多效蒸发流程及效数的确定
多效蒸发方案(以NaOH为例)
冬胞工夕丸卑化工原理课程设计NaOH蒸发系统设计目录章前言§ 1概述'第二章蒸发工艺设计计算§ 1蒸浓液浓度计算§ 2溶液沸点和有效温度差的确定S 2 • 1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失§2 • 2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失§22 • 3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失§2 3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算§2 4蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分布以及传热系数K的确定§ 5温差的重新分配与试差计算§5 • 1重新分配各效的有效温度差，§ 5• 2重复上述计算步骤§ 6计算结果列表第三章NaO H溶液的多效蒸发优化程序部分§3 1具体的拉格朗日乘子法求解过程§3 2程序内部变量说明§3 3程序内容：§3 4程序优化计算结果§3 5优化前后费用比较第四章蒸发器工艺尺寸计算§4 1加热管的选择和管数的初步估计§4 1 1加热管的选择和管数的初步估计§4 1 2循环管的选择§4 1 3加热室直径及加热管数目的确定§4 1 4分离室直径与高度的确定§4 2接管尺寸的确定§4 2 • 1溶液进出§4 2 • 2加热蒸气进口与二次蒸汽出口§4 2 • 3冷凝水出口第五章、蒸发装置的辅助设备§5 1气液分离器§5 2蒸汽冷凝器§5 2 1冷却水量§5 2 2计算冷凝器的直径§23淋水板的设计§5 3泵选型计算§5 4预热器的选型第六章主要设备强度计算及校核§ 6 • 1蒸发分离室厚度设计§ 6 • 2加热室厚度校核第七章小结与参考文献：符号说明希腊字母：c 比热容，KJ/(Kg.h> a -------- 对流传热系数，W /m2. °Cd --- 管径，mA ------ 温度差损失，CD——直径，mn——误差，D ――加热蒸汽消耗量，Kg/h n ――热损失系数，f --- 校正系数，n ----- 阻力系数，F――进料量，Kg/h入一一导热系数，W /m2. Cg --- 重力加速度，9.81m/s2卩---- 粘度，Pa.sh 咼度，m p 密度，Kg/m3H ――高度，mk――杜林线斜率K ――总传热系数，W/m2. CE――加和L——液面高度，m©——系数-加热管长度，m -淋水板间距，m 下标： -效数 1,2,3——效数的序 -第n 效 0——进料的 -压强，Pai ――内侧热通量，W/m2 m ----- 平均-传热速率，W o - 外侧汽化潜热，KJ/Kg p---- 压强-热阻，m2「C /Ws ――污垢的 -传热面积，m2 w 水的 管心距，m w 壁面的 -蒸汽温度，C 「流速，m/s-蒸发强度，Kg/m2.h 上标：-体积流量，m3/h'：二次蒸汽的 -蒸发量，Kg/h :因溶液蒸汽压而引起的 〃：因液柱静压强而引起的 :因流体阻力损失而引起的 第一章前言§ 1概述1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。
多效蒸发器操作手册
文档编号:多效蒸发器操作手册.DOC多效蒸发仿真培训系统操作说明书北京东方仿真软件技术有限公司二零零七年八月一.工艺流程说明1、多效蒸发工作原理简述通常，无论在常压、加压或真空下进行蒸发，在单效蒸发器中每蒸发1kg的水要消耗比1kg多一些的加热蒸汽。
因此在大规模工业生产过程中，蒸发大量的水分必需消耗大量的加热蒸汽。
为了减少加热蒸汽消耗量，可采用多效蒸发操作。
将加热蒸汽通入一蒸发器，则液体受热而沸腾，所产生的二次蒸汽，其压力和温度必较原加热蒸汽（为了易于区别，在多效蒸发中常将第一效的加热蒸汽称为生蒸气）的为低。
