单效蒸发
7.2 单效蒸发
7.2.1 单效蒸发的计算
对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通常需要计算以下的这些内容：
① 分的蒸发量；
② 热蒸汽消耗量；
③ 发器的传热面积。
要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量衡算方程和传热速率方程来解决。
（1）物料衡算
溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
w W F Fw )(0-=
水分蒸发量： )1(0w w F W -
= （1） 完成液的浓度： W
F Fw w -=0 （2） （2）热量衡算
对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
损Q Di WI i W F Fi DI s +++-=+)(0s （3）
或 损Q i I W i i F i I D s s +-+-=-)()()(0 （4） 式中 D ——加热蒸汽消耗量，kg/s ；
0t ，t ——加料液与完成液的温度，℃；
0i ，i ，s i ——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg ；
I ，s I ——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg 。
式中热损失损Q 可视具体条件来取加热蒸汽放热量（0Dr ）的某一百分数。
用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一定浓度和温度下的焓。对于大多数物料的蒸发，可以不计溶液的浓缩热，而由比热求得其焓。习惯上取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有
0*T c i s =
000000t c t c i =-=
ct ct i =-=0
0c 、c ——料液和完成液的比热，kJ/kg ·K 。
代入前面的两式得
损Q ct I W t c c F i I D t s s +-+-=-)()()(00
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可以近似认为溶液的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
0B 0*0)1(w c w c c +-=
w c w c c B *)1(+-=
式中 *
c ——水的比热，kJ/kg ； B c ——溶质的比热，kJ/kg 。
由（3）或（4）可得加热蒸汽的消耗量为
s s i I Q i I W i i F D -+-+-=
损)()(0
① 忽略浓缩热时
s s i I Q ct I W t c ct F D -+-+-=损
)()(00 ② 浓缩热且r ct I ≈-，0r i I s s =- 000)(r Q Wr t c ct F D 损
++-=
③ 沸点进料，t t =0，并忽略热损失和溶液浓度较低时，0c c =，则
0)(r Wr r ct I W D ≈-=
或 10
0>≈-=r r r ct I W D 式中W D /称为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济程度（或生蒸汽的利用率）。
由于蒸汽的潜热随温度的变化不大，即蒸发室压力p 和加热蒸汽温度0T 下的潜热r 和0r 相差不多，故
单效蒸发时1≈W
D 即蒸发掉1kg 水，约需要1kg 的加热蒸气。考虑到r 和0r 的实际差别以及热损失等因素，W D /大约为1.1或者稍多。 （3）蒸发器传热面积的计算
由传热速率方程得 m
t K Q A ?=
式中 A ——蒸发器传热面积，m 2；
Q ——传热量，w ；
K ——传热系数，w/m 2·K ；
m t ?——平均传热温差，K 。
由于蒸发过程的蒸汽冷凝和溶液沸腾之间的恒温
差传热，t T t -=?0m ，且蒸发器的热负荷0Dr Q =，
所以有 )
()(000t T K Dr t T K Q A -=-= （4）浓缩热和溶液的焓浓图
有些物料，如2NaOH,CaCl 等水溶液，在稀释时有
明显的放热效应，因而，它们在蒸发时，除了供给水分
蒸发所需的汽化潜热外，还需要供给和稀释时的热效应
相当的浓缩热，尤其当浓度较大时，这个影响更加显著，
对于这一类物料，溶液的焓若简单的利用上述的比热关
系计算，就会产生较大的误差，此时溶液的焓值可由焓
浓图查得。
如图7-21为NaOH 水溶液从0℃为基准温度的焓
浓图。图中纵坐标为溶液的焓，横坐标为NaOH 水溶液
的浓度。以知溶液的浓度和温度，即可由图中相应的等
