【毕业论文】三效蒸发器的设计化工原理课程设计(可编辑)
化工原理课程设计三效蒸发
化工原理课程设计三效蒸发一、引言蒸发是化工过程中常用的分离技术之一，广泛应用于化工工艺中的浓缩、提纯、结晶等过程。
三效蒸发是一种高效的蒸发方式，通过多级蒸发器的串联，能够实现能量的充分利用，提高产品质量和能源利用效率。
本文将对化工原理课程设计中的三效蒸发进行详细介绍。
二、三效蒸发的原理三效蒸发是指通过三个级别的蒸发器进行连续蒸发，每个级别的蒸发器都能够利用前一级别的蒸汽来提供热量，从而实现能量的充分回收。
三效蒸发的原理可以概括为以下几个步骤：1. 一效蒸发：将待浓缩溶液进入一效蒸发器，通过加热使其部分蒸发，产生蒸汽。
蒸汽在一效蒸发器中冷凝，释放出的热量用于加热待浓缩溶液。
2. 二效蒸发：一效蒸发器中冷凝的蒸汽进入二效蒸发器，再次进行蒸发。
二效蒸发器中的待浓缩溶液通过加热蒸发，产生更高质量的蒸汽。
二效蒸发器中冷凝的蒸汽同样用于加热待浓缩溶液。
3. 三效蒸发：二效蒸发器中冷凝的蒸汽进入三效蒸发器，进行最后一次蒸发。
三效蒸发器中的待浓缩溶液通过加热蒸发，产生最高质量的蒸汽。
三效蒸发器中冷凝的蒸汽同样用于加热待浓缩溶液。
通过以上步骤，三效蒸发可以实现能量的充分回收，提高能源利用效率。
三、三效蒸发的应用三效蒸发广泛应用于化工工艺中的浓缩、提纯、结晶等过程。
以下是三效蒸发在不同领域的应用案例：1. 食品工业：三效蒸发被用于果汁、乳制品、酱油等食品的浓缩过程。
通过三效蒸发，可以将大量的水分蒸发出去，提高产品的浓缩度和保存期限。
2. 医药工业：三效蒸发被用于制药工艺中的溶剂回收和浓缩。
通过三效蒸发，可以将溶剂回收利用，减少环境污染，并提高产品质量。
3. 石油化工：三效蒸发被用于石油化工过程中的废水处理和溶剂回收。
通过三效蒸发，可以将废水中的溶解物质浓缩，减少废水的排放量，并将溶剂回收利用。
四、三效蒸发的优势和挑战三效蒸发相比传统的单效蒸发具有以下优势：1. 能量回收：通过多级蒸发器的串联，三效蒸发可以实现能量的充分回收，减少能源消耗。
三效蒸发器设计范文
三效蒸发器设计范文首先，三效蒸发器的设计原理是通过多级蒸发和再利用蒸发热量的方式，将原料中的溶质浓缩提纯。
它包括三个蒸发效应，即高温效应、中温效应和低温效应。
在每个效应中，蒸发器将原料加热至沸点，使其蒸发，然后将蒸发出的蒸汽冷凝成液体，最后获得浓缩溶液和净水。
其次，三效蒸发器的关键设计参数包括进料速度、浓缩量、蒸发温度和密封性能。
进料速度决定了设备的处理能力，需要根据生产需求进行调节。
浓缩量反映了设备的效率，即每个效应中蒸发和冷凝的效果。
蒸发温度是根据原料性质和产品要求来确定的，不同物质对温度的要求有所不同。
密封性能是保证设备运行效果的重要因素，需要选择合适的密封材料和设计合理的密封结构。
在三效蒸发器的设计中，还需要考虑热交换器的设计和选择。
热交换器是用来传热的关键设备，其设计应满足传热效率高、传热面积大、压力损失小等要求。
同时，还需要合理选择蒸发器的材料，考虑到耐高温、耐腐蚀和易于清洗等因素。
常用的材料包括不锈钢、钛合金和镍合金等。
此外，传热介质的选择也是很重要的一步。
常见的传热介质有蒸汽和热油，其选用应考虑到成本、温度范围和环境因素。
同时，要合理设计传热系统，提高能量利用率和减少能量损失。
最后，在三效蒸发器的设计过程中，还应注意安全运行和节能环保。
安全运行包括对蒸汽系统的安全监测和精确控制，以及防止爆炸和火灾等事故的设计。
节能环保主要是通过优化设计和改进操作，减少能量损失和污染排放。
综上所述，三效蒸发器的设计考虑了多个关键参数和因素，包括进料速度、浓缩量、蒸发温度、密封性能、热交换器选择、材料选择、传热介质选择、传热系统设计、安全运行和节能环保等。
只有在综合考虑这些因素的基础上，才能设计出高效、安全、可靠的三效蒸发器。
课程设计 并流三效蒸发器
1 概述与设计方案的选择1.1 概述1.1.1 蒸发设备的分类常用蒸发器主要由加热室和分离室两部分构成。
蒸发器的多种结构型式即在于加热室和分离室结构的多样性及其组合方式的变化。
按照蒸发器在溶液中的流动情况，可将蒸发器分为循环型和单程型两大类。
（1）循环型蒸发器：其特点是溶液在蒸发器中作循环流动。
根据引起溶液循环流动原理的不同，又可分为自然循环式和强制循环式两种类别。
显然，强制循环蒸发器式依靠外加动力造成溶液在蒸发器中的循环流动，而自然循环式是依靠溶液在蒸发器中不同部位的密度差引起的自然循环流动。
表1-1 常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇总型式结构特点优点缺点中央循环管式（自然循环式和强制循环式）加热时中央循环管和加热管内溶液受热程度不同，同时因加热管内蒸汽上升的抽吸作用使溶液产生由加热管上升，中央循环管下降的不断流动，从而提高了传热系数，强化了蒸发过程。
在管内安装一旋桨式搅拌器，即构成强制循环式蒸发器。
