化工设计说明书-蒸发器.doc

第一章 蒸发装置的设计 蒸发器是一种特殊的传热设备，它与一般的传热设备的区别是：需要不断地将蒸发所产生的二次蒸汽除去，因此，蒸发器在结构上除设有用于进行热量交换的加热室之外，还设有气液分离的蒸发室。此外，为了使蒸汽和液沫能有效地分离，还设有除沫器。 随着工业蒸发技术的发展，蒸发设备的结构与型式亦不断改进与创新，其种类繁多，结果各异。目前，工业上常用的为间接加热蒸发器，根据溶液在蒸发器中流动的情况，大致可将其分为循环型与单程型两类。循环型蒸发器包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；单程蒸发器包括升膜式、降膜式、升—降膜式及刮板式等。这些蒸发器结构不同，性能各异，均有自己的特点和适应场合。 蒸发操作条件的确定 蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。 .1加热蒸汽压强的确定 通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度，若超过了此温度物料就会变质，破坏或分解，这是确定加热蒸汽压强的一个依据。应使操作在低于最大温度范围内进行，可以采用加压蒸发，常压蒸发或真空蒸发。 蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。从节能观点出发，应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源，即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。这样既可以减少锅炉产生蒸汽的消耗量，又可以减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。因此，能够采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽是有利的，但是通常所用饱和蒸汽温度不超过180℃，超过时相应的压强就很高，这将增加加热的设备费和操作费用。一般加热蒸汽压强在500～700kPa范围之内。 通过上述的规定，选择530kPa作为加热蒸汽压强。 1.1.2冷凝器操作压强的确定 若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效可采用常压或加压蒸发，此时末效产生的二次蒸汽具有较高的温度，可以全部利用。而且各效操作温度高时，溶液黏度低，传热好。若一效加热蒸汽压强低，末效采用真空操作。此时各效产生的二次蒸汽温度低，进入冷凝器需要消耗大量冷却水，而且溶液黏度大，传热差。 根据以上论述选冷凝器的真空度取75kPa。 1.1.3 进料状况的确定 单位时间内蒸发的水量越多，蒸发器的生产能力越好，所以，尽量使热量尽可能多的用于蒸发水量。而进料热状况可以影响蒸发水量。 进料状况影响蒸发器的生产能力：（1）低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力；（2）沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水分， 生产能力有所增加；（3）高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。 根据以上论述本设计采用沸点进料。 为了便于计算本设计假设冷凝水在饱和温度下排出并且二次蒸汽全部用于下次应用。 1. 1. 4 多效蒸发效数的确定 蒸发过程中总的有效温度差是给定的，它是过程中最大的温度差，是加热蒸汽的冷凝温度和末效被蒸发溶液沸点温度之间的差数。由于沸点升高，每效都有温度差损失，它使传热的有效温度差降低。装置的效数越多，有效温度差越小。效数有一定的限度，不能超越定的总的温度差。此外，效数增加，蒸发设备的投资也增加。因此，工业上碱液蒸发装置多取三效蒸发。 1. 5 多效蒸发流程的选择 按溶液与蒸汽相对流向的不同，可分为并流、逆流、平流及错流四种。 1.并流 并流是工业上最常见的加料模式 优 点 缺 点 溶液从压力和温度较高的蒸发器流向压力和温度较低的蒸发器，故溶液在效间的输送可以利用效间的压差，而不需要泵送。同时，当前一效溶液流入温度和压力较低的后一效后，会产生闪蒸，因而可以多产生一部分二次蒸汽。此外，此法操作简便，工艺条件稳定。 随着溶液从前一效逐效流向后面各效，其组成增高，而温度反而降低，致使溶液的黏度也增加，蒸发器的传热系数下降。 并流法操作只使用于黏度不大的料液蒸发。 逆流 料液与蒸汽呈逆流操作。 优 点 缺 点 随着料液浓度的提高，其温度相应提高，使料液黏度增加较小，各效的传热系数相差不大，故可生产较高浓度的浓缩液。 逆流操作需设置效见料液输送泵，动力消耗较大，操作比较复杂。各效均在低于沸点下进料，没有自蒸发，与并流相比，所产生的二次蒸汽量较小。 对浓缩液在高温时易分解的料液，不宜采用此流程。适合于黏度随温度和组成变化较大的溶液，不适合于处理热敏性物料。 3. 平流 各效都加入料液又都引出浓缩液。此法除用于有结晶析出的料液外，还可用于同时浓缩两种以上不同水溶液。 4. 错流 它是并、逆流的结合。其特点是兼有并逆流的优点避免缺点，但操作复杂，控制困难，应用不多。 根据上述比较，对于碱溶液（黏度变化不大），本设计采用并流的方法进行蒸发。 1.2 蒸发器的类型 蒸发