【正文】 39?！?水的汽化熱 ， J/kg ； 0c — 原料液的 平均質(zhì)量熱容 ， J/（ kg K） ； T— 溫度，（℃） 考慮到稀釋熱和熱損失，需要引入熱利用系數(shù)η，則： 39。 一、 物料衡算 第一效，設(shè) 溶質(zhì)在蒸發(fā)過 程中不揮發(fā)，且蒸發(fā)過程是個(gè)定態(tài)過程，單位時(shí)間進(jìn)入和離開蒸發(fā)器的量相等，即 110 )(x xWFF ?? 水分蒸發(fā)量： )1( 10xxFW ?? 12 完成液的濃度： 101 WFFxx ?? 式中： F — 原料液量， kg/h； W — 蒸發(fā)水量， kg/h； 0w — 原料液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 1w — 完成液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 根據(jù)各效壓力的初設(shè)值與計(jì)算出的溶液濃度 xi，確定各效的溫度差損失Δ i和溶液沸點(diǎn) Ti。 工藝 流程 圖 工藝計(jì)算及主體結(jié)構(gòu)計(jì)算 三效蒸發(fā)工藝計(jì)算 三效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)流程 用試差法求解的具體計(jì)算采取以下步驟： 設(shè)各效蒸發(fā)量 W1 ,W2，…和各效壓力 p1， p2，…為初值。這種流程適用于處理易結(jié)晶物料。這種加料的特點(diǎn)是前一效到后一效可自動(dòng)加料，后一效中的物料會(huì)產(chǎn)生自蒸發(fā)，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度會(huì)隨效數(shù)的增加而增大，使傳熱系數(shù)逐效下降，所以并流加料不適宜處理隨濃度增加而增加較高的物料。 需要指出的是，蒸發(fā)器中的負(fù)壓主要是由于二次蒸汽冷凝所致，而真空裝置僅是抽吸蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏的空氣、物料及冷卻水中溶解的不凝性氣體和冷卻水飽和溫度下的水蒸汽等，冷凝器后必須安真空裝置才能維持蒸發(fā)操作的真空度。倘若二次蒸汽為需回收的有價(jià)值物料或會(huì)嚴(yán)重污染水源，則應(yīng)采用間壁式冷凝器。圖 512 為幾種除塵器的結(jié)構(gòu)示意圖。 表 51列出了常見蒸發(fā)器的一些重要性能，可供選型的參考。為此，彎曲的螺旋管將引起二次流，二次流被施加在沿管軸的流動(dòng)上，這此作用可促進(jìn)湍流并強(qiáng)化高粘情況下的熱傳遞。 （三）其它蒸發(fā)器 1 . 直接加熱蒸發(fā)器（浸沒燃燒式） 將一定比例的燃燒氣與空氣直接噴入溶液中，燃燒氣的溫度可高達(dá) 1200～1800℃，由于氣、液間的溫度差大，且氣體對(duì)溶液產(chǎn)生強(qiáng)烈的鼓泡作用，使水分圖 58 降膜式蒸發(fā)器 9 迅速蒸發(fā)，蒸出的二次蒸汽與煙道氣一同由頂部排出。專為高粘度溶液的蒸發(fā)而設(shè)計(jì)。 （ 3）升 降膜式蒸發(fā)器 蒸發(fā)器由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器的底部封頭內(nèi)有一隔板，將加熱管束分成兩部分。料液由加熱室頂部加入，經(jīng)液體分布器分布后呈膜狀向下流動(dòng)。在常壓下，管上端出口速度以保持20~50m/s 為宜。 圖 57 所示升膜式蒸發(fā)器，這種蒸發(fā)器的加熱管束可長(zhǎng)達(dá)3~10m。其優(yōu)點(diǎn)是，傳熱系數(shù)大，利于處理粘度較大、易結(jié)垢、易結(jié)晶的物料。 適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液 。 適于處理易結(jié)垢、有晶體析出、處理量大的溶液 。由于與蒸發(fā)器外殼接觸的是溫度較低的沸騰液體，故其熱損失較小 。其加熱室像個(gè)懸筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，可由頂部取出，便于清洗與更換。 優(yōu)點(diǎn)：溶液循環(huán)好；傳熱效率高；結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠。這樣造成了混合液在管束中向上，在中央循環(huán)管向下的自然循環(huán)流動(dòng)。有分為自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型兩類。加熱室有多種多樣的形式，以適應(yīng)各種生產(chǎn)工藝的不同要求。