1.构造简单，操作可靠2.传热效果较好3.投资费用较少1.清洗和检修较麻烦2.溶液循环速度较低（搅拌式可提速2~3倍）3.因溶液的循环使蒸发器中溶液的组成总是接近于完成液组成，溶液沸点升高明显，传热温差减小，粘度较大，影响传热效果悬框式加热室像个悬框挂在蒸发器壳体内的下部，溶液沿加热室与壳体形成的环隙下降，沿加热管上升，不断循环流动1.循环速度较前者大2.蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾溶液，热损失少1.结构较复杂2.单位传热面积用金属量最多3.便与检修和更换4.适用于蒸发易结垢或有晶体析出的液体列文式在加热管上部附加一段直管，由于其静压抑制了加热管中溶液的沸腾，减少了结垢的可能性，在直管上部装有立式隔板，使沸腾产生的气泡受到限制，与液体形成均匀混合物上升，这样循环管中的汽液混合物之间产生较大的密度差和推动力，故循环速度增大1.可避免在加热管中析出晶体，减轻加热管表面上污垢的形成2.传热效果较好3.适用于处理有结晶析出的溶液1.设备高达，消耗金属材料多，需要高大厂房2.液柱静压引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽压力较大3.必须保持在较大温差下操作强制循环式溶液的的循环借助外力作用，如用泵迫使溶液想一定方向流动1.传热系数较自然循环式蒸发器大2.适用于高粘度、易结垢、易结晶的溶液3.加热蒸汽与溶液之间的温度差较小时(3~5)，仍可进行操作动力消耗大，单位传热面积耗费功率达0.4~0.82/k mw浸没燃烧式高温烟道气直接通入待蒸发溶液中，使溶液沸腾汽化1.结构简单2.传热速率快，效率高，适用于易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液1.二次蒸汽难以再利用2.不适用于热敏性或不能被烟道气污染的物料（2）单程型蒸发器单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，一次通过加热室即可达到所要求的组成。
三效蒸发装置课程设计
三效蒸发装置课程设计目录一、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33各效蒸发器中溶液的平均密度:ρ=1014kg/m，ρ=1060kg/m，ρ123=1239kg/m 3加热蒸汽压强: 500kPa(绝压) ，冷凝器压强为 20 kPa(绝压)22各效蒸发器的总传热系数:K=1500W/(m?K)，K=1000W/(m?K)，K=600W/123 2(m?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。
二、蒸发器的形式、流程、效数论证 1.蒸发器的形式:中央循环管式2(蒸发器的流程:三效并流加料3.效数论证:在工业中常用的加热方式有直接加热和间接加热。
化工原理课程设计——三效逆流蒸发器之欧阳文创编
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、设计任务及操纵条件1.处理能力2.5×104吨/年NaOH水溶液2.设备形式蒸发器3.操纵条件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．各效传热系数辨别为：K1=3000 W/(m2·℃)K2=1500 W/(m2·℃)K3=750W/(m2·℃)d．各效蒸发器中的液面高度：1.52.5m。
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.设计计划简介：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.主要帮助设备选型，包含预热器、汽液别离器及蒸汽冷凝器。
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蒸发操纵的特点 (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.蒸发装置帮助设备选型 (30)4.探索使用Aspen Plus设计蒸发器办法 (33)5.后记 (35)1、概述1.1蒸发操纵的特点蒸发是将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂气话，溶液浓缩获得浓溶液的过程。
1.1.1蒸发的基本流程蒸发过程的两个需要组成部分是加热溶剂使水蒸气汽化和不竭除去汽化的水蒸气，前一部分在蒸发器内进行，后一部分在冷凝器完成。
课程设计
化工原理课程设计任务书专业化学工程与工艺班级 XXX班姓名 XXX设计题目：NaOH水溶液三效并流蒸发系统设计设计时间：2011年X月X日到2011年X月X日指导老师：杨则恒，王道银设计任务：年处理 4.5万吨NaOH水溶液体系。
1.年工作日320天，每天24小时连续运行。
2.原料液：含10%NaOH（wt%，下同），20o C进料。
3.完成液：35%NaOH溶液。
4.间接蒸汽加热，压力为0.4 MPa（表压）。
5.蒸发器热损失为本效加热蒸汽供热的3～5%。
6.末效真空度：81KPa。
7.当地大气压：101.3KPa。
8.冷却水温度：进口20o C，出口40o C。
设计成果1.设计说明书一份。
