医药、食品等行业中。本次课程设计的任务是设计三效并流蒸发装置，将10% KNO3溶液浓缩至40%，年处理量为5×104吨。采用中央循环管型蒸发器。设计工作主要包括工艺设计计算，蒸发器传热面积优化编程，蒸发器工艺尺寸的设计计算及辅助设备的选型计算，主要设备的强度校核，管道及各种连接件的选型，工艺流程图及蒸发器装配图的绘制。 关键词：三效并流蒸发装置；蒸发；KNO3 Abstract: Evaporation is an important unit operation in chemical process. It finds wide application in such fields as chemical industry, pharmaceutical industry, food industry and so on. The task is to design a three-effect forward flow evaporation system to concentrate 20,000 ton/year of KNO3aqueous solution from 10% to 40%. Standard evaporator (evaporator with central circulation downcomer) was chosen. The major work includes calculation of the process parameters and the heat transfer area, determination of the size and structure of the evaporator, and selection of the ancillary facilities, as well as checking the strength of the main equipments and choosing appropriate pipes. The process flow chart and the assembly drawing of one evaporator were completed with the aid of Auto CAD. Keyword: Three-effect forward flow evaporation; evaporation; KNO3 第一章概述
化工原理课程设计三效逆流蒸发器
NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计设计单位： 设计者： 设计日期：
设计任务书 一、设计题目 NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件 1.处理能力 2.5×104吨/年NaOH水溶液 2.设备形式蒸发器 3.操作条件 a．NaOH水溶液的原料液浓度为10%(wt) ，温度为35℃，用预热器加热至第一效沸点温度，再送进蒸发器；完成液浓度为40%(wt)。 b．加热蒸汽压强为500kPa（绝压），末效为真空，压力为15.5kPa（绝压）。 c．各效传热系数分别为： K1=3000 W/(m2·℃) K2=1500 W/(m2·℃) K3= 750W/(m2·℃) d．各效蒸发器中的液面高度：1.5-2.5m。 e．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，并忽略热损失。 f．每年按330天计，每天24小时连续运行。 三、设计项目 1.设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 2.蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 3.蒸发器的主要结构尺寸设计。 4.主要辅助设备选型，包括预热器、汽液分离器及蒸汽冷凝器。 5.绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器总装配图。 目录 1.概述 (1)
1.1蒸发操作的特点 (1) 1.2蒸发设备及蒸发器 (5) 1.3三效蒸发工艺流程 (10) 2.工艺计算及主体结构计算 (11) 2.1三效蒸发工艺计算 (11) (11) (13) 2.2蒸发器主要结构计算 (23) 3.蒸发装置辅助设备选型 (30) 4.探索使用Aspen Plus设计蒸发器方法 (33) 5.后记 (35)
课程设计--NaOH水溶液蒸发装置的设计
化工原理课程设计说明书 设计题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计 设计日期：2012年 6 月 10 日 审核：
目录 一、化工原理课程设计任务书 (3) 二、蒸发器的形式、流程、效数论证 (4) 三、蒸发器工艺设计计算 (5) 四、蒸发器工艺尺寸计算 (13) 五、蒸发装置的辅助设备 (19) 六、课程设计心得 (21)
一、化工原理课程设计任务书 一、设计题目 NaOH水溶液蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务 处理量： 24000 （kg/h）（6000，7200，24000） 料液浓度： 10.6 （wt%）（4.7％，10.6%，）质量分率 产品浓度： 23.7 （wt%）（23.7%，30%）质量分率 加热蒸汽温度 158.1 （℃）（151，158.1） 末效冷凝器的温度 59.6 （℃）（49，59.6） 2、操作条件 加料方式：三效并流加料 原料液温度：第一效沸点温度 各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060kg/m3，ρ 3=1239kg/m 3 加热蒸汽压强： 500kPa（绝压），冷凝器压强为 20 kPa（绝压）各效蒸发器的总传热系数：K1=1500W/（m2·K），K2=1000W/（m2·K），K3=600W/（m2·K） 各效蒸发器中液面的高度： 1.5m 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，并忽略热损失。 3、设备型式中央循环管式蒸发器 4、厂址四川绵阳 5、工作日：每年300天，每天24小时连续运行。 三、设计内容： 1、设计方案的简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 2、蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 3、蒸发器的主要结构尺寸设计 4、主要辅助设备选型，包括气液分离及蒸气冷凝器等 5、绘制工艺流程图及蒸发器设计条件图 7、设计结果汇总 8、对设计过程的评述和有关问题的讨论 9、编写课程设计说明书。
蒸发器设计
目录 第一章设计方案的确定 (3) 1.1 蒸发器的类型与选择 (3) 1.2 蒸发操作条件的确定 (1) 1.2.1 加热蒸汽压强的确定 (1) 1.2.2 冷凝器操作压强的确定 (2) 第二章蒸发工艺的设计计算 (2) 2.1 蒸发器的设计步骤 (2) 2.2 各效蒸发量和完成液浓度的估算 (2) 2.3溶液沸点和有效温度差的确定 (3) 2.3.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失?/ (4) 2.3.2由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失?'' (4) 2.3.3由流动阻力而引起的温度差损失?''' (5) 2.3.4各效溶液的沸点和有效总温度差 (6) 2.4加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (6) 2.5估算蒸发器的传热面积 (7) 2.6温差的重新分配与试差计算 (8) 2.6.1重新分配各效的有效温度差 (8) 2.6.2重复上述计算步骤 (9) 第三章蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计 (14) 3.1 加热管的选择和管束的初步估计 (14) 3.1.1 循环管直径的选择 (14) 3.1.2 加热室直径及加热管数目的确定 (15) 3.1.3分离室直径和高度的确定 (16) 3.2接管尺寸的确定 (15) 3.2.1溶液的进出口管 (15) 3.2.2加热蒸汽与二次蒸汽接管 (15) 3.2.3冷凝水出口 (16) 第四章蒸发装置的辅助设备的设计 (17) 4.1 气液分离器 (17)
4.2蒸汽冷凝器主要类型 (17) 4.3蒸汽冷凝器的设计与选用 (19) 4.3.1工作水量的计算 (19) 4.3.2喷射器结构尺寸的计算 (19) 4.3.3射流长度的决定 (22) 第五章设计结果一览表 (22) 结束语.............................................. 错误!未定义书签。主要参考文献........................................ 错误!未定义书签。