對(duì)于沸點(diǎn)升高大的溶液的蒸發(fā)，熱泵蒸發(fā)器的經(jīng)濟(jì)程度大為降低。 （熱泵蒸發(fā)） 在單效蒸發(fā)中，二次蒸汽在冷凝器中冷凝除去，蒸汽的潛熱即完全除去，很不經(jīng)濟(jì)。 5 蒸發(fā)裝置消耗大量蒸汽必隨之產(chǎn)生數(shù)量可觀的冷凝水。 （二）加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性 蒸發(fā)過程是一個(gè)能耗較大的單元操作，通常把能耗也作為評(píng)價(jià)其優(yōu)劣的另一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，或稱為加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性，它的定義為 1kg 蒸汽可蒸發(fā)的水分量，即： rrWDe ??? 提高加熱蒸汽的蒸汽性通?？梢赃x擇多效蒸發(fā)。提高傳熱溫度差的方法 : 采用真空蒸發(fā)或選用高溫?zé)嵩矗绺邷貙?dǎo)熱油、熔鹽或用電加熱等。 h) SWU? 若為沸點(diǎn)進(jìn)料，且不計(jì)熱損失，根據(jù) 39。而且，多效蒸發(fā)的每一效都存在沸點(diǎn)上升或傳熱溫度差損失，因而各效有效傳熱溫度差之和 —— 總有效傳熱溫度差必然小于單效時(shí)的有效傳熱溫度差，結(jié)果導(dǎo)致多效時(shí)的生產(chǎn)能力小于單效。因此，多效蒸發(fā)時(shí)生蒸汽經(jīng)濟(jì)性的提高是以設(shè)備費(fèi)為代價(jià)的。同理，雙效時(shí)約為 2，三效時(shí)約為 3，等等。單效蒸發(fā)中加熱蒸汽在冷凝器中用水冷卻排出。減壓蒸發(fā)冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力低于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝氣需用真空泵抽出。通常不凝氣體來源有兩個(gè)方面，料液中溶解的空氣和系統(tǒng)減壓操作時(shí)從周圍環(huán)境中漏入的空氣。 目錄 ………………………………………………… 1 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)…………………………… 1 蒸發(fā)設(shè)備及蒸發(fā)器………………………… 5 三效蒸發(fā)工藝流程………………………… 10 ………………………… 11 三效蒸發(fā)工藝計(jì)算………………………… 11 ……………… 11 …………………………… 13 蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)計(jì)算……………………… 23 …………………………… 30 Aspen Plus 設(shè)計(jì)蒸發(fā)器方法…………… 33 ………………………………………………… 35 1 概述 蒸發(fā) 操作的特點(diǎn) 蒸發(fā)是將非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液加熱沸騰，使溶劑氣話，溶液濃縮得到濃溶液的過程。 ：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。 e． 各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。 c． 各效傳熱系數(shù)分別為： K1=3000 W/(m2 b． 加熱蒸汽壓強(qiáng)為 500kPa（絕壓），末效為真空，壓力為 （絕壓）?！?) d． 各效蒸發(fā)器中的液面高度： 。 三、 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 ：對(duì)確定的工藝流程及蒸發(fā)器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 NaOH 水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器總裝配圖。冷卻水從冷凝器頂加入，與上升的蒸汽接觸，將它冷凝成水從下部排出，不凝氣體從頂部排出。 常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā) 根據(jù)操作壓力不同，蒸發(fā)過程可以分為常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)，常壓蒸發(fā)是指冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力為大氣壓或略高于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝氣依靠本身的壓力從冷凝器排出。 