2.设计图纸：带控制点工艺流程图一张（3#图纸）；一效蒸发器总装图一张（1#图纸）。
[中文摘要] 蒸发可广泛应用于医药、食品、化工、轻工等行业的水溶液或者有机溶液的浓缩。
其中中央循环管式又由于其标准化的设计和自然循环流动而受到广泛的重视。
本次设计中采用中央循环管式蒸发器三效并流将4.5×104吨，10%的NaOH水溶液浓缩到35%。
其目的是通过蒸发过程中的二次蒸汽再利用，以节约蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性。
本次设计主要是通过计算机编程优化，求得三效传热面积分别为S1=40.61 m2、S2=49.73m2、S3=70.34m2的蒸发器，并计算得到辅助设备的工艺尺寸，然后进行设计、选型和校核，最后使用计算机辅助设计绘制出管道仪表流程图和蒸发器的装配图。
关键词：蒸发中央循环管三效并流氢氧化钠[Abstract] Evaporation is widely used for the concentration of aqueous and organic solutions in fields such as medicine,food, chemicaland light industries. Among various evaporators,the evaporatorwith vertical tubes and large central downcomer draws extensiveattention due to its stable design and natural circulation.This design uses three-effect evaporation system toconcentrate 4.5×104 t/year of 10% NaOH solution to 35%, and theevaporator with central circulation downcomer is chosen. Thepurpose is to reuse the produced steam to save the consumptionof steam and improve the economical efficiency of evaporationprocess. Programmed optimization is done to get the heattransfer areas of three evaporators as 40.61 m2, 49.73m2 and70.34m2. In addition the selection of auxiliary equipments andthe strength check of the major equipment are accomplished.Finally the pipe and instrument diagram (PID) and theevaporator assembly drawing are completed with the aid of AutoCAD.Key Words: Evaporation; Central circulation downcomer;Three-effect forward feed evaporation; NaOH目录第一章概述 (1)1.1蒸发操作的特点 (1)1.2蒸发操作的分类 (1)1.3蒸发设备的分类 (2)1.4蒸发的流程示意图 (3)第二章蒸发工艺设计计算 (5)2.1完成液浓度的计算 (5)2.1.1附有参数的三效蒸发器流程图 (5)2.1.2各效蒸发量和溶液浓度的估算 (6)2.2各效溶液的沸点和总有效温度差的估算 (7)2.2.1各效的压力及温度 (7)2.2.2总有效温度差的估算 (8)2.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 (12)2.4传热系数的确定 (14)2.5有效温度差在每一效的分配 (15)2.5.1重新分配各效温度差 (15)2.5.2重复上述的计算 (16)2.6 蒸发器的传热面积优化设计 (19)2.6.1估算蒸发器的传热面积 (19)2.6.2蒸发器的传热面积的优化 (20)第三章蒸发器的主要结构尺寸 (22)3.1接热管的选择和管数的确定 (22)3.2循环管的选择 (22)3.3加热室直径和加热管数的确定 (23)3.4分离室的直径和高度的确定 (23)3.4.1 分离室体积的计算 (23)3.4.2 分离室直径及高度的确定 (25)3.5接管尺寸的确定 (25)3.5.1 溶液进出口 (25)3.5.2 加热蒸气进口与二次蒸汽出口 (26)3.5.3冷凝水出口 (26)第四章蒸发装置的辅助设备 (28)4.1气液除沫器 (28)4.2蒸汽冷凝器 (28)4.2.1 冷却水量V L (29)4.2.2 冷凝器的直径 (29)4.2.3 淋水板的设计 (29)4.3真空泵的选型 (30)4.4预热器的选型 (32)4.5 封头的选型 (33)4.6管数的确定及加热室壳体的选定 (33)第五章主要设备的强度计算和校核 (34)5.1加热室 (34)5.2蒸发室 (34)第六章设计总结 (36)6.1设计结果汇总表 (36)6.1.1 蒸发器的主要结构尺寸的确定 (36)6.1.2 气液分离器主要结构尺寸的确定 (36)6.1.3蒸汽冷凝器主要结构尺寸的确定 (37)6.1.4主要数据计算结果汇总 (37)6.2设计评价 (38)6.3心得体会 (38)附录一：编程优化过程 (39)附录二：氢氧化钠物性全集 (41)参考文献 (43)第一章概述1.1蒸发操作的特点常见的蒸发是壁两侧分别为蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。