温线查得其焓值。其他溶液的焓值也可以通过查阅其它
的相关资料得到。
7.2.2蒸发设备中的温度差损失
蒸发器中的传热温差m t ?等于)(0t T -，当加热蒸汽的温度0T 一定（如用47k kN/m 2（绝压）的水蒸
气作为加热蒸汽，1500=T ℃），若蒸发室的压力为1atm 而蒸发的又是水（其沸点100=T ℃）而不是溶液，此时的传热温差最大，用T t ?表示：
501001500T =-=-=?T T t ℃
如果蒸发的是30%的NaOH 水溶液，在常压下其沸点是高于100℃。若其沸点120=t ℃，则有效传热温差301201500=-=-=?t T t ℃，t ?比T t ?所减小的值，称为传热温度差损失，简称温度差损失，用?表示
由于 T t t T T T t t -=---=?-?=?)()(00T
因此传热温度差损失?就等于溶液的沸点t 与同压下水的沸点T 之差，只有求得?，才能求出溶液的沸点?+=T t 和有效传热温度差?-?=?T t t 。
由前面分析我们可知蒸发操作（或者蒸发器）中存在温度差损失，那么温度差损失的原因是什么呢？ ① 溶液沸点的升高。这是由于溶液蒸汽压较纯溶剂（水）在同一温度下的蒸汽压为低，致使溶液的沸点比纯溶剂（水）高。
② 蒸发器中静压头的影响以及流体流过加热管是产生的摩擦阻力，都导致溶液沸点的进一步上升
（1）溶液的沸点升高和杜林规则
溶液中含有溶质，故其沸点必然高于在同一压力下纯溶
剂的沸点，亦即高于蒸发室压力下的饱和蒸汽温度。此高出
的温度称为溶液的沸点升高，用'?表示。不同溶液的在不同
的浓度范围内，溶液的沸点升高的数值是不同的。'?主要和
溶液的种类，溶液中溶质的浓度以及蒸发压力有关，其值由
实验确定。对于分子量小的溶质（如NaOH,KOH ），其水溶液
在高浓度时的沸点升高很大，例如在常压1atm 下50%（质量）
的NaOH 溶液，其'?为42℃，饱和的2CaCl 溶液（75.9%质量）
的'?为80℃。分子量大的溶质如糖水溶液的沸点升高则较
小。
不同浓度的溶液在大气压下的沸点可通过实验测定。
在文献和手册中，可以查到常压（1atm ）下某些溶液在
不同浓度时的沸点数据。但是，在蒸发操作中，蒸发室的压
力往往不是高于就是低于常压。计算非常压溶液的沸点的方
法很多，最常见的方法是按杜林规则计算。杜林发现，在相
当宽的压强范围内溶液的沸点与同压强的下溶剂的沸点成线
性关系。或者说溶液在两种压力下的沸点之差（0A A t t -）与溶剂在相应的压力下沸点之差（0w w t t -）的
比值为一个常数，即：
K t t t t w
w A =--00A 式中A t 和0A t 代表某中种液体（或者溶液）在两种不同压力下的沸点，w t 和0
w t 代表溶剂在相应压力下的沸点。K 值求得后，即可按下式求任一压力下某中液体的沸点A t ：
)(0w w 0A t t K t t A -+=
如图7-22为不同浓度NaOH 水溶液的沸点与对应压强下纯水的沸点的关系，由图可以看出，当NaOH 水溶液浓度为零时，它的沸点线为一条?45对角线，即水的沸点线，其它浓度下溶液的沸点线大致为一组平行直线。
由该图可以看出：
①浓度不太高的范围内，由于沸点线近似为一组平行直线，因此可以合理的认为沸点的升高与压强无关，而可取大气压下的数值；
②浓度范围只需要知的两个不同压强下溶液的沸点，则其他压强下的溶液沸点可按杜林规则进行计算。
（2）液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响
大多数蒸发器在操作时必须维持一定的液面高度，有些具有长加热管的蒸发器，液面深度可达3~6m 。在这类蒸发器中，由于液柱本身的重量及溶液在管内的流动阻力损失，溶液压强沿管长是变化的，相应的沸点温度也是不一样。溶液从底部进入加热管后，因受热温度逐渐升高，至某一高度开始沸腾，沸腾一旦产生，溶液在管内温度随高度的增加而减小(为什么？)。所以溶液在管内上升时的实际温度有一最高值。作为平均温度的粗略估计，可以按液面下5/L 处溶液的沸腾温度来计算，即可首先求取液体在平均温度下的饱和压力
g L p p ρ5
1m += p ——液面上方二次蒸汽的压强（通常可以用冷凝器压强代替）
，Pa ； L ——蒸发器内的液面高度，m 。
由蒸汽表查出压强m p 、p 所对应的饱和蒸汽温度)5
1(g L p t ρ+与)(p t 两者之差即为液柱静压强引起的溶液温度升高''?。
)()5
1(''p t g L p t -+=?ρ 所以沸腾液体的平均温度为''')(?+?+=p t t
在大多数教材中，液柱内部的平均压力取的是液面压力和液柱底部压力的平均值，即
G L p p ρ2
1m += )()5
1(''p t g L p t -+=?ρ （3）因蒸汽流动阻力引起的温度差损失'''?