因此可引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽，这就是多效蒸发的操作原理，一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作。
将多个蒸发器这样连接起来一同操作，即组成一个多效蒸发器。
每一蒸发器称为一效，通入生蒸汽的蒸发器称为第一效，利用第一效的二次蒸汽以加热的，称为第二效，以此类推。
由于各效(末效除外)的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率（又称为经济程度），即单效蒸发或多效蒸发装置中所蒸发的水量相等．则前者需要的生蒸汽量远大于后者。
例如，若第一效为沸点进料，并忽略热损失、各种温度差损失以及不同压力下蒸发潜热的差别，则理论上在双效蒸发中，1kg的加热蒸汽在第一效中可以产生1kg的二次蒸汽，后者在第二效中又可蒸发1kg的水，因此，1kg的加热蒸汽在双效中可以蒸发2kg的水，则D/W=0.5。
同理，在三效蒸发器中，1kg的加热蒸汽可蒸发3kg的水，则D/W=0.333。
但实际上由于热损失，温度差损失等原因，单位蒸汽消耗量并不能达到如此经济的数值。
多效蒸发操作的加料，可有四种不同的方法：并流法、逆流法、错流法和平流法。
工业中最常用的为并流加料法，溶液流向与蒸汽相同，既由第一效顺序流至末效。
因为后一效蒸发室的压力较前一效为低，故各效之间可毋需用泵输送溶液，此为并流法的优点之一。
多效蒸发器设计计算
多效蒸发器设计计算Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT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 = W1 + W2 + … + 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：： （1-5）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 。
多效蒸发流程及效数的确定(精)
单效 双效 1 1.1 1/2 0.57
三效 1/3 0.4
四效 1/4 0.3
五效 1/5 0.27
三、蒸发操作条件的选择
1．料液液面高度
液面过低，加热室的加热管上方易结垢，对于强制循 环蒸发器，过低的液面会使循环泵发生气蚀和振动 面过高，会料液沸点上升、气液分ห้องสมุดไป่ตู้空间过小
；液
。
2.真空度
真空度过低，末效及整个蒸发系统的传热温 差低。真空度增大，可降低蒸发系统的蒸汽消 耗、提高设备生产能力、可使料液离开蒸发系 统带走的热量减少、可减少预热所用蒸汽量。 实际生产中应采用尽可能高的真空度，以达 到高产低耗的目的。
影响真空度的因素
• 不凝气体 ： 真空设备排除不凝气的能力有限 。 不凝气来自以下三个部分：二次蒸汽夹带的 不凝气；冷却水进入真空系统后释放出其中溶解 的不凝气；真空系统管道和设备的各个连接部位 漏入的不凝气体。
• 真空系统的阻力 • 冷却水量和温度 ：理论上最大真空度应是大
气压与冷凝器冷却水下水的饱和蒸汽压之差。水 温越高真空度越低。而冷却下水温度高低取决于 冷却水的上水水温和水量。
多效蒸发流程及工艺条件分析
一、多效蒸发流程
1 顺流流程 蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。
优点：
在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间 流动不需用泵；
料液的沸点依效序递降，使前效料进入后效时放出显热， 供一部分水汽化；
料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对 热敏性物料有利。
小结：单效蒸发和多效蒸发的比较 温度差损失
若多效和单效蒸发的操作条件相同，则多效 蒸发的温度差因经过多次的损失，使总温度差损 失较单效蒸发时为大。
多效蒸发的4种流程
