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1、NaOHH水溶液液三效并并流加料料蒸发装装置的设设计设计单位位：设计者：设计日期期： 设计任务务书一、 设计题目目NaOHH水溶液液三效并并流加料料蒸发装装置的设设计二、 设计任务务及操作作条件1.处理理能力 2.55104吨/年年NaOOH水溶溶液2.设备备形式 蒸发器器3.操作作条件a NaOHH水溶液液的原料料液浓度度为100%(wwt) ，温度度为355，用预预热器加加热至第第一效沸沸点温度度，再送送进蒸发发器；完完成液浓浓度为440%(wt)。b 加热蒸汽汽压强为为5000kPaa（绝压压），末末效为真真空，压压力为115.55kPaa（绝压压）。c 各效传热热系数分分别为：K1=3
2、30000 W/(m22)K2=115000 W/(m22)K3= 7500W/(m2)d 各效蒸发发器中的的液面高高度：11.5-2.55m。e 各效加热热蒸汽的的冷凝液液均在饱饱和温度度下排出出。假设设各效传传热面积积相等，并并忽略热热损失。f 每年按3330天天计，每每天244小时连连续运行行。三、 设计项目目1. 设计方案案简介：对确定定的工艺艺流程及及蒸发器器型式进进行简要要论述。2. 蒸发器的的工艺计计算：确确定蒸发发器的传传热面积积。3. 蒸发器的的主要结结构尺寸寸设计。4. 主要辅助助设备选选型，包包括预热热器、汽汽液分离离器及蒸蒸汽冷凝凝器。5. 绘制NaaOH水水溶液三三效
3、并流流加料蒸蒸发装置置的流程程图及蒸蒸发器总总装配图图。目录1. 概述 1 1.11蒸发操操作的特特点 11 1.22蒸发设设备及蒸蒸发器 55 1.33三效蒸蒸发工艺艺流程 1002. 工艺计算算及主体体结构计计算 11 2.11三效蒸蒸发工艺艺计算 111 2.11.1三三效蒸发发器设计计流程 111 2.11.2设设计计算算 1332.2蒸蒸发器主主要结构构计算 2333. 蒸发装置置辅助设设备选型型 304. 探索使用用Asppen Pluus设计计蒸发器器方法3335. 后记 351、概述述1.1蒸蒸发操作作的特点点蒸发是将将非挥发发性物质质的稀溶溶液加热热沸腾，使使溶剂气气话，溶溶
4、液浓缩缩得到浓浓溶液的的过程。1.1.1蒸发发的基本本流程蒸发过程程的两个个必要组组成部分分是加热热溶剂使使水蒸气气汽化和和不断除除去汽化化的水蒸蒸气，前前一部分分在蒸发发器内进进行，后后一部分分在冷凝凝器完成成。蒸发发器实质质上是一一个换热热器，由由加热室室和分离离室两部部分组成成，加热热室通常常用饱和和水蒸气气加热，从从溶液中中蒸发出出来的水水蒸气在在分离室室分离后后从蒸发发器引出出，为了了防止液液滴随蒸蒸汽带出出，一般般在蒸发发器顶部部设有气气液分离离用的除除沫装置置从蒸发发器蒸出出的蒸汽汽称为二二次蒸汽汽，在多多效蒸发发中，二二次蒸汽汽用于下下一效的的物料加加热。冷冷却水从从冷凝器器顶
5、加入入，与上上升的蒸蒸汽接触触，将它它冷凝成成水从下下部排出出，不凝凝气体从从顶部排排出。通通常不凝凝气体来来源有两两个方面面，料液液中溶解解的空气气和系统统减压操操作时从从周围环环境中漏漏入的空空气。料液在蒸蒸发器中中蒸浓达达到要求求后称为为完成液液，从蒸蒸发器底底部放出出，是蒸蒸发操作作的产品品。1.1.2蒸发发的操作作方法根据各种种物料的的特性和和工艺要要求，蒸蒸发过程程可以采采用不同同的操作作条件和和方法。常压蒸发发和减压压蒸发根据操作作压力不不同，蒸蒸发过程程可以分分为常压压蒸发和和减压蒸蒸发，常常压蒸发发是指冷冷凝器和和蒸发器器溶液侧侧的操作作压力为为大气压压或略高高于大气气压，此