在多效蒸发中，末效以前的二次蒸汽流到下一效的加热室的过程中，为克服管道阻力使其压强降低，二次蒸汽的温度也相应的降低，由此引起的温度差损失为'''?。
末效（单效蒸发器）与冷凝器之间的流动阻力所引起的温度差损失'''?可取为'''?=1~1.5℃，一般取1℃，但要注意，只有告诉冷凝器的压力K p 时，才计入此项，若只告诉末效（单效蒸发器）的蒸发压力，则此损失不计。
由以上分析可得，总的温度差损失''''''?+?+?=?
蒸发过程的传热温度差（有效温度差）：
?--=-=?)(00p t T t T t
注意：?中'''?为前一效蒸汽到下一效时由于阻力损失而引起的温度差损失。若单效蒸发，已知入口蒸汽（生蒸汽）的温度，则时要计入1'''=?℃吗？
（4）效蒸发过程的计算
单效蒸发过程的计算问题可以联立求解物料衡算式，热量衡算式以及传热速率方程来解决。在联立求解过程中，还需计算溶液的沸点升高和其它有关物性的计算式。以前面学过的计算类型一样，单效蒸发的计算也可以分为设计型计算和操作型计算。
①设计型计算：给定蒸发任务，要求设计经济上合理的蒸发器。
给定条件：料液流量F ，浓度0w ，温度0t 以及完成液浓度w ；
设计条件：加热蒸汽的压强以及冷凝器的操作压强主要由可供使用的冷却水温度来决定；
计算目的：根据选用的蒸发器形式确定传热系数K ，计算所需供热面积A 及加热蒸汽用量D 。 ②操作型计算：已知蒸发器的结构形式和蒸发面积
给定条件：蒸发器的传热面积A 与给热系数K ，料液的进口状态0w 与0t ，完成液的浓度要求0w ，加热蒸汽与冷凝器内的压强。
计算目的：核算蒸发器的处理能力F和加热蒸汽用量D。
或：已知条件：A，F，0w，0t，w。加热蒸汽与冷凝器内的压强；
计算目的：反算蒸发器的K并求D；
单效蒸发及计算汇总
单效蒸发及计 算 一.物料衡算 二.能量衡算 1．可忽略溶液稀释热的情况 三.传热设备的计算 1.传热的平均温度差 四.蒸发强度与加热蒸汽的经济性 1.蒸发器的生产能力和蒸发强度 一.物料衡算(material balance) 2．溶液稀释热不可忽略的情况 2.蒸发器的传热 系数 2.加热蒸汽的经 济性 对图片5-13 所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得 由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分 别为 (5- 1) (5- 2) 3.传热面积计算 式中
F———原料液量，kg/h ； W———水的蒸发量，kg/h ； L———完成液量，kg/h ； x0———料液中溶质的浓度，质量分率； x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。 二.能量衡算(energy balance) 仍参见图片(5-13) ，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得 (5-3) 或(5-3a ) 式中 D———加热蒸汽耗量，kg/h ； H———加热蒸汽的焓，kJ/kg ； h0———原料液的焓，kJ/kg ； H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg ； h1———完成液的焓，kJ/kg ； hc ———冷凝水的焓，kJ/kg ； QL———蒸发器的热损失，kJ/h ； Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h 。 由式5-3 或5-3a 可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D 以及蒸发器的热负荷Q
溶液的焓值是其浓度和温度的函数。对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。因此，在应用式5-3 或5-3a 求算D 时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。 1．可忽略溶液稀释热的情况 大多数溶液属于此种情况。例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。若以0℃的溶 液为基准，则 （5-4） （5-4a ） 将上二式代入式5-3a 得 （5-3b） 式中 t0———原料液的温度，℃； t1———完成液的温度，℃； C0———原料液的比热容，℃； C1———完成液的比热容，℃ ； 当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即 （5-5） （5-5a） 式中 CW———水的比热容，℃；
三效蒸发器的设计
化工原理课程设计–––––三效蒸发器的设计 南通大学化学化工学院 轻化工程073
目录 符号说明 (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 (3) 五、蒸发器选型 (4) 第二节蒸发装置设计任务 (4) 一、设计题目 (4) 二、设计任务及操作条件 (4) 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) （一）各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失?/ (7) （二）各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失'' ? (7) （三）流体阻力产生压降所引起的温度差损失''' ? (8) （四）各效料夜的温度和有效总温差 (8) 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)
