【正文】 。蒸發(fā)裝置中效數(shù)越多，溫度差損失越大，當(dāng)出現(xiàn)總溫度差損失等于或大于有效總溫度差時，蒸發(fā)操作就無法進(jìn)行了。隨著效數(shù)的增加，所節(jié)省的生蒸汽量 不斷減小，同時各效所分配到的有效溫差，隨著效數(shù)的增加而減小，生產(chǎn)能力和強(qiáng)度也不斷降低。在多效蒸發(fā)器中，要求后一效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)較前一效低，因此引入前一效的二次蒸汽作為加熱介質(zhì)，這樣僅第一效需要消耗生蒸汽。由于重力、離心力和旋轉(zhuǎn)刮板刮帶作用，溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排出。其主要缺點(diǎn)是：對進(jìn)料負(fù)荷的波動相當(dāng)敏感，當(dāng)設(shè)計或操作不適當(dāng)時不易成膜，此時，對流傳熱系數(shù)將明顯下降 。由于成膜機(jī)理不同于升膜式蒸發(fā)器，故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大（例如在 ～ ）、熱敏性的物料。料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升，一般常壓下操作時適宜的出口汽速為 20～ 50m/s，減壓下操作時汽速可達(dá) 100 至 160m/s 或更大些。 優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的 蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制，一般在。這種蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是液柱靜壓頭效應(yīng)引起的溫度差損失較大，為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結(jié)晶或結(jié)垢嚴(yán)重的溶液，并提高溶液循環(huán)速度以延長操作周期和減少清洗次數(shù)。由于環(huán)隙面積約為加熱管總截面積的 100 至 150%，故溶液循環(huán)速度比標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器為大，可達(dá) 。此外，設(shè)備的清洗和維修也不夠方便，所以這種蒸發(fā)器難以完全滿足生產(chǎn)的要求。這種蒸發(fā)器由于結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。由于中央循環(huán)管較大，其單位體積溶液占有的傳熱面，比沸騰管內(nèi)單位溶液所占有的要小，即中央循環(huán)管和其它加熱管內(nèi)溶液受熱程度不同，從而沸騰管內(nèi)的汽液混合物的密度要比中央循環(huán)管中溶液的密度小，加之上升蒸汽的向上的抽吸作用，會使蒸發(fā)器中的溶液形成由中央循環(huán)管下降、由沸騰管上升的循環(huán)流動。 由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。二次蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝后直接排除。 蒸發(fā)設(shè)備主要包括蒸發(fā)器，冷凝器和除沫器，工業(yè)上需要蒸發(fā)的物料有多種，它們的物性各不相同，為了適應(yīng)不同物料的加工要求，形成了多種形式的蒸發(fā)器。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題。 4 蒸發(fā)時間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。 按操作壓力可以分為常壓、加壓或真空蒸發(fā)。 按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。 蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。 design and selection of auxiliary equipment to select the appropriate equipment. Finally, with control points to draw out the flow chart, see attached. Keywords: evaporator, threeway downstream, caustic soda evaporation 3 述 蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì)（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。本設(shè)計通過對整個蒸發(fā)過程進(jìn)行總物料衡算，各效物料衡算，溫差損失計算，熱量衡算，并進(jìn)行多次迭代后達(dá)到一定的誤差要求后算得各效的傳熱面積。用物料計算的結(jié)果 并綜合考慮能耗和總費(fèi)用等問題，對工藝過程進(jìn)行一定的改進(jìn)和優(yōu)化后，再 對設(shè)備的主要工藝尺寸進(jìn)行計算 ， 以達(dá)到設(shè)計的要求；對輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計選型，選出適合的設(shè)備。 蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中較為常見的單元操作。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種循環(huán)流動，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。 按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)： （ 1）、在低壓下操作，溶液沸點(diǎn)較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳熱面積； （ 2）、可以利用低壓蒸氣作為加熱劑； （ 3）、有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)； （ 4）、操作溫度低，熱損失較小。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點(diǎn) : (1)沸點(diǎn)升高 蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點(diǎn)高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點(diǎn)的升高。 （ 3）節(jié)約能源 蒸發(fā)時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。 蒸發(fā)器是由加熱室和分離室兩部分構(gòu)成。 蒸發(fā)操作有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)兩種方式。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動情況，大致可分為以下兩大類 [1]： （ 1）循環(huán)型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。