6、此时系统统中的不不凝气依依靠本身身的压力力从冷凝凝器排出出。减压压蒸发冷冷凝器和和蒸发器器溶液侧侧的操作作压力低低于大气气压，此此时系统统中的不不凝气需需用真空空泵抽出出。减压蒸发发较常压压蒸发具具有如下下优点：在在加热蒸蒸汽压强强相同的的情况下下，减压压蒸发时时溶液的的沸点低低，传热热温差可可以增大大，当传传热量一一定时，蒸蒸发器的的传热面面积可以以相应地地减小；可可以蒸发发不耐高高温的溶溶液；可可以利用用低压蒸蒸汽或废废气作为为加热剂剂；操操作温度度低，损损失于外外界的热热量也相相应地减减小。但是，减减压蒸发发也有一一定的缺缺点，这这主要是是由于溶溶液沸点点降低，黏黏度增大大，导致致总的传
7、传热系数数下降，同同时还要要有减压压装置。单效蒸发发和多效效蒸发根据二次次蒸汽是是否用来来作为另另一蒸发发器的加加热蒸汽汽，蒸发发过程分分为单效效蒸发和和多效蒸蒸发。单单效蒸发发中加热热蒸汽在在冷凝器器中用水水冷却排排出。多多效蒸发发中，第第一个蒸蒸发器蒸蒸出的二二次蒸汽汽用作第第二个蒸蒸发器的的加热蒸蒸汽，第第二个蒸蒸发器蒸蒸出的二二次蒸汽汽用作第第三个蒸蒸发器的的加热蒸蒸汽，以以此类推推，串联联蒸发器器的个数数称为效效数。多效蒸蒸发的经经济性 多效蒸蒸发时，除除末效外外，各效效的二次次蒸汽都都作为下下一效蒸蒸发器的的加热蒸蒸汽加以以利用，因因而和单单效相比比，相同同的生蒸蒸汽量DD可蒸发发
8、更多的的水量WW，亦即即提高了了生蒸汽汽的经济济性W/D。如如前所述述，在若若干假定定条件下下，单效效时的WW/D约约为1。同同理，双双效时约约为2，三三效时约约为3，等等等。考考虑实际际情况，根根据经验验，不同同效数时时生蒸汽汽的经济济性大致致如下表表：表1-11 生蒸蒸汽经济济性W/D的经经验值效数单效双效三效四效五效W/D0.9111.7552.53.3333.700正由于多多效蒸发发时生蒸蒸汽的经经济性较较高，所所以在蒸蒸发大量量水分时时广泛采采用多效效蒸发。但但上表也也说明，当当效数增增加时，WW/D值值虽然增增加，但但并不和和效数成成正比。多效蒸蒸发的代代价首先，多多效蒸发发时需要
9、要多个蒸蒸发器，为为便于制制造和维维修，各各蒸发器器的传热热面积常常相同，此此时，多多效蒸发发的设备备费近似似和效数数成正比比。因此此，多效效蒸发时时生蒸汽汽经济性性的提高高是以设设备费为为代价的的。其次，当当生蒸汽汽的压力力（温度度）和冷冷凝器的的压力（温温度）给给定时，不不论单效效或多效效蒸发，其其理论传传热温度度差均为为tr=T-TT 。这这里，TT和T分别为为加热蒸蒸汽和冷冷凝器处处二次蒸蒸汽的温温度。换换句话说说，理论论传热温温差与效效数无关关，多效效蒸发只只是将上上述传热热温度差差按某种种规律分分配至各各效。而而且，多多效蒸发发的每一一效都存存在沸点点上升或或传热温温度差损损失，因
10、因而各效效有效传传热温度度差之和和总有有效传热热温度差差必然小小于单效效时的有有效传热热温度差差，结果果导致多多效时的的生产能能力小于于单效。间歇蒸发发和连续续蒸发间歇蒸发发有两种种操作方方法：一次进进料，一一次出料料连续进进料，一一次出料料工业上大大规模的的生产过过程通常常采用的的是连续续蒸发。1.1.3蒸发发器的生生产强度度与蒸汽汽的经济济性 （一一）蒸发发器的生生产能力力与生产产强度1、蒸发发器的生生产能力力蒸发器的的生产能能力可用用单位时时间内蒸蒸发的水水分量来来表示。由由于蒸发发水分量量取决于于传热量量的大小小，因此此其生产产能力也也可表示示为 蒸发器器的生产产能力，kkg/hh；蒸
11、发器器的传热热速率，kkJ/hh；操作压压力下二二次蒸汽汽的汽化化潜热，kkJ/kkg；2、蒸发发器的生生产强度度蒸发器的的生产强强度简称称蒸发强强度，是是指单位位时间单单位传热热面积上上所蒸发发的水量量，kgg/(mm2h) 若为沸点点进料，且且不计热热损失，根根据，则 由上式可可知，若若蒸发操操作的压压力一定定，则二二次蒸气气的汽化化热r也可视视为常数数，因此此，欲提提高蒸发发器的生生产强度度，主要要途径是是提高总总传热系系数K和和传热温温度差tm（TTt11）。前前者，上上面已述述。提高高传热温温度差的的方法: 采用用真空蒸蒸发或选选用高温温热源，如如高温导导热油、熔熔盐或用用电加热热等