（一）计算各效溶液浓 度 (10) （二）计算各效溶液沸点 ··································· (10) （三）各效焓衡算 ······································· (11) （四）蒸发器传热面积的计算 ·································· ·····12 七、计算结 果·························································12 第四节 蒸发器的主要结构尺寸计算 一、加热管的选择和管数的初步估 计 (12) 二、循环管的选 择 (13) 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) (一)溶液的进出口 ···································· (14) （二）加热蒸气进口与二次蒸汽出口 (14) （三）冷凝水出口 ·································· (14) 第五节 蒸发装置的辅助设备 (14) 一、气液分离 器 (14) 二、蒸汽冷凝 器 (15) （ 一）冷却水量 l V (15) （二） 冷凝器的直径 ··································· (16) （三）淋水板的设计 (16) 第六节 主要设备强度计算及校核 (17) 一、蒸发分离室厚度设计 (17) 二、加热室厚度校 核 (18)
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 -
单效蒸发及计算
单效蒸发及计算 一.物料衡算(materialbalance) 对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得 由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为 (5-1) (5-2) 式中 F———原料液量，kg/h； W———水的蒸发量，kg/h； L———完成液量，kg/h； x0———料液中溶质的浓度，质量分率； x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。 二.能量衡算(energybalance) 仍参见图片(5-13)，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得
（5-3） 或（5-3a） 式中 D———加热蒸汽耗量，kg/h； H———加热蒸汽的焓，kJ/kg； h0———原料液的焓，kJ/kg； H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg； h1———完成液的焓，kJ/kg； hc———冷凝水的焓，kJ/kg； QL———蒸发器的热损失，kJ/h； Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h。 由式5-3或5-3a可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。 溶液的焓值是其浓度和温度的函数。对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。因此，在应用式5-3或5-3a求算D时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。 1．可忽略溶液稀释热的情况 大多数溶液属于此种情况。例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。若以0℃的溶液为基准，则 （5-4） （5-4a） 将上二式代入式5-3a得
（5-3b） 式中 t0———原料液的温度，℃； t1———完成液的温度，℃； C0———原料液的比热容，℃； C1———完成液的比热容，℃； 当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即 (5-5) (5-5a) 式中 CW———水的比热容，℃； CB———溶质的比热容，℃。 将式5-5与5-5a联立消去CB并代入式5-2中，可得 ，再将上式代入式5-3b中，并整理得 （5-6） 由于已假定加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出，则上式中的即为加热蒸汽的冷凝潜热，即 (5-7) 但由于溶液的沸点升高，二次蒸汽的温度与溶液温度t1并不相同（下面还要详细讨论）。但作为近似，可以认为 （5-8） 式中
单效中央循环管蒸发器
食品工程原理课程设计说明书 番茄汁单效连续加料蒸发装置的设计 ： 学号： 班级： 年月日 设计任务书
目录1.前言
