【正文】 熱室外壁與蒸發(fā)器殼體的內(nèi)壁之間有環(huán)隙通道，其作用類似于中央循環(huán)管。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～ )。 如圖 54 為常用的外熱式蒸 發(fā)器，其主要特點(diǎn)是采用了長(zhǎng)加熱管（管長(zhǎng)與直徑之比 100~50?Dl ），且液體下降管（又稱循環(huán)管），不再受熱。 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。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在 特點(diǎn)是在加熱室上部設(shè)置沸騰室，加熱室中的溶液因受到附加液柱的作用，必須上升到沸騰室才開始沸騰，這樣避免了溶液在加熱管中結(jié)垢或析出晶體。 缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高；廠房高，耗用金屬多。 上述幾種蒸發(fā)器均為自然循環(huán)型蒸發(fā)器，即靠加熱管與循環(huán)管內(nèi)溶液的密度差作為推動(dòng)力，導(dǎo)致溶液的循環(huán)流動(dòng)，因此循環(huán)速度一般較低，尤其在蒸發(fā)粘稠溶液（易結(jié)垢及有大量結(jié)晶析出）時(shí)就更低。這種蒸發(fā)器的循環(huán)速度可達(dá) ～ 5m/s。但該蒸發(fā)器的動(dòng)力消耗較 大，每平方米傳熱面積消耗的功率約為 ～ 。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。溶液由加熱管底部進(jìn)入，經(jīng)一段距離的加熱，汽化后，管內(nèi)氣泡逐漸增多，最終液體被上升的蒸汽拉成環(huán)狀薄膜，沿管壁運(yùn)動(dòng)，汽液混合 物由管口高速?zèng)_出。此種蒸發(fā)器需要妥善地設(shè)計(jì)和操作，使加熱管內(nèi)上升的二次蒸汽具有較高的速度，從而獲得較高傳熱系數(shù)，使溶圖 57 升膜式蒸發(fā)器 8 液一次通過加熱即達(dá)預(yù)定的濃縮要求。 適用于：蒸發(fā)量大（較稀的溶液），熱敏性及易起泡的溶液。 如圖 76 所示降膜式蒸發(fā)器。汽液混合物由加熱管下端引出，經(jīng)汽液分離即得完成液。 適用于：粘度大的物料 不適用于：易結(jié)晶的物料，固形成均勻的液膜較難， K 不高。溶液由升膜管束底部進(jìn)入，流向頂部，然后從降膜管束流下，進(jìn)入分離室，得到完成液。 （ 4）刮板薄膜式蒸發(fā)器 如圖 511 所示。料液 自頂部進(jìn)入蒸發(fā)器后，在刮板的攪動(dòng)下分布于加熱管壁，并呈模式旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。 特點(diǎn)：借外力強(qiáng)制料液呈膜狀流動(dòng)，可適應(yīng)高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā) 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱面不大，且需要消耗一定的動(dòng)力。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要固定的傳熱面，熱利用率高適于處理易結(jié)垢、易結(jié)晶或有腐蝕性的溶液。 在螺旋加熱管中，要被蒸發(fā)的液體從頂部流向底部，同時(shí)，沸騰膜與蒸汽并流流動(dòng)，由于加熱管當(dāng)然螺旋形狀，在中等高度的設(shè)備中可以容納很長(zhǎng)的管子，經(jīng)過很長(zhǎng)的管道流動(dòng)中產(chǎn)生的蒸汽對(duì)液膜施加一個(gè)很高的剪切力。 適用于達(dá)到 高濃度和高粘度。 （四）蒸發(fā)器的選型 蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式較多，選用和設(shè)計(jì)時(shí)，要在滿足生產(chǎn)任務(wù)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能兼顧生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便及經(jīng)濟(jì)性好等因素。 （五）過程和設(shè)備的強(qiáng)化與展望 縱觀國(guó)內(nèi)外蒸發(fā)裝置的研究，概括可分為以下幾個(gè)方面： 開發(fā)新型蒸發(fā)器； 改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動(dòng)狀況； 改進(jìn)溶液的工藝性質(zhì)； 優(yōu)化設(shè)計(jì)和操作。為了防止產(chǎn)品損失或冷卻水被污染，常在蒸發(fā)器內(nèi)（或外）設(shè)除沫器。圖中（ a）～（ d）直接安裝在蒸發(fā)器頂部，圖 512 除沫器的主要型式 10 （ e）～（ g）安裝在蒸發(fā)器外部。 冷凝器有間壁式和直接接觸式兩種。否則通常采用直接接觸式冷凝器。 2. 真空裝置 當(dāng)蒸發(fā)器在負(fù)壓下操作時(shí)，無(wú)論采用哪一種冷凝器，均需在冷凝器后安裝真空裝置。