化工原理课程设计三效逆流蒸发器
培养工程实践能力
课程设计能够培养学生的工程实 践能力，包括问题分析、方案设 计、实验验证等方面的能力。
为后续课程打下基
础
化工原理课程设计为后续的专业 课程提供了必要的基础知识和实 践经验。
三效逆流蒸发器应用前景
高效节能
01
三效逆流蒸发器采用先进的逆流操作原理，具有高效节能的特
点，符合当前节能环保的要求。
未来发展趋势预测
随着化工行业的不断发展，对于高效、节能、环保的蒸发设备的需求将不 断增加。
三效逆流蒸发器作为一种先进的蒸发设备，将在未来得到更广泛的应用和 推广。
未来三效逆流蒸发器的发展将更加注重设备的性能提升、智能化和自动化 等方面的研究和应用。
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化工原理课程的地位
化工原理是化学工程与工艺专业的一门重要基础 课程，主要研究化工过程中的基本原理和规律。
3
蒸发器在化工过程中的应用
蒸发器是化工过程中常用的设备之一，用于将溶 液中的溶剂蒸发分离出来，得到纯净的溶质或浓 缩溶液。
化工原理课程设计意义
理论与实践结合
通过课程设计，将化工原理的理 论知识与实际应用相结合，加深 对理论知识的理解。
掌握了化工原理课程中的基本理论和方法，并将 其应用于实际工程问题中。
存在问题分析及改进建议
01
在设备设计方面，还需要进一步优化结构，提高设 备的稳定性和可靠性。
02
在工艺流程方面，需要进一步完善操作参数和控制 策略，以提高设备的运行效率和安全性。
03
在实验验证方面，需要加强对实验数据的分析和处 理，以更好地指导设备的设计和改进。
广泛应用
02
三效逆流蒸发器可应用于化工、制药、食品、环保等多个领域
三效并流蒸发器的设计
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㎏/h3、 估算各效浓度： X 1=1W -F X F ⨯=(4500×0.05)/(4500-1193)=0.068X 2=4500×0.05/(4500-1193-1312)=0.113 X 3=0.44、 分配各效压强 假设各效间压降相等P 1=5×98.07+101.33=592KPaP 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=402KPaP 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P m =p /+ρg L/2取液位高度为2米（即加热蒸汽管长度）由溶液的沸点和各效完成液的浓度查表可得各效溶液的密度ρ1=991㎏/m 3ρ21056㎏/m 3ρ31366㎏/m 3P 1=402+991×9.81×2/2/1000=412KPa P 2=212+1056×9.81×2/2/1000=222kpa P 3=21+1366×9.81×2/2/1000=34kpa对应的各效溶液（水）的温度分别为：144.4℃ 123.3℃ 69.9℃∑∆//=t m /-t pΔ1///=144.4-143.6=0.8℃ Δ2///=123.3-121.9=1.4℃ Δ3///=69.9-60.7=9.2℃∑∆//=0.8+1.4+9.2=11.4℃(三)、流动阻力引起的温度差损失Δ///∑∆///=06、 计算总温度差损失∑∆=31.8+11.4=43.2℃7、 计算总传热温度差∆t=T 1-T K -∑∆=158.1-60.7-43.2=54.2℃8、 计算各效溶液的沸点及各效加热蒸汽的温度 一效：t 1=T I /+ΔI =143.6+2.4+0.8=146.8℃ ： t 2=121.9+3.1+1.4=126.4℃:t 3=60.7+26.3+9.2=96.2℃T2=t 1-(△1/+△1//+△1///)=146.8-3.2=143.6 T3=△t 3+t 39、 计算加热蒸汽消耗量及各效蒸发水分量 解方程组： W 1=1428㎏/h W 2=1420㎏/h W 3=1091㎏/h D 1=1508㎏/h 10、 估算蒸发器的传热面积it ∆⨯=i ik Q SiΔt 1=T 1-t 1=158.1-146.8=11.3℃ 假设各效传热系数：K 1=1800W/(m 2k) K 2=1200 W/(m 2k) K 3=600 W/(m 2k)Q 1=D 1×R 