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中央循环管式蒸发器项目设计方案 第一章 设计方案的确定 蒸发是用加热的方法，在沸腾的状态下使溶液中具有挥发性的溶剂部分汽化的单元操作。蒸发操作广泛用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。 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。 1.1 蒸发器的类型与选择 随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现。在工业中常用的间接加热蒸发器分别为循环型和单程型两大类。循环型的蒸发器中有中央循环管式、悬框式、外加热式、列文式及强制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。本设计选择中央循环管式蒸发器。因为循环型蒸发器中的中央循环管式又称标准式蒸发器，在化学工业中应用广泛。结构和原理：其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。 这种蒸发器结构紧凑，操作可靠，传热效果好。但溶液的循环速度低，传热温差小，影响了传热。在中央循环管内安装一旋浆式搅拌器即构成强制循环蒸发器，可是液体的循环速度提高2～3倍。 1.2 蒸发操作条件的确定 1.2.1 加热蒸汽压强的确定 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。 根据以上论述选加热蒸汽压强为600 kPa。 1.2.2 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压强为30kPa。 第二章 蒸发工艺的设计计算 多效蒸发工艺计算的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸汽（生蒸汽）的消耗量，各效溶剂蒸发量，以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸汽的压强和冷凝器中的压强等。 2.1 蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用试差法。 （1） 根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝器的压强），蒸发器的形式、流程和效数。 （2） 根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度。 （3） 根据经验假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。 （4） 根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。 （5） 根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3)至（5），直到所求得各效传热面积相等为止。 2.2 各效蒸发量和完成液浓度的估算 本设计任务条件是：糖水溶液处理量：890 T/d；溶液浓度12%；温度20 ℃；完成液浓度50%。 原料液加料量 F==37083.33 kg/h 总蒸发量 W=F(1-)=37083.33×（1-）=28183.33 kg/h 式中：W —— 总蒸发量 kg/h；F —— 进料流量 kg/h； —— 初始液浓度； —— 完成液浓度。 因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，假设各效蒸发量相等，即 =====9394.44 、、分别表示第一效、第二效、第三效蒸发量。 各效完成液的浓度为：16.7% 24.32% 50% 其中： —— 第一效完成液浓度； ——第二效完成液浓度； ——第三效完成液浓度。 2.3溶液沸点和有效温度差的确定 选定加热蒸汽压强=600kpa，冷凝器中的操作压强=30kpa： 其它各效二次蒸汽的压强按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即： 故第i效二次蒸汽压强为： 式中 ΔP—— 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差； 第一效加热蒸汽的压强； —— 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强。 第一效 600-190 kPa 第二效 600-2×190=220 kPa 第三效 600-3×190=30 kPa 由各效的