常用的真空裝置有噴射泵、水環(huán)式真空泵、往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式真空泵等。 多效蒸發(fā)流程 即加熱蒸氣和原料液均順次流經(jīng)各效。 即加熱蒸氣走向與并流相同，而物料走向則與并流相反。 即加熱蒸氣走向與 并流相同，但原料液和完成液則分別從各效 11 中加入和排出。 本流程的特點(diǎn)是在各效間兼用并流和逆流加料法。 由于本次設(shè)計(jì)所處理的物料為燒堿溶液，才用一般的并流操作即可。各效蒸發(fā)量的初值可按各效蒸發(fā)量相等的 原則確定，也可以根據(jù)具體蒸發(fā)過程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。 根據(jù)各效蒸發(fā)量的初值，應(yīng)用物料衡算就確定各效溶液溶液濃度 xi。 應(yīng)用熱量衡算，解出加熱蒸汽用量 D 與各效蒸發(fā)量 W1 ,W2，…。 檢驗(yàn)各效蒸發(fā)量的計(jì)算值和初設(shè)值是否相等，各效傳熱面積是否相等，如果不相等，重設(shè)初值，重新計(jì)算。 第二效，同第一效， 22111)()x( xWWFWF ???? 完成液的濃度： 2112 )( WWF xWFx ???? 二、 熱量衡算 第一效， 對(duì)蒸發(fā)器作熱量衡算， 當(dāng)加熱蒸汽在飽和溫度下排出時(shí)， )( 01039。1 010111 )(r TTFcrDW ??? 式中 D — 加熱蒸汽消耗量， kg/h； r — 加熱蒸汽的 冷凝熱 ， J/kg； 39。1 010111 )(r TTFcrDW ???η 1 溶液稀釋熱越大，η越小，對(duì)于 NaOH 溶液，可以利用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： η = x 13 其中Δ x 為溶液在蒸發(fā)器中濃度的增高值，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。2239。2 011039。112 TTAKrW s ??? 其中 sT 為熱蒸汽的冷凝溫度， 2,sT 為來(lái)自第一效的二次蒸汽在第二效的冷凝溫度， )( 39。39。39。12, ??????? Ts 四、 傳熱面積計(jì)算 miii TK QA ?? 其中， K為蒸發(fā)器的加熱室傳熱系數(shù)， mT? 為加熱室兩側(cè)的平均溫差。 DrhHDQ cs ??? )( 設(shè)計(jì)計(jì)算 總蒸發(fā)量： F= 104 噸 /年 = 104247。 24=3157kg/h 14 ) (3157)1(10 ?????? xxFW 因并流加料，蒸發(fā)中無(wú)額外蒸汽引出，可設(shè) Ｗ 1: Ｗ 2: Ｗ 3＝ :: Ｗ＝Ｗ 1＋Ｗ 2＋Ｗ 3＝ 1 解得： Ｗ 1＝ ＝ Ｗ 2＝ ＝ Ｗ 3＝ ＝ 861kg/h 完成液的濃度 ： 101 ?? ???? WF Fxx 2102 ??? ????? WWF Fxx ?x 設(shè)各效間壓強(qiáng)降相等，則總壓強(qiáng)為： ??? ＝ ?????? kkPa 各效間的平均壓強(qiáng)差為 i?? ＝ ?????kPa 于是二次蒸汽壓強(qiáng)： kPakPakPa17739。239。i? ， kPa 177 二次蒸汽溫度 39。ir ，kj/kg(即下一效加熱蒸汽的比汽化焓 ) 2155 2215 2370 (1)各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失 39。i? （亦即相同壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)）和各效完成液的濃度 ix ，由 NaOH 水溶液的杜林線圖查的各效溶液的沸點(diǎn) iAt, 分別為 : 1,At ＝ ℃ 2,At ＝ ℃ 3,At ＝ ℃ 則各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失為 39。1T ＝ ＝ ℃ 39。2T ＝ ＝ ℃ 39。3T ＝ ＝ ℃ 所以 ?? ＝ ＋ ＋ ＝ ℃ (2)各效由于溶液靜壓強(qiáng)所引起的溫度差損失 39。 gl??? 16 得 1,m? ＝ 339 103＋2 ?? ＝ 346 103Pa＝ 346kPa 2,m? ＝ 178 103＋2 ?? ＝ 186 103 Pa＝ 186kPa 3,m? ＝ 15 103＋2 ?? ＝ 24 103 Pa＝ 24kPa 根據(jù)各效溶液的平均壓強(qiáng)，由書中查得對(duì)應(yīng)的飽和溫度為： 1,mT ＝ ℃ 2,mT ＝ ℃ 3,mT ＝ ℃ 從而得 39。1T ＝ ＝ ℃ 39。2T ＝ ＝ ℃ 39。3T ＝ ＝ ℃ 所以 ??39。 ＝ 39。2? ＋ 39。39。39。39。39。 ＝ 39。1? ＋ 39。2? ＋ 39。3? ＝ 3℃ （ 4）各效溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差 溶液的沸點(diǎn) 1t ＝ 39。2T ＋ 2? ＝ ＋ ＋ ＋ 1＝ ℃ 3t ＝ 39。1 kTT ＝（ ） （ ＋ ＋ 3） ＝ 48℃ 第一效：根據(jù)熱量衡算式 沸點(diǎn)加料， t0=t1=℃， η 1= x=（ 1310） = 加熱蒸汽的冷凝熱為 2113kJ/kg。1 111 r