1.1 概述 1.2蒸发器选型 2.单效蒸发工艺计算 2.1 物料衡算 2.2 热量衡算 2.3 传热面积计算 2.4 计算结果列表 3.蒸发器主体工艺设计 3.1 加热管的选择和管数的初步估计 3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 3.1.2 循环管的选择 3.1.3 加热室直径的确定 3.1.4 分离室直径与高度的确定 3.2 接管尺寸的确定 3.3 进料方式及加热管排布方式的确定 3.3.1进料方式的确定 3.3.2加热管排布方式的确定 3.4 仪表、视镜与人孔的确定 3.5 蒸发器主要部件规格列表 4.蒸发装置的辅助设备 4.1 气液分离器 4.2 蒸汽冷凝器 5.结语 致谢 附表 参考文献 1.前言 1·1 概述
食品工程原理是食品工程与科学专业主要课程之一，食品工业包含诸多的单元操作，如蒸发、结晶、杀菌等，本课程均有介绍。本次设计题目为番茄汁单效连续加料蒸发装置的设计。通过设计，一方面提高学生对食品工业单元操作的认识，另一方面加深学生对食品工程原理课程的理解与掌握。 本设计涉及的单元操作为蒸发。蒸发是典型的传热过程，即是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩的过程。蒸发是一种分离操作，广泛应用于化工、轻工、制药和食品等许多工业中溶剂为挥发性而溶质为非挥发性的场合。在许多场合，蒸发系统的热量经济性成为整个生产流程的关键因素。工业上蒸发主要以浓缩和分离为主要目的。本设计以浓缩为主要目的，设计出将番茄汁的可溶性固形物含量由8％浓缩为40％的单效连续加料蒸发装置。 本设计首先确定浓缩罐的处理能力为6t/h番茄汁原浆。 根据选用蒸发器的特点进行物料衡算、热量衡算，进一步确定换热器的传热面积。根据经验及相关文献，选取加热管的长度为1.3m，管径为50mm。进而确定加热管数目，并确定排布方式。根据加热管截面积与中央循环管的截面积的关系以及中央循环管直径与加热室直径的关系确定中央循环管的直径和加热室的直径。从而完成加热室的设计；根据分离室与加热室的比例关系确定分离室的尺寸；根据物料流量及特性确定各输送管道的直径、选材以及其他部位的选材并确定定气液分离器以及冷凝器的型 号；最后在需要的部位安装相关仪表、视镜以及人孔。 1·2蒸发器选型 蒸发操作的蒸发器有悬筐式蒸发器、强制循环蒸发 器、升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、中央循环管式蒸发 器等，本设计采用的是中央循环管式蒸发器，其简介如 下： 1·2·1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。当加热室液体被加热沸腾时，中央 循环管气液混合物的平均密度较大；而其余加热管气液 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。二次蒸汽于蒸发室中经气液分离器与溶液分离后上升，由冷凝器冷凝。
三效蒸发器相关课程设计--
中南民族大学 化工专业课程设计 学院：化学与材料科学学院 专业：化学工程与工艺年级：2011级题目:KNO3水溶液三效蒸发工艺设计 学生姓名：888 学号：888888 指导教师姓名：888 职称: 教授 2014年12 月29 日
化工专业课程设计任务书 设计题目：KNO 水溶液三效蒸发工艺设计 3 设计条件： 1.年处理能力为7.92×104 t/a KNO3水溶液； 2.设备型式中央循环管式蒸发器； 3.KNO3水溶液的原料液浓度为8%，完成液浓度为48%，原料液温度为20℃，比热容为3.5kJ/(kg. ℃)； 4.加热蒸汽压力为400kPa（绝压），冷凝器压力为20kPa(绝压)； 5.各效加热蒸汽的总传热系数：K1=2000W/（m2?℃）；K2=1000W/（m2?℃）；K3=500W/（m2?℃）； 6.各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。各效传热面积相等，并忽略浓缩热和热损失，不计静压效应和流体阻力对沸点的影响； 7.每年按300天计，每天24小时运行； 设计任务： 1.设计方案简介：对确定的工艺流程进行简要论述。 2.蒸发器和换热器的工艺计算：确定蒸发器、换热器的传热面积。 3.蒸发器的主要结构尺寸设计。 4.主要辅助设备选型，包括气液分离器及换热器等。 5.绘制KNO3水溶液三效蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图、。 姓名： 班级：化学工程与工艺专业 学号： 指导教师签字：
目录 1 概述 (1) 1.1 蒸发简介 (1) 1.2 蒸发操作的分类 (1) 1.3 蒸发操作的特点 (4) 1.4蒸发设备 (4) 2设计条件及设计方案说明 (5) 2.1设计方案的确定以及蒸发器选型 (5) 2.2工艺流程简介 (6) 3. 物性数据及相关计算 (7) 3.1蒸发器设计计算 (7) 3.1.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (8) 3.1.2 估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差 (8) 3.1.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (10) 3.1.4蒸发器传热面积的估算 (12) 3.1.5有效温度的再分配 (12) 3.1.6重复上述计算步骤 (13) 3.1.7计算结果 (16) 3.1.8蒸发器设备计算和说明 (17) 3.1.9 辅助设备的选择 (19) 3.2换热器设计计算 (23) 3.3管道管径的计算 (24) 4对本设计的自我评述 (24)
