【正文】 單位體積溶液占有的傳熱面，比沸騰管內單位溶液所占有的要小，即中央循環(huán)管和其它加熱管內溶液受熱程度不同，從而沸騰管內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。這種作用有利于蒸發(fā)器內的傳熱效果的提高。這種蒸發(fā)器由于結構緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等優(yōu)點，應用十分廣泛。加上溶液在加熱室中不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液的沸點高，有效溫度差就減小。此外，設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的要求。加熱室懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，并且以加熱室外壁與蒸發(fā)器內壁之間的環(huán)形孔道代替中央循環(huán)管。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)速度比標準式蒸發(fā)器為大，可達 。它的主要缺點是結構復雜，單位傳熱面積的金屬消 耗較多。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結晶或結垢嚴重的溶液，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)。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不在加熱管內沸騰，直到上升至沸騰室內當其所受壓力降低后才能開始沸騰，因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室，從而避免了結晶或污垢在加熱管內的形成。這種蒸發(fā)器的主要缺點是液柱靜壓頭效應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。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外，在蒸發(fā)粘度大、易結晶和結垢的物料時，還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調節(jié)來控制，一般在。但它的明顯缺點是 能量消耗大，每平方米加熱面積約需 ～ 。 優(yōu)點：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。此類蒸發(fā)器主要有 a. 升膜式蒸發(fā)器： 其加熱室由許多豎直長管組成。料液經預熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加熱管內受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內高速上升，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 100 至 160m/s 或更大些。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達到上述要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)它對粘度很大，易結晶或易結垢的物料也不適用。由于成膜機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。 由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動，因而對流傳熱系數(shù)大為提高，使得溶液能在加熱室中一次通過不再循環(huán)就達到要求的濃度，因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。其主要缺點是：對進料負荷的波動相當敏感，當設計或操作不適當時不易成膜，此時，對流傳熱系數(shù)將明顯下降 。刮板有固定式和轉子式兩種，前者與殼體內壁的間隙為 ～ ，后者與器壁的間隙隨轉子的轉數(shù)而變。由于重力、離心力和旋轉刮板刮帶作用，溶液在器內壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排出。但其結構復雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需 ～ 3kW。在多效蒸發(fā)器中，要求后一效的操作壓強和溶液的沸點較前一效低，因此引入前一效的二次蒸汽作為加熱介質，這樣僅第一效需要消耗生蒸汽。 假設原料液在沸點下進入蒸發(fā)室，并忽略熱損失、各種溫度差損失，以及不同壓強下汽化潛熱的差別時，則理論上，在多效蒸發(fā)裝置中，每蒸發(fā) 1 公斤水需要 1/n 公斤的加熱蒸汽 [2]。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，生產能力和強度也不斷降低。單位生產能力的總費用為最低時的效數(shù)，即為最佳效數(shù)。蒸發(fā)裝置中效數(shù)越多，溫度差損失越大，當出現(xiàn)總溫度差損失等于或大于有效總溫度差時，蒸發(fā)操作就無法進行了。 電解堿液蒸發(fā)，由于起沸點升高較大，一般取 3— 4 效。 選擇合適的蒸汽壓力與經濟效數(shù)，可以達到較好的經濟效果。