【文章內(nèi)容簡介】 83。18符號說明 第一節(jié) 概述一、 蒸發(fā)及蒸發(fā)流程蒸發(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。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。化工生產(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：1獲得濃縮的溶液產(chǎn)品；將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、抗生素、糖等產(chǎn)品；脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。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(dòng)，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)器內(nèi)備有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當(dāng)形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應(yīng)將其在冷凝器中加以冷凝。蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。二、 蒸發(fā)操作的分類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。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)。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，并把若干個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(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。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。三、 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知，常見的蒸發(fā)時(shí)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。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)，在港臺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)芤旱姆悬c(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點(diǎn)的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時(shí)的傳熱溫差必定小于加熱唇溶劑的純熱溫差，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。(2) 物料的工藝特性 蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時(shí)可能析出晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強(qiáng)的腐蝕性等。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。(3) 節(jié)約能源 蒸發(fā)時(shí)汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個(gè)問題。四、蒸發(fā)設(shè)備 蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時(shí)需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。 蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進(jìn)一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時(shí)還需真空裝置。茲分述如下： 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。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(dòng)情況，大致可分為以下兩大類：（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(dòng)，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有 ， ， 。其中，前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器。（2）單程型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時(shí)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。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)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)。此類蒸發(fā)器主要有 ， ， 五、蒸發(fā)器選型本次設(shè)計(jì)采用的是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 ：結(jié)構(gòu)和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。當(dāng)管內(nèi)液體被加熱沸騰時(shí)，中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大；而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動(dòng)。溶液的循環(huán)流動(dòng)提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強(qiáng)化了蒸發(fā)過程。這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，有標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器之稱。為使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積，一般為其余加熱管總截面積的40%～100%；加熱管的高度一般為1～2m；加熱管徑多為25～75mm之間。但實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，～；蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不夠方便。第二節(jié) 蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)任務(wù)一、 設(shè)計(jì)題目NaOH水溶液蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件設(shè)計(jì)任務(wù)處理量（ ）： 5000 （kg/h）料液濃度（ ）： 5% （wt%）質(zhì)量分率產(chǎn)品濃度（ ）： 30% （wt%）質(zhì)量分率加熱蒸汽溫度（ ） （℃）末效冷凝器的溫度（ ） （℃）操作條件加料方式： 三效并流加料 原料液溫度： 15℃ 各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度：ρ1=1060kg/m3，ρ2=1250kg/m3，ρ3=1330kg/m3 加熱蒸汽壓強(qiáng)： 445kPa（絕壓） ，冷凝器壓強(qiáng)為 28 kPa（絕壓） 各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=1800W/（m2K），K2=1200W/（m2K），K3=600W/（m2K） 各效蒸發(fā)器中液面的高度： 2m 各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失。設(shè)備型式 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 第三節(jié) 三效蒸發(fā)器得工藝計(jì)算一、估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度多效蒸發(fā)的工藝計(jì)算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)目有：加熱蒸氣（生蒸氣）的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計(jì)算的已知參數(shù)有：料液的流量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸氣的壓強(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟多效蒸發(fā)的計(jì)算一般采用試算法。（1） 根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。（2） 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。（3） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸氣通過各效的壓強(qiáng)降相等，估算個(gè)效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差。（4） 根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。（5） 根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應(yīng)按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復(fù)步驟（3)至（5），直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預(yù)先給出的精度要求）為止?？傉舭l(fā)量: 并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引出,可設(shè) W=W1+W2+W3==4167kg/h 由以上兩式可得:W1=1191kg/h。W2=1429kg/h。W3=1547kg/h。 X1===。 X2= ==。X3=二、估計(jì)各效溶液的沸點(diǎn)和有效總溫差設(shè)各效間的壓強(qiáng)降相等，則總壓強(qiáng)差為： 各效壓力差式中 P 各效加熱蒸汽壓強(qiáng)與二次蒸氣壓強(qiáng)之差KPa， 第一次加熱蒸氣的壓強(qiáng)KPa末效冷凝器中的二次蒸氣的壓強(qiáng)KPa 由各效的壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力, 即 由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)，從手冊中查得相應(yīng)的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與下表中: 效數(shù)第一效第二效第三效二次蒸汽壓強(qiáng)Pi/(KPa)