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)
---三效蒸发器设计解读
目录 第一章前言 (2) §1.1 概述 (2) §1.1.1蒸发及蒸发流程 (2) §1.1.2 蒸发操作的分类 (2) §1.1.3 蒸发操作的特点 (2) §1.1.4蒸发设备—蒸发器 (3) §1.1.5蒸发设备的要求 (3) §1.1.6 蒸发设备的选型 (4) 第二章蒸发器装置设计任务 (4) §2.1设计题目 (4) §2.2设计任务及操作条件 (4) §2.3设备型号 (5) 第三章蒸发工艺设计计算 (5) §3.1各效蒸发量和完成液浓度的计算 (5) §3.2各效溶液沸点和有效温度差的确定 (6) §3.2.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失?' (7) §3.2.2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失 (7) §3.2.3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失 (8) §3.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 (8) §3.4蒸发器的传热面积 (10) §3.5有效温差的再分配 (10) §3.5.1重新分配各效的有效温度差 (10) §35.2重复上述计算步骤 (11) §3.6计算结果列表 (13) 第四章蒸发器工艺尺寸计算 (13) §4.1加热管的选择和管数的初步估计 (13) §4.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 (13) §4.1.2 循环管的选择 (14) §3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定 (14) §4.1.4 分离室直径与高度的确定 (14) §4.2 接管尺寸的确定 (15) §4.2.1 溶液进出 (15) §4.2.2 加热蒸气进口与二次蒸汽出口 (16) §4.2.3 冷凝水出口 (16) 第五章蒸发装置的辅助设备 (16) §5.1气液分离器 (16) §5.2蒸汽冷凝器 (16) §5.2.1 冷却水量 (17) §5.2.2 计算冷凝器的直径 (17) §5.2.3 淋水板的设计 (17) §5.3泵的选型 (17) §5.3.1离心泵的选择 (17)
蒸发器换热系数的理论数值.
6．3．2 蒸发过程的传热系数 蒸发中的传热系数K是影响蒸发设计计算的重要因素之一。根据传热学知识知 （6-6） 上式忽略了管壁厚度的影响。式中蒸汽冷凝传热系数αo可按膜式冷凝的公式计算；管壁热阻R W往往可以忽略；污垢热阻Rs 可按经验值估计，确定蒸发总传热系数K的关键是确定溶液在管内沸腾的传热膜系数a i。研究表明影响a i的因素较多，如溶液的性质、浓度、沸腾方式、蒸发器结构型式及操作条件等，具体计算可参阅有关文献 [1,6]。 一、总传热系数的经验值 目前，虽然已有较多的管内沸腾传热研究，但因各种蒸发器内的流动情况难以准确预料，使用一般的经验公式有时并不可靠；加之管内污垢热阻会有较大变化，蒸发的总传热系数往往主要靠现场实测。表6-1给出了常用蒸发器的传热系数范围，可供参考。 表6-1 常用蒸发器传热系数K的经验值 蒸发器的型式总传热系数K, W / (m2K) 标准式（自然循环）600～3000 标准式（强制循环）1200～6000 悬筐式600～3000 升膜式1200～6000
降膜式1200～3500 二、提高总传热系数的方法 管外蒸汽冷凝的传热膜系数αo通常较大，但加热室内不凝性气体的不断积累将使管外传热膜系数αo减小，故须注意及时排除其中的不凝性气体以降低热阻。管内沸腾传热膜系数αi涉及到管内液体自下而上经过管子的两相流动。在管子底部，液体接受热量但尚未沸腾，液体与管壁之间传热属单相对流传热，传热系数较小；沿管子向上，液体逐渐沸腾汽泡渐多，起初的传热方式与大容积沸腾相近。由于密度差引起的自然对流会造成虹吸作用，管中心的汽泡快速带动液体在管壁四周形成液膜向上流动，流动液膜与管壁之间的传热膜系数逐渐增加并达最大值。但如果管子长度足够，沿管子再向上液膜会被蒸干，汽流夹带着雾滴一起流动，传热系数又趋下降。因此，为提高全管长内的平均传热系数，应尽可能扩大膜状流动的区域。 管内壁液体一侧的污垢热阻Rs与溶液的性质、管内液体的运动状况有关。由于溶液中常含有少量的杂质盐类如CaSO4、CaCO3、Mg(OH)2等，溶液在加热表面汽化会使这些盐的局部浓度达到过饱和状态，从而在加热面上析出，形成污垢层。尤其是CaSO4等，其溶解度随温度升高而下降，更易在传热面上结垢，且质地较硬，难以清除；以CaCO3为主的垢层质地虽软利于清除，但导热系数较小；此外，垢层的多孔性也使其导热系数较低。所以即使厚度为1～2mm的垢层也具有较大的热阻。为降低Rs，工程上可采取定期清理、提高循环速度、加阻垢剂，或添加少量晶种使易结晶的物料在溶液中而不是在加热面上析出等方法。 返回目录 6.5.2 多效蒸发的优缺点
单效蒸发过程分析参考文本
单效蒸发过程分析参考文 本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