多效蒸发的4种流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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2. 并流多效蒸发，原料液和加热蒸汽在同一方向流动，逐效浓缩。
课程设计 蒸发器
第一章蒸发操作条件的确定蒸发作为化工产品工艺制造过程中的单元操作，有多种不同的设备，不同的流程和不同的操作方式。
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加热蒸汽压强的确定通常被蒸汽的溶液有一个允许的最高温度，若超过了此物料就会变质，破坏或分解，这是确定加热蒸汽压强的一个依据。
应使操作在低于最大温度范围内进行，可以采用加压蒸发，常压蒸发或真空蒸发。
一些化工厂，常装设蒸汽机或透平机以驱动发电机发电，因而蒸发用汽应考虑用蒸汽机、透平机的乏汽，直接采用未经做功的锅炉蒸汽进行减压蒸发是不经济的，乏汽压强一般在200～400 kPa左右。
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。
从节能的观点出发，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的有利的，但通常所用饱和蒸汽的温度不超过180 ℃,超过时相应的压强就很高,这样增加加热的设备费和操作费。
一般的加热蒸汽压强在400～800 kPa范围之内。
此次设计方案中加热蒸汽压强定为675 kPa（绝压）。
1.2 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汽，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，溶液粘度低，传热好。
若一效加热蒸汽压强低，末效应采用真空操作。
此时各效二次蒸汽温度低，进入冷凝器冷凝需消耗大量冷却水，而且溶液粘度大，传热差。
但对于那些热敏性物料的蒸发，为充分利用热源还是经常采用的。
对混合式冷凝器，其最大的真空度取决于冷凝器内的水温和真空装置的性能。
通常冷凝器的最大真空度为80～90 kPa。
此次设计方案中冷凝器压强定为20 kPa（绝压）。
第三节 多效蒸发
7-8.蒸发器的生产能力和蒸发强度 P297 无论是生产能力还是生产强度，其大小取决于 蒸发器的传热速率，当操作条件一定时，单效 的传热速率为Q=KAΔt，Δt=TS-t,而多效的传 热速率Qi=KAΣΔti(设TS,T末,K,A相同)。很明 显，由于Δt>ΣΔti，将使Q>Qi，即多效的生 产能力W小于单效时的生产能力，又因多效传 热面积为单效时的n倍，因而多效时生产强度 远较单效时为小。可见多效蒸发是以牺牲生产 能力和生产强度为代价换取加热蒸汽的利用率。
温差分配到各效而已。由于多效蒸发的每一效 中都存在传热温差损失，因而总的有效传热温 差必小于单效时，使得传热推动力下降。效数 愈多，总有效温差愈小，当效数增加到一定程 度时，可使总有效温度差为零，此时蒸发将无 法进行，即为效数的最大极限。
多效蒸发和单效蒸发的比较
2 加热蒸汽的经济性： 当蒸发水分量相同时，多效蒸发所需 加热蒸汽消耗量比单效明显减少，因 而提高了加热蒸汽的利用率，即经济 性。因此在蒸发大量水分时，应采用 多效。
缺点：随效数的增加，溶液浓度逐效增高而温度逐效
降低，致使溶液粘度增大较快，使传热系数逐效下降， 传热效果一效不如一效。
适于：热敏性物料的蒸发
2.逆流加料流程
蒸发工艺流程与操作条件的选择(精)
蒸发工艺流程与操作条件的选择一、单效蒸发图5-13是典型的单效真空蒸发流程图，单效蒸发操作的主体设备蒸发器，它的下部分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，夹带的一部分液体在蒸发器的上部的分离室2分离，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。
