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第一章 蒸发装置流程方案的确定 在化工、制药、食品、生物等生产过程中进行着大量的蒸发操作。蒸发操作的主要目的是浓缩溶液、纯溶剂的制取和回收，工业上通常采用加热的方式使大量溶剂汽化。为充分利用热能，生产上普遍采用多效蒸发。蒸发器的结构形式有很多，在选择蒸发器的型式或设计蒸发器时，在满足生产任务要求和保证产品质量的前提下，还要兼顾所用蒸发器的结构简单，易于制造，操作和维修方便，传热效果好，同时还要对被蒸发物料的工艺特性有良好的适应性。 1.1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压强（或温度）、冷凝器操作压强（或温度）的选定。正确选择蒸发过程的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。 1.1.1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。从节能的观点出发，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，但通常所用饱和蒸汽的温度不超过180℃,超过时相应的压强就很高,这样就增加了加热的设备费用和操作费用，一般的加热蒸汽压强在400～kPa（绝压）范围之内。 本次设计任务综合考虑，加热蒸汽设计压强选定为650kPa。 1.1.2 冷凝器操作压强的确定 若第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汽，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，溶液粘度低，传热好。若第一效加热蒸汽压强低，末效应采用真空操作，此时各效二次蒸汽温度低，进入冷凝器冷凝需消耗大量冷却水，而且溶液粘度大，传热差。但对于那些热敏性物料的蒸发，为充分利用热源还是经常采用的。对混合式冷凝器，其最大的真空度取决于冷凝器内的水温和真空装置的性能。通常冷凝器的最大真空度为80～kPa。 本次设计中，冷凝器设计绝压为20kPa。 1.2蒸发器的类型及选择 在化工生产中，大多数蒸发器都是利用饱和水蒸汽作为加热介质，因而蒸发器中热交换的一方是饱和水蒸汽冷凝，另一方是溶液的沸腾，所以，传热的关键在于料液 沸腾一侧。为了适应各种不同物性物料的蒸发浓缩，出现了各种不同结构形式的蒸发器，而且随着生产，技术的发展，其结构在不断改进。工业中常用的间壁式传热蒸发器，按溶液在蒸发器中的流动特点，可分为循环型（中央循环管式、悬筐式、外加热式、列文式、强制循环式等）和非循环型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等）两大类型。 本次设计任务中料液为NaOH水溶液，综合考虑后，选用循环型蒸发器。 面对种类繁多的蒸发器，在结构上必须有利于过程的进行，为此在选用时应考虑以下原则： 1. 尽量保证较大的传热系数，满足生产工艺的要求。 2. 生产能力大，能完善分离液沫，尽量减慢传热面上的垢层的生成。 3. 结构简单，操作维修和清洗方便，造价低，使用寿命长。 4. 能适应所蒸发物料的一些工艺特性（如粘性、起泡性、热敏性、结垢性、腐蚀性等）。 综上各条件考虑，本次设计选用中央循环管式蒸发器。中央循环管式蒸发器结构紧凑、制造方便、操作可靠，工业上应用广泛，对于循环速度低，溶液粘度大，沸点高的溶液比较适用。 1.3多效蒸发装置效数的确定 在流程设计时首先应考虑采用单效还是多效蒸发，为充分利用热能，生产中一般采用多效蒸发。因在多效蒸发中，将前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽，可节省生蒸汽耗量。但不是效数愈多愈好，效数受经济上和技术上的因素所限制。 经济上的限制是指效数超过一定时经济上不合算。多效蒸发中，随效数的增加，总蒸发量相同时所需生蒸汽量减少，使操作费用降低。但随效数增加，设备费成倍增长，而所节省的生蒸汽量愈来愈少，所以无限制增加效数已无实际意义，最适宜的效数应使设备费和操作费二者之和为最小。 技术上的限制是指效数过多，蒸发操作难于进行。一般工业生产中加热蒸汽压强和冷凝器操作压强都有一定限制，因此在一定操作下，蒸发器的理论总温差为一定值。在效数增加时，由于各效温差损失之和的增加，使总有效温差减小，分配到各效的有效温差小到无法保证各效发生正常的沸腾状态时，蒸发操作将无法进行下去。 基于上述理由，实际的多效蒸发过程效数并不多。为了保证传热的正常进行，每一效有效温差不能小于5～7NaOH水溶液，由于其沸点升高较大，采用2～34～63效蒸发。因为处理的溶液是NaOH水溶液，为电解质溶液，其沸点升高较大，考虑到操作时热能的充分利用和经济的合理性与技术上的限制