单效蒸发过程分析参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 一、单效蒸发的流程 如图13—1所示是一套典型的单效蒸发操作装置流 程，左面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备蒸发器， 它的下部是由若干加热管组成的加热室1，加热蒸汽在管间 (壳方)被冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传给被加 热的料液，使溶液沸腾汽化。在沸腾汽化过程中，将不可 避免地要夹带一部分液体，为此，在蒸发器的上部设置了 一个称为分离室2的分离空间，并在其出口处装有除沫装 置，以便将夹带的液体分离开，蒸汽则进入冷凝器4内， 被冷却水冷凝后排出。在加热室管内的溶液中，随着溶剂 的汽化，溶液浓度得到提高，浓缩以后的完成液从蒸发器 的底部出料口排出。
蒸发操作可以在常压、加压或减压下进行，上述流程是采用减压蒸发操作的。减压蒸发是指在低于大气压的条件下进行的蒸发，具有如下优点： ①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小； ②可以蒸发不耐高温的溶液； ③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂； ④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。 但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置，需配置如图中 所示的真空泵、缓冲罐、气液分离器等辅助设备，使基建费用和操作费用相应增加。
蒸发器计算说明
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 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=+=+= 每米管长管内面积： 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 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 1321221 空气在下C ?17的物性参数 3215.1m kg f =ρ ()K kg kJ c pf ?=1005 704.0=rf P s m v f 61048.14-?=
三效并流蒸发器的设计讲解
三效并流蒸发器的设计：处理量（㎏/h ）4500，初始温度为20℃，初始浓度5%，完成液浓度为40%，加热蒸汽压强为5at(绝压)，末效真空度为600mmHg(表压)，试计算所需的蒸发器的传热面积。 解： 1、 计算总蒸发量： W=F(1-X 0/X 3=4500(1-0.05/0.40)=3937.5㎏/h 2、 估算各效蒸发量： 假设：W 1:W 2:W 3=1:1.1:1.2 W=W 1+W 2+W 3=3.3W 1=3937.5 W 1=1193㎏/h W 2=1312㎏/h W 3=1432㎏/h 3、 估算各效浓度： X 1= 1 W -F X F ?=(4500×0.05)/(4500-1193)=0.068 X 2=4500×0.05/(4500-1193-1312)=0.113 X 3=0.4 4、 分配各效压强 假设各效间压降相等 P 1=5×98.07+101.33=592KPa P K =101.33-600×133.32×10-3 =21KPa ΔP=(592-21)/3=571/3=190KPa 则各效蒸发室的压强（二次蒸汽压强）为： P 1/ =P 1-ΔP=592-190=402KPa P 2/=P 1-2ΔP=592-2×190=212KPa P 3/ =P K =21KPa 由各效二次蒸汽压强查水蒸汽表可得相应的二次蒸汽温度和气化潜热如下表： 5、 计算各效传热温度差损失 （一）、由于蒸汽压下降引起的温度差损失Δ/ 根据二次蒸汽温度和各效完成液的浓度，由氢氧化钠的杜林线图可查的各效溶液的沸点分别为： 沸点：t a1=146℃ t a2=125℃ t a3=87℃ 由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失为： Δ1/ =146-143.6=2.4℃ Δ2/ =125-121.9=3.1℃ Δ3/ =87-60.7=26.3℃ ∑?/ =2.4+3.1+26.3=31.8℃ (二)、由于静压强引起的温度差损失
单效蒸发过程分析示范文本
文件编号：RHD-QB-K6454 （安全管理范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 单效蒸发过程分析示范 文本
单效蒸发过程分析示范文本 操作指导：该安全管理文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 一、单效蒸发的流程 如图13—1所示是一套典型的单效蒸发操作装置流程，左面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备蒸发器，它的下部是由若干加热管组成的加热室1，加热蒸汽在管间(壳方)被冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传给被加热的料液，使溶液沸腾汽化。在沸腾汽化过程中，将不可避免地要夹带一部分液体，为此，在蒸发器的上部设置了一个称为分离室2的分离空间，并在其出口处装有除沫装置，以便将夹带的液体分离开，蒸汽则进入冷凝器4内，被冷却水冷凝后排出。在加热室管内的溶液中，随着溶剂的