1=15.8×2093×103/3600=8.77×105WQ 2=1428×2138×103/3600=8.48×105WQ 3=8.68×105WS 1=43.1m 2S 2=41.1m 2S 3=56.3m 211、 有效温度差再分配∑∆∆+∆+∆=tt S t S t 332211S S =48.7m 2=∆1t 43.1/48.7×11.3=10℃ =∆2t 41.1/48.7×17.2=14.5℃=∆3t 56.3/48.7×25.7=29.7℃12、 重新计算各效浓度 X 1=0.073 X 2=0.136 X 3=0.414、 计算各效蒸发量 解方程组： W 1=1444㎏/h W 2=1393㎏/h W 3=1101㎏/h D=1523㎏/h 15、 计算各效传热面积Q 1=8.85×105 S 1=49.2m 2Q 2=8.54×105 S 2=49.1M 2Q 3=8.47×105 S 3=47.5M 2maxminS S -1=1-47.5/49.2=0.0346＜0.05 取平均面积S=(49.2+49.1+47.5)/3=48.6M 2 取S=1.1S=53.46=[54M 2]。
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【毕业论文】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 -字符说明第一节概述一．蒸发及蒸发流程蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质（如盐类）的溶液沸腾，除去其中被汽化单位部分杂质，使溶液得以浓缩的单元操作过程。
蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较为常见的单元操作。
化工生产中蒸发主要用于以下几种目的：1获得浓缩的溶液产品；2、将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用以获得固体产品，如烧碱、抗生素、糖等产品；3、脱除杂质，获得纯净的溶剂或半成品，如海水淡化。
进行蒸发操作的设备叫做蒸发器。
蒸发器内要有足够的加热面积，使溶液受热沸腾。
溶液在蒸发器内因各处密度的差异而形成某种循环流动，被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。
蒸发器内备有足够的分离空间，以除去汽化的蒸汽夹带的雾沫和液滴，或装有适当形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。
蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称做一次蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽。
二．蒸发操作的分类按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。
按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。
若把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。
多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。
按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。
真空蒸发有许多优点：（1）、在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差，减小蒸发器的传热面积；（2）、可以利用低压蒸气作为加热剂；（3）、有利于对热敏性物料的蒸发；（4）、操作温度低，热损失较小。
在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气加以利用。
因此，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。
三．蒸发操作的特点从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发时间壁两侧分别为蒸气冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。
但和一般的传热过程相比，蒸发操作又有如下特点 :沸点升高蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在港台压力下溶液的蒸气压较同温度下纯溶剂的蒸气压低，使溶液的沸点高于纯溶液的沸点，这种现象称为溶液沸点的升高。
在加热蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必定小于加热唇溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。