在单效蒸发过程中，由于所产生的二次蒸汽直接被冷凝而除去，使其携带的能量没有被充分利用，因此能量消耗大，它只在小批量生产或间歇生产的场合下使用。
图5-13 单效真空蒸发流程1．加热室；2．分离室；3．二次分离器；4．混合冷凝器；5．汽液分离器；6．缓冲罐；7．真空泵；8．冷凝水排除器二、多效蒸发（一）多效蒸发的原理在生产中，蒸发大量水分时，势必需要消耗大量的加热蒸汽。
为减少加热蒸汽的消耗量，可采用多效蒸发。
即将若干个蒸发器串联起来协同操作，利用减压的方法，使后一个蒸发器的操作压力和溶液沸点比前一个低。
把前一个蒸发器产生的二次蒸汽引入后一个蒸发器的加热室作为热源，后一个蒸发器的加热室作为前一个蒸发器的冷凝室，最后一个蒸发器的二次蒸汽送去被冷凝。
在多效蒸发中，每一个蒸发器称为一效，通入加热蒸汽的蒸发器称为第一效。
用第一效的二次蒸汽作为加热蒸汽的蒸发器称为第二效，依次类推。
相同的生产能力下，串联若干单效设备，可提高热能利用的经济性，但也提高了设备的投资费用。
（二）多效蒸发的流程根据原料液加入方法的不同，多效蒸发操作有四种流程，即顺流法、逆流法、平流法和混流法。
1．顺流流程也称并流法，为最常用的一种加料流程。
如图5-14所示，蒸汽和料液的流动方向一致，依效序从第一效到末效。
顺流操作的优点是：蒸发室压强依效序递减，料液在效间流动不需要泵。
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多效蒸发流程及效数的确定
1.进料：进料是多效蒸发流程的第一步，通过控制入口阀门使进料流
入蒸发器。
进料常常是通过预处理步骤，如澄清、过滤或浸泡，以去除杂
质和固体颗粒，避免对蒸发器产生不利影响。
2.预热：进料在多效蒸发过程中需要进行预热，以达到最佳蒸发条件。
预热目的是提高进料的温度，减少对热源的需求。
预热可以通过传热表面
的配置进行，常见的形式包括蒸汽加热、热交换和热回收等。
3.蒸发：预热后的进料进入蒸发器，经过加热和汽化，以脱除其中的
溶质和水分。
蒸发器的设计通常采用多级蒸发器，如单效蒸发器、双效蒸
发器、多效蒸发器等。
它们之间通过热交换进行热量转移，以提高蒸发效率。
4.再生：在蒸发过程中形成的蒸汽会进入再生器进行再生，以收集其
中的溶质和水分。
再生器通常是将蒸汽直接送入浓液中，通过传热而产生
的气-液循环和溶质的分离。
再生器的效果直接影响多效蒸发的性能。
5.冷却：蒸发器中产生的蒸汽被再生后，需要经过冷凝器进行冷却，
以转化为可回收的水分和回收热量。
冷却可以通过空气冷凝或水冷凝等方
式进行。
冷凝后的液体通过管道排出，回到外部系统中进行进一步利用。
6.产品收集：多效蒸发过程中产生的浓缩产物通过汇集系统进行收集。
浓缩产物可以是溶液、浆糊或晶体物质，可以根据需要进行分离、干燥或
回收利用。
效数的确定在多效蒸发中至关重要，它反映了蒸发器的性能和能源利
用效率。
效数是通过多效蒸发器的设计参数和实际运行情况来确定的。
常用的效数包括汽-液分布效数、传热效数和蒸发效数等。
1.汽-液分布效数：汽-液分布效数是描述蒸发器内不同气液相间传质和传热的均匀程度的指标。
通过设计合理的流路结构和控制流体分布，可以提高汽-液分布效数，减少气液相间的传质阻力和传热阻力。
2.传热效数：传热效数是描述多效蒸发器内传热能力的指标。
传热效数的高低决定了蒸发器的传热速率和传热量。
提高传热效数可采取增加传热表面积、增加传热介质流速、改变传热介质的物理状态和调节传热介质的温度等方式。
3.蒸发效数：蒸发效数是描述多效蒸发器蒸发能力的指标。
蒸发效数反映了蒸发器在单位时间内处理液体的能力，即单位时间内的蒸发量。
增加蒸发效数可提高蒸发器的产能和蒸发效率。
在多效蒸发过程中，通过合理的设计和运行参数的控制，可以提高效数，提高能源利用效率和蒸发效率，实现对水资源的最大节约和能源的最大利用。
总之，多效蒸发是一种高效的蒸发过程，通过多级蒸发器和再生器的组合，以最大程度地提高蒸发效率和蓄热利用率。
有效地确定和控制效数是实现高效蒸发的关键。
根据实际情况和要求，结合合理的设计参数和运行参数，能够提高蒸发效率和节约能源。