汽化，溶液浓度得到提高，浓缩以后的完成液从蒸发器的底部出料口排出。 蒸发操作可以在常压、加压或减压下进行，上述流程是采用减压蒸发操作的。减压蒸发是指在低于大气压的条件下进行的蒸发，具有如下优点： ①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小； ②可以蒸发不耐高温的溶液； ③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂； ④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。 但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，
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．N aOH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=3000W/(m2·℃) K2=1500W/(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) 2.1.1三效蒸发器设计流程 (11) 2.1.2设计计算 (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)
单效蒸发过程分析
编号：SM-ZD-16091 单效蒸发过程分析 Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制：____________________ 审核：____________________ 时间：____________________ 本文档下载后可任意修改
单效蒸发过程分析 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 一、单效蒸发的流程 如图13—1所示是一套典型的单效蒸发操作装置流程，左面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备蒸发器，它的下部是由若干加热管组成的加热室1，加热蒸汽在管间(壳方)被冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传给被加热的料液，使溶液沸腾汽化。在沸腾汽化过程中，将不可避免地要夹带一部分液体，为此，在蒸发器的上部设置了一个称为分离室2的分离空间，并在其出口处装有除沫装置，以便将夹带的液体分离开，蒸汽则进入冷凝器4内，被冷却水冷凝后排出。在加热室管内的溶液中，随着溶剂的汽化，溶液浓度得到提高，浓缩以后的完成液从蒸发器的底部出料口排出。 蒸发操作可以在常压、加压或减压下进行，上述流程是采用减压蒸发操作的。减压蒸发是指在低于大气压的条件下进行的蒸发，具有如下优点： ①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸
化工原理课程设计说明书-NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计教程文件
内蒙古工业大学课程设计任务书 课程名称：化工原理学院：化工学院班级：化学工程与工艺09-2班 学生姓名：袁海威学号：200920508050 指导教师：张红霞
2009级化工单元操作课程设计任务书一、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 3.96×104吨/年NaOH水溶液 2.设备形式中央循环管式蒸发器 3.操作条件 (1) NaOH水溶液的原料液浓度为5%。完成液浓度为25%，原料液温度为第 一效沸点温度，原料液比热为3.7KJ(kg·℃)，各效蒸发器中溶液的平均密度为：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060 kg/m3，ρ3=1239 kg/m3； (2)加热蒸气压强为500kPa（绝压），冷凝器压强为15 kPa（绝压）： (3)各效蒸发器的总传热系数：Ｋ1=1500Ｗ/(m2·℃)，Ｋ2=1000Ｗ/(m2·℃)， Ｋ3=600Ｗ/(m2·℃)； （4）各效蒸发器中页面的高度：1.5m； （5）各效加热蒸气的冷凝液均在饱和温度下下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失； （6）每年按330天计算，每天24小时运行。 三、设计项目 （1）设计方案简单，对确定的工艺流程及蒸发器形式进行简要论述； （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）绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程及蒸发器设备工艺简图； （5）对本设计的评述 1
目录 （一）蒸发器的形式、流程、效数论证.................. （二）工艺计算...................................... （三）蒸发器主要工艺尺寸的设计计算.................. （四）设计感想...................................... （五）设计图纸...................................... 2