物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析出晶体，或易于结垢；有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。
如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作彼此必须要考虑的问题。
节约能源蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸气。
如何充分利用热量，提高加热蒸气的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。
四、蒸发设备?? 蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。
?? 蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。
蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。
减压操作时还需真空装置。
兹分述如下：? 由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。
对常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：（1）循环型蒸发器?? 特点：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于完成液的浓度。
操作稳定。
此类蒸发器主要有?? a.中央循环管式蒸发器，?? b.悬筐式蒸发器c.外热式蒸发器，d.列文式蒸发器e.强制循环蒸发器。
其中，前四种为自然循环蒸发器。
（2）单程型蒸发器?? 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。
??优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的??蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。
??缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。
??此类蒸发器主要有??? ?a.升膜式蒸发器，??? ?b.降膜式蒸发器，?? ??c.刮板式蒸发器五、蒸发器选型本次设计采用的是中央循环管式蒸发器：结构特点：加热室是由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子，细管内单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液气化得多，因此细管内汽液混合物的密度比粗管小，这种密度差促使溶液做沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。
优点：相对老式蒸发器而言，具有溶液循环好、传热效率高等优点，同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。
缺点：由于结构的限制，循环速度一般在0.4到0.5m/s以下；且由于溶液的不断循环，使加热管内的溶液始终接近完成液的组成，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。
第二节蒸发装置设计任务处理量A、加料方式为三效逆流加料B、原料液浓度为10%，完成液浓度为30%，原料液温度为第一效沸点温度。
C、加热蒸汽压强500kPa（绝压）；冷凝器压强为50 kPa（绝压）D、各效蒸发器的总传热系数：K1 1800W/（m2??K），K2 1200W/（m2??K），K3 600W/（m2??K）E、各效蒸发器中液面的高度为1.2mF、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。
第三节三效蒸发器得工艺计算多效蒸发的工艺计算多效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。
计算的主要项目有：加热蒸气（生蒸气）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，加热蒸气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试算法。
根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及冷凝器的压强），蒸发器的形式、流程和效数。
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。
根据经验假设蒸发器各效的压强，估算个效溶液沸点和有效总温差。
根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。