按堿液和蒸汽走向的相互關系，可分為順流，逆流和錯流流程。 生產 42%液堿，也大多采用雙效順流、三效四體兩段以及三效順流部分強制循環(huán)的流程。 生產 50%液堿，一般采用三效或四效逆流或錯流 流程， Swenson 和 Zaremba 是液堿蒸發(fā)的兩大類蒸發(fā)技術，它們各有特點 [3]。由于堿液與蒸汽為逆流流向，這樣可以使低粘度的堿液在低溫下沸騰，高濃度、高粘度的堿液在高溫下沸騰。 缺點是效間需用泵輸送，能耗較大。此外，后效較前效低，溶液自前效流入后效時，由于過熱而發(fā)生 自蒸發(fā)，從而蒸發(fā)更多的溶液。為滿足工藝要求，本 設計采用三效順流蒸發(fā)流程。二、三效蒸發(fā)器的鹽漿，分別送旋風分離器增稠后，經離心機分離氯化鈉結晶，再溶化 成回收鹽水送鹽水工序。生蒸汽進入一效蒸發(fā)器，一效、二效產生的二次蒸汽分別供給二效及三效，三效產生的三次蒸汽在大氣冷凝器中，由生產上水直接冷凝，不凝氣經真空泵徘入大氣。 但對于內沸式蒸發(fā)器來說，當生蒸汽壓力升高到一定程度時，堿液由泡核沸騰變?yōu)槟罘序v，汽膜的存在降低了堿液的傳熱系數(shù)，使裝置能力受到影響。 同樣，加熱蒸汽壓力也受到蒸發(fā)發(fā)過程不穩(wěn)定因素的影響而波動，如進料濃度大、溫度高，使生蒸汽壓力將由于耗熱量少而升高。所以將加熱蒸汽壓力作為控制值，然后調節(jié)蒸汽量是很必要的。 （ 2）蒸發(fā)器液位控制 保持蒸發(fā)器液面的正常和穩(wěn)定，對蒸發(fā)操作是十分重要的。 根據(jù)不同型式的蒸發(fā)器。 （ 3）真空度 真空度是一項重要控制指標。 真空度由大氣冷凝器 下水排出溫度來調節(jié)， 下水溫度過高，真 空度難以保證．過低 時用水水量過多，則水耗上升。三效順流蒸發(fā)水量一般可設 W1： W2： W3=1： ： 由 W1+W2+W3=W 得 W1=W/= W2= W3==WW1W2== kg/h （ 6)各效洗滌水量的比例為 1： ： W1＇ = W2＇ = W3＇ = 11 表 31總物料平衡 (單位： kg/h) 進入蒸發(fā)系統(tǒng) 出蒸發(fā)系統(tǒng) 電解堿液 蒸發(fā)堿液 NaOH NaOH NaCl NaCl H2O H2O 洗滌 水量 蒸發(fā) 水量 析鹽量 合計 合計 ． 3 第一效的物料衡算 估算堿液的濃度為： X1=F/（ F0W1+ W1＇） =（ +） = 則可由下列關聯(lián)式算出 NaOH 的濃度： 由于其溶液的沸點 75 ℃ ，則采用 Xs1= X12+ X13 則 Xs1= 由于在蒸發(fā)過程中 NaCl 在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為： Ws1=F/X0 Xs0F/ X1 Xs1 = =核算堿液濃度： X1＇ =F/（ F0W1 Ws1 W1＇） =（ +） = 假設相對誤差 Z=，若︳ X1＇ X1 ︳ /X1〉 Z，則重新設 X1= X1＇，代入上式 復上述計算，直至誤差在允許范圍內為止，算得三效的濃度和析鹽量。 表 34計算數(shù)據(jù) 參數(shù) 一次計算 一次迭代 二次迭代 三次迭代 四次迭代 由于 〈 ，則 X2= F2=F/X2=其中 NaOH Fa2 = = NaCl Fs2 = = kg/h H2O Fw2 = （ ） = kg/h 則蒸發(fā)水量為： W2=Fw1Fw2+ W2＇ =+ = kg/h 對第二效列物料平衡表 如表 35 表 35第二效物料平衡 (單位： kg/h) 進入蒸發(fā)系統(tǒng) 出蒸發(fā)系統(tǒng) 電解堿液 蒸發(fā)堿液 NaOH NaOH NaCl NaCl H2O H2O 洗滌 水量 蒸發(fā) 水量 析鹽量 合計 合計 第三效作物料衡算 進入蒸發(fā)器的物料： 其中： NaOH kg/h NaCl H2O 洗滌水量 kg/h 離開蒸發(fā)器的堿液：X2 Xs2 Ws2 X2＇ Z 14 其中： NaOH NaCl kg/h H2O 蒸發(fā)水量為： W3=+= kg/h 析鹽量為： Ws3== kg/h 表 36第三效物料平衡 (單位： kg/h) 進入蒸發(fā)系統(tǒng) 出蒸發(fā)系統(tǒng) 電解堿液 蒸發(fā)堿液 NaOH NaOH NaCl NaCl H2O H2O 洗滌 水量 蒸發(fā) 水量 析鹽量 合計 合計 溫差損失計算 估算各效二次蒸汽壓力 估算各效二次蒸汽壓力、溫度；選定加熱蒸汽壓力 P0=（絕）和末效壓力 P3=（絕），各效以等壓差進行分配，即 △ P=（ P0P3） /3= P1=P0 △ P== P2=P0 2△ P= = P3=P03△ P= = 根據(jù)《化工原理》查得 [6] P1=(絕 ) T1＇ =℃ r1＇ =P2=(絕 ) T2＇ =℃ r2＇ =P3=(絕 ) T3＇ =℃ r3＇ =． 2 溶液中因溶質濃度引起的溫度損失 常壓下溶液 的沸點升高為 : △ 0＇ =+ 算得 △ 01＇ = △ 02＇ = △ 03＇ = 二次蒸汽壓力下沸點升高的修正系數(shù)為 : 15 f=(T＇ +273)2/R 二次蒸汽壓力下溶液沸點升高為 : △＇ =f△ 0＇ 則 △ 1＇ =℃ △ 2＇ =℃ △ 3＇ =℃ 因溶液液柱靜壓引起溫差損失 因 溶液液柱靜壓引起溫差損失（ △＇＇）：蒸發(fā)器操作時，溶液常呈氣液混合狀態(tài)，密度比較小，理論計算結果往往偏高，故根據(jù)經驗選用： △ 1＇