【《某水溶液蒸发器的方案确定和整体设计案例分析》2600字（论文）】

某水溶液蒸发器的方案确定和整体设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u14988某水溶液蒸发器的方案确定和整体设计案例分析 1297531.1蒸发操作流程的确定 1153651.1.蒸发效数的确定 2233821.3蒸发器的类型及选择 2229631.3.1类型及选择影响因素 2185251.3.2单程型蒸发器 37811.3.3循环型蒸发器 4130871.4蒸发操作条件 7260991.5蒸发器的选择 71.1蒸发操作流程的确定蒸发装置流程是指多效蒸发器中蒸发器的数目及其组合排列方式。根据加热蒸汽与料液的流向多效蒸发器的流程可以分为并流、逆流、平流及混流四种。并流操作如图2-1所示。料液在效间的传输利用各效间的压差，不用泵来传输。由于效间沸点在进入下一效之后都会降低，前一效的料液进入后一效后，自动达到沸点蒸发。它的弊端是对料液的传输不利，因为随着各效的压力差依次减小，温度随之减小，而料液的浓度却在不断升高，黏度也增大。对于高黏度料液的加料不建议用并流方式。图2-1并流蒸发操作流程图流过程的料液从最后一个效加入，然后依次泵入前面的效。随着料液浓度的增加，温度越高。反过来，不同效的液料黏度差异也不会太大，传热系数也不会太大。平流操作适用于有晶体沉淀的物料，或同时浓缩两种或两种以上的水溶液。混流操作是把并流和逆流一同运用在各效间方法，具有并流和逆流的共同优点，但是操作比较复杂。因为KNO3是热敏性料液，逆流加料不可用;又因为出效黏度变化也不大，并流操作便可以满足；同时因大型蒸器设计比较繁琐,其操作非常复杂，一般情况也不采用混流。因为没有沉淀，平流不合适于KNO3的蒸发。所以选择并流比较好。1.1.蒸发效数的确定使用多效蒸发的目的是最大限度地利用热能。通过二次蒸汽的回用，减少了蒸汽的消耗，提高了蒸汽的经济性。然而，更多效的并不意味着更好，通常还受到经济和计算因素的限制，因此在确定效数时，应考虑设备和运营成本的最小总和，以确定最合适的一个。表2-1表示不同效数蒸发过程的单位蒸汽消耗量，可以借此作为选效参考。表2-1不同效数蒸发过程的单位蒸汽消耗量效数单效双效三效四效五效理论蒸汽消耗量kg/h1.10.50.330.250.2实际消耗量kg/h1.10.570.40.30.27再增加效数可节约的蒸汽kg933025107蒸发运行时正常传热，各效温差至少为5~7，电解液使用2~3效，非电解液使用4~6效。KNO3溶液是一种电解质，使用三个效应来确保每个效的加热面积相同。1.3蒸发器的类型及选择1.3.1类型及选择影响因素由于工业技术的不断发展，现阶段不断出现各种新型蒸发器。据调查，工业上常用的间接加热蒸发器分为单程式和循环式两种，单程式又分为升膜式、降膜式、升降膜式等。循环式蒸发器分为中央循环式、外加热式、悬框式、强制循环式管式蒸发器等。选择蒸发器时要考虑的因素很多。(1)溶液的组成；(2)产量和生产能力；(3）溶液的初始浓度和进料温度；(4)产品最终溶液的最终温度和要求；(5)材料的热稳定性；(6)溶液沸点升高；(7)溶液的发泡性、表面张力、液体粘度等；（8）产生水垢的成分（硫酸钙、磷酸钙、硅等）；（9）可用热源（蒸汽、电等）；（10）技术条件、场地条件（经营面积和程度）、投资限额、运行方式（间歇或连续）和运行成本。1.3.2单程型蒸发器其特点是溶液以液膜形式通过加热室，不循环。其优点是溶液停留时间短，特别适用于热敏性物料的蒸发，温差损失小，表面传热系数大。缺点是如果设计或操作不当，成膜不易，热流明显减少。不适用于易结晶和结垢的材料的蒸发。升膜蒸发器升膜蒸发器适用于蒸发量大的溶液（如稀溶液）、对热敏感、易起泡的溶液，但不适用于高粘度、结晶或易受污染的溶液。图2-2升膜蒸发器结构降膜蒸发器降膜蒸发器可以蒸发高浓度的溶液，也适用于高粘度的物料。但是，它不适用于易于结晶或易受污染的溶液。另外，由于液膜不易均匀分布在管内，传热系数比升膜蒸发器小。升——降膜蒸发器壳体内装有升膜和降膜蒸发器，组成升膜蒸发器和降膜蒸发器。预热后的原料液首先在升膜加热室上升，然后由降膜加热器下降，然后与二次蒸汽分离，得到成品液。这类蒸发器主要用于蒸发过程中溶液粘度变化较大，蒸发水量不大，厂房高度受限的场合。图2-3升——降膜式蒸发器结构1.3.3循环型蒸发器特点是溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近完成液的浓度。操作稳定。中央循环管式蒸发器图2-4中央循环管式蒸发器结构中央循环管式蒸发器结构如图所示，又称标准蒸发器，主要由加热室、蒸发室、中央循环管和除雾器组成。加热室垂直配置。在加热管束（沸腾管束）中，管束的中心是一根中央循环管，其截面积占总管束截面积的40-100%。当液体因密度不同而被加热至沸腾时，溶液从中心循环管下降，在加热管内上升，然后循环，使沸腾液面的传热系数增大和加强。这种蒸发器具有结构紧凑、制造方便、传热好、运行稳定等优点，应用广泛。（2）悬框式蒸发器图2-5悬框式蒸发器结构由于蒸发器外壳与低温沸腾的液体接触，因此热量损失较少。它适用于蒸发容易结垢或结晶的溶液。缺点是结构复杂，单位传热面需要大量的设备材料。（3）外加热式蒸发器图2-6外加热型蒸发器结构加热室与分离室分开，便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度。因其加热管较长，循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大。（4）列文式蒸发器图2-7列文蒸发器结构该蒸发器的优点是循环率高，传热效果好。由于溶液在加热管内不沸腾，可避免加热管内结晶析出，故适用于结晶析出或固溶处理。缺点是设备大，占用空间大。另外，由于液层静压大，加热蒸汽的压力必须高。（5）强制循环蒸发器图2-8强制循环蒸发器结构这类蒸发器的优点是传热系数大，对粘度高或易结晶污染的物料适应性好，但功耗大。1.4蒸发操作条件根据任务书给出条件，介质是KNO3水溶液，原料液浓度为X0=15%，产品浓度为Xn=45%，沸点温度，本次设计的压力为400kPa(a)，冷凝器压力为20kPa(a)，处理量为10万吨/年，考虑停工检修等因素每年按300天计，每天运行24小时。1.5蒸发器的选择表2-2常用蒸发设备选型准则表--蒸发器型式水平管式标准式外加热式强制循环式升膜式降膜式制造价格较低较低较低高较低较低总传热系数稀薄溶液0.001-0.05pa.s较高较高高高高高高粘度溶液0.1pa.s较低较低低高低较高停留时间长长较长较短短短料液循环与否否是是是否是收缩液浓度是否能恒定可可可可尚可尚可浓缩比高高良好高良好良好设备处理量大大