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。
一、估计各效蒸发量和完成液浓度总蒸发量:并流加料蒸发中无额外蒸汽引出,可设W W1+W2+W3 3 3247kg/h由以上两式可得:W1 1082kg/h;W2 1082kg/h;W3 1082kg/h;X3 0.1286X2 0.18;X1 0.30二、估计各效溶液的沸点和有效总温差设各效蒸发室的压力分别为由各效的二次蒸汽压强，从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中:效数第一效第二效第三效二次蒸汽压强Pi/ KPa 200 80 20 二次蒸汽温度 Ti/ ℃即下一效加热蒸汽温度120.293.260.1 二次蒸汽的汽化潜热即下一效加热蒸汽的ri/ （kj/kg）220522752355 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：有效总温度差式中 -----有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃。
-----第一效加热蒸气的温度，℃。
-----冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度，℃。
-------总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃，/+//+///式中 /--- 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃，//---由于蒸发器红溶液的静压强而引起的温度差损失，℃，///----由于管道流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，℃，（一）各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失/杜林规则（dnhring’srule）: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。
根据各效二次蒸汽温度（也即相同温度压力水的沸点）和各效完成液的浓度，由氢氧化钠水溶液的杜林线图可查的各效溶液得沸点分别为；tA1 138.1℃;tA2 100.0℃;tA3 63.3℃;则各效由于溶液蒸汽压压下降所引起的温度差损失为： 138.1-120.2 17.9℃100-93.2 6.8℃63.1-60.1 3.2℃所以17.9+6.8+3.2 27.9℃（二）各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失为简便计算，以液层中部点处的压力和沸点代表整个液层的平均压力和平均温度，则根据流体静力学方程，液层的平均压力为：式中―蒸发器中液面和底层的平均压强，KPa―二次蒸气的压强，即液面处的压强，KPa-液层高度g-重力加速度，根据又因液位高度为1.2米由 NaOH水溶液比重图可得下列数据:NaOH水溶液密度 Kg/m3207.8KPa87.1KPa26.7KPa根据各效溶液平均压强查得对应的饱和溶液温度为:121.3℃95.5℃64.4℃根据式中 --根据平均压强求取的水的沸点℃，--根据二次蒸气压强求得水的沸点℃, 所以1 - T 121.3-120.2 1.12 - T 95.5-93.2 2.3℃3 -T 64.4-60.1 4.3℃1.1+2.3+4.3 7.7℃（三）流体阻力产生压降所引起的温度差损失取经验值1，即，则故蒸发装置得总的温度差损失为++ 27.9+7.7+3 38.6℃（四）各效料夜的温度和有效总温差由各效二次蒸气压力及温度差损失，即可由下式估算各效料夜的温度，各效料夜得温度为：t1 120.2+20 140.2℃t2 93.2+ 10.1 103.3℃t3 60.1+8.5 68.6℃有效总温度差为由手册查的500KPa气的温度为151.4℃为2113KJ/Kg.所以： 151.7-60.1-38.6 53℃三加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算对三效逆流加料流程，没有额外蒸汽引出或补充时：D1 W1:;D2 W2;D3 W3对第三效做热衡算第二效的热量衡算为第一效热量衡算为式中------第i效的加热蒸汽量------ 第i效加热蒸气的汽化潜热------第i效二次蒸气的汽化潜热-----------原料液的比热---------水的比热------- 第i效溶液的沸点将数据分别代入公式整理得2356.4W3-2275.3W2 1565797… a103.9W3-2311W2+2204.6W1 506134… b56.5W3+56.5W2-2298.4W1+2113D0 274994… c又W1+W2+W3 3247… d联立 a , b , c , d 式,解得:1235kg/h1036 kg/h976kg/hD0 1500 kg/h四、蒸发器的传热面积的估算任意一效的传热速率方程为式中 ---第i效的传热速率，W。