單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā) 根據(jù)二次蒸汽是否用來作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，蒸發(fā)過程分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。如前所述，在若干假定條件下，單效時(shí)的 W/D 約為 1。 ② 多效蒸發(fā)的代價(jià) 首先，多效蒸發(fā)時(shí)需要多個(gè)蒸發(fā)器，為便于制造和維修，各蒸發(fā)器的傳熱面積常相同，此時(shí)，多效蒸發(fā)的設(shè)備費(fèi)近似和效數(shù)成正比。換句話說，理論傳熱溫差與效數(shù)無關(guān)，多效蒸發(fā)只是將上述傳熱溫度差按某種規(guī)律分配至各效。由于蒸發(fā)水分量取決于傳熱量的大小，因此其生產(chǎn)能力也可表示為 r tKSrQW m????? W — 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力， kg/h； Q — 蒸發(fā)器的傳熱速率， kJ/h； r? — 操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱， kJ/kg； 蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度 蒸發(fā)器的生產(chǎn) 強(qiáng)度 U 簡(jiǎn)稱蒸發(fā)強(qiáng)度，是指單位時(shí)間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水量， kg/(m2前者，上面已述。這些已在前面論述，因此，合理設(shè)計(jì)蒸發(fā)器以實(shí)現(xiàn)良好的溶液循環(huán)流動(dòng)，及時(shí)排除加 熱室中不凝性氣體，定期清洗蒸發(fā)器（加熱室內(nèi)管），均是提高和保持蒸發(fā)器在高強(qiáng)度下操作的重要措施。同理，對(duì)多效蒸發(fā)，如果將末效蒸發(fā)器的二次蒸汽有效的利用，也可大大提高加熱蒸汽的利用率。汽化的蒸汽可與二次蒸汽一并進(jìn)出入后一效的加 熱室，于是，冷凝水的顯熱得以部分地回收利用。這樣，二次蒸汽的溫升不可能高，傳熱推 動(dòng)力不可能大，而所需的傳熱面積則必然較大。 蒸 發(fā)設(shè)備 蒸發(fā)設(shè)備中包括蒸發(fā)器和輔助設(shè)備 1.. 蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu) 蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。由于引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因不同。當(dāng)加熱蒸汽（介質(zhì)）在管間冷凝放熱時(shí)，由于加熱管束內(nèi)單位體積溶液的受熱面積遠(yuǎn)大于中央循環(huán)管內(nèi)溶液的受熱面積，因此，管束中溶液的相對(duì)汽化率就大于中央循環(huán)管的汽化率，所以管束中的氣液混合物的密度遠(yuǎn)小于中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的密度。但這類蒸發(fā)器受總高限制，通常加熱管為 1～ 2m，直徑為 25～ 75mm，長(zhǎng)徑比為 20～ 40。 懸筐式蒸發(fā)器是中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進(jìn)。一般環(huán)隙截面積約為加熱管總面積的 100～ 150%，因而溶液循環(huán)速度較高 (約為 1～ )。 優(yōu)點(diǎn)：降低了整個(gè)蒸發(fā)器的高度，便于清洗和更換；循環(huán)速度較高，圖 52 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 53 懸筐式蒸發(fā)器 圖 54 外熱式蒸發(fā)器 7 使得對(duì)流傳熱系數(shù)提高；結(jié)垢程度小。 缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高；廠房高，耗用金屬多。這種蒸發(fā)器的循環(huán)速度可達(dá) ～ 5m/s。在單程型蒸發(fā)器中，物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求；離開加熱管的溶液及時(shí)加以冷卻，受熱時(shí)間大為縮短，因此對(duì)熱敏性物料特別適宜。此種