這種循環(huán)，主要是由溶液的密度差引起，故稱為自然循環(huán)。但是由于結(jié)構(gòu)上的限制，循環(huán)速度不大。 ： 為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結(jié)晶、易結(jié)垢且不易清洗等缺點(diǎn)，對標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更合理的改進(jìn)，這就是懸筐式蒸發(fā)器。此外，這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進(jìn)行檢修或更換，而且熱損失也較小。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在加熱室上增設(shè)沸騰室。此外，設(shè)備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠房等。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。 缺點(diǎn)：設(shè)計或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。溶液則被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、 6 液混合物在分離器內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導(dǎo)出。但因液 膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小，仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。 c. 刮板式蒸發(fā)器 ： 蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)的葉片即刮板。這種蒸發(fā)器是一種利用外加動力成膜的單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點(diǎn)是對物料的適應(yīng)性很強(qiáng)，且停留時間短，一般為數(shù)秒或幾十秒，故可適應(yīng)于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和 易結(jié)晶、結(jié)垢、熱敏性的物料。這就是多效蒸發(fā)的操作原理。因此最佳效數(shù)要通過經(jīng)濟(jì)衡算決定。若增加有效總溫差，就需要壓力較高的蒸汽，因此效數(shù)也是由所供蒸汽的壓力來決定的。 堿液蒸發(fā)工藝過程。 生產(chǎn) 42%液堿，不宜采用三效逆流，由于一效需要采鹽，一效蒸發(fā)器是正壓操作罐，高溫高濃度堿，對泵的材質(zhì)及密封要求較高；若一效不采鹽，閃蒸效出料的結(jié)晶量就要超過 12%，會引起管道的嚴(yán)重堵塞。從而提高了傳熱系數(shù)，減少了設(shè)備的加熱面積，減少了投資。這種流程的缺點(diǎn)是：后效溶液的濃度較前較大， 8 而沸點(diǎn)又較低，其粘度則相對較大，使后效蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)較前效較小 查閱 相關(guān)資料后對各種蒸發(fā)流程做對比分析后知，順流蒸發(fā)時濃效液溫較低，對材質(zhì)要求較低，適合生產(chǎn) 3040%堿液的中小型企業(yè)。母液送二效蒸發(fā)器。 生蒸汽壓力偏低，蒸發(fā) 器將不能維持良好的沸騰狀態(tài)，特別是對自然循環(huán)蒸發(fā)器，由于料液循環(huán)速度小，管內(nèi)傳熱系數(shù)將按循環(huán)速度的 次方而降低。 因此本設(shè)計選用加熱蒸汽壓力為 ，進(jìn)料溫度為第一效沸點(diǎn)。以及不同操作條件，制訂合理的液面高度，如對于標(biāo)準(zhǔn)式自然循環(huán)蒸發(fā)器，一般把適宜的液位高度定在加熱室上花板以上 50 cm處。 9 物料衡算 計算依據(jù) [5] （ 1）產(chǎn)品 75kt/a （ 100%NaOH） （ 2）年作業(yè)時間 7100 小時 （ 3）原料堿：隔膜法電解工序來的原料液 NaOH NaCl H2O及其它 溫度 11% 17% 72% 第一效沸點(diǎn) （ 4）三效順流蒸出來的堿液 NaOH NaCl H2O 及其它 32% 2% 67% （ 5）加熱蒸汽壓力： （絕） （ 6）末效二次蒸汽壓力： （絕） （ 7）產(chǎn)量 75kt/a（ 100%NaOH） F=100001000/7100= 1— 3 效流程示意簡圖如 下： 圖 31 三效順流流程簡 10 總物料衡算 （ 1）以 在蒸發(fā)過程中由于堿液中的雜質(zhì)比較少可以忽略進(jìn)行計算，洗水一般為 進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)的堿液量： F0=F/X0= 其中： NaOH F= = NaCl Fs== kg/h H2O Fw=（ ） =（ 2）出蒸發(fā)系統(tǒng)的堿液量： F3=F/X3= 則其中的： NaOH F= = kg/h NaCl Fs3 = = kg/h H2O Fw3 = = kg/h （ 3）總蒸發(fā)水量： W=FwFw3+ =+ = （ 4）總的析鹽量為： Ws= Fs Fs3 = = kg/h （ 5）初步估計各效蒸發(fā)水量。 蒸發(fā)水量 對于第一效進(jìn)行熱量衡算。 由于︳ P1＇ P1 ︳ /P1Z1所以進(jìn)行重新計算 .則重新設(shè) P1=P1＇ , P2=P2＇ , W1=Wl1,W2=Wl2, W3=WL3 代入前面式開始重復(fù)上述計算，直至誤差全部在允許范圍內(nèi)為止。進(jìn)入蒸發(fā)器熱量： 新鮮蒸汽帶入熱量： D0H0 料液帶進(jìn)熱量： （ FCp0Cpw/X0Cpw） T0 洗滌水帶入熱量： WCpwT0 Cpo、 Cpw 查《化工工藝手冊》分別為 kJ/（ kg. ℃ ）、 kJ/（ kg. ℃ ） 出蒸發(fā)器的熱量： 二次蒸汽帶出熱量： Wl1H1 蒸汽冷凝水帶出熱量： D0CPW T0 出料液帶出熱量： （ FCp0/X0CpwWl1+W1ˊ ） Cpwt1 根據(jù)熱量平衡，進(jìn)入蒸發(fā)器的等于離開蒸發(fā)器的熱量，則有： D0H0+（ FCp0/X0Cpw+W1ˊ ） Cpw T0= Wl1H1 +（ FCp0/X0CpwWl1+W1ˊ ） Cpw T0+D0CPW T0 則 W1=D0（ H0CPWT0） /（ H1CPWt1） +（ FCp0/X0Cpw+W1ˊ ） Cpw（ T0t1） /（ H1CPWt1） 令： （ H0CPWT0） /（ H1CPWt1） = RD/R1 （ T0t1） /（ H1CPWt1） =（ T0t1） / R1=N1 同理： （ H1CPWt1） /（ H2CPWt2） = R1/R2 （ H2CPWt2） /（ H3CPWt3） = R2/R3 ②總的有效溫差及其在各效的分配 （ 1）總有效溫差等于新鮮蒸汽與三效二次蒸汽的溫差與總的溫差損失之差，即 ∑△ t=T0TK∑△ ＇ ∑△ ＇＇ ∑△ ＇＇＇ = =℃ （ 2）各效傳熱量： 22 一效： Q1= = = 二效： Q2== = 三效： Q3== = （ 3）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) [2]： K1=1745W/（ m2K） K2=1163W/（ m2K） K3=930W/（ m2K） 由于 ∑△ t=Q1/K1A1+Q2/K2A2+Q3/K3A3 設(shè)三