12、。3、提高高蒸发强强度的途途径（1） 提高传传热温度度差提高传热热温度差差可提高高热源的的温度或或降低溶溶液的沸沸点等角角度考虑虑，工程程上通常常采用真真空蒸发发或高温温热源来来实现。（2）提提高总传传热系数数蒸发器的的总传热热系数主主要取决决于溶液液的性质质、沸腾腾状况、操操作条件件以及蒸蒸发器的的结构等等。这些些已在前前面论述述，因此此，合理理设计蒸蒸发器以以实现良良好的溶溶液循环环流动，及及时排除除加热室室中不凝凝性气体体，定期期清洗蒸蒸发器（加加热室内内管），均均是提高高和保持持蒸发器器在高强强度下操操作的重重要措施施。（二）加加热蒸汽汽的经济济性蒸发过程程是一个个能耗较较大的单单元操
13、作作，通常常把能耗耗也作为为评价其其优劣的的另一个个重要评评价指标标，或称称为加热热蒸汽的的经济性性，它的的定义为为1kgg蒸汽可可蒸发的的水分量量，即：提高加热热蒸汽的的蒸汽性性通常可可以选择择多效蒸蒸发。（三）提提高加热热蒸汽经经济程度度的其他他措施多效蒸发发可以提提高加热热蒸汽的的经济程程度，除除此之外外，还可可以采用用以下措措施来提提高生蒸蒸汽的经经济程度度。1.二次次蒸汽的的部分利利用 （额额外蒸汽汽的引出出）在单效蒸蒸发中，若若能将二二次蒸汽汽引出一一部分，作作为其他他设备热热源加以以利用（如如用来预预热原料料液），则则对蒸发发装置来来说，能能量消耗耗已降至至最低限限度，只只是将加
14、加热蒸汽汽转变为为温度较较低的二二次蒸汽汽而已。同同理，对对多效蒸蒸发，如如果将末末效蒸发发器的二二次蒸汽汽有效的的利用，也也可大大大提高加加热蒸汽汽的利用用率。2.冷凝凝水显热热的利用用蒸发装置置消耗大大量蒸汽汽必随之之产生数数量可观观的冷凝凝水。此此冷凝液液排出加加热室外外可用以以预热料料液，也也可像图图7-119所示示将冷凝凝水减压压，减压压至下一一效加热热室的压压力。使使之用过过热产生生自蒸发发现象。汽汽化的蒸蒸汽可与与二次蒸蒸汽一并并进出入入后一效效的加热热室，于于是，冷冷凝水的的显热得得以部分分地回收收利用。3.二次次蒸汽的的再压缩缩（热泵泵蒸发）在单效蒸蒸发中，二二次蒸汽汽在冷凝
15、凝器中冷冷凝除去去，蒸汽汽的潜热热即完全全除去，很很不经济济。考虑虑此二次次蒸汽通通过热泵泵（即压压缩机）绝绝热压缩缩，使其其，然后后再送回回原来的的蒸发器器中作为为加热蒸蒸汽，则则其潜热热可得到到反复利利用。但是，要要达到较较好的经经济效益益，压缩缩功的压压缩比不不能太大大，即二二次蒸汽汽的压力力和温度度需提高高的愈多多，压缩缩比愈大大，愈不不经济。这这样，二二次蒸汽汽的温升升不可能能高，传传热推动动力不可可能大，而而所需的的传热面面积则必必然较大大。对于于沸点升升高大的的溶液的的蒸发，热热泵蒸发发器的经经济程度度大为降降低。由由此可知知，热泵泵蒸发量量不适用用沸点上上升比较较大的情情况。此
16、此外，压压缩机的的投资费费用较大大，需要要维修保保养，这这些缺点点也在一一定程度度上限制制了它的的使用。1.2蒸蒸发设备备蒸发设备备中包括括蒸发器器和辅助助设备1.22.1蒸蒸发器的的型式与与结构 蒸发器器主要由由加热室室和分离离室组成成。加热热室有多多种多样样的形式式，以适适应各种种生产工工艺的不不同要求求。按照照溶液在在加热室室中的运运动的情情况，可可将蒸发发器分为为循环型型和单程程型（不不循环）两两类。（一）循循环型蒸蒸发器特点：溶溶液在蒸蒸发器中中循环流流动，因因而可以以提高传传热效果果。由于于引起循循环运动动的原因因不同。有有分为自自然循环环型和强强制循环环型两类类。自然循环环：由于
17、于溶液受受热程度度不同产产生密度度差引起起强制循循环：用用泵迫使使溶液沿沿一定方方向流动动图5-2中央循环管式蒸发器1.中央央循环管管式蒸发发器中央循环环管式蒸蒸发器为为最常见见的蒸发发器，其其结构如如图5-2所示示，它主主要由加加热室、蒸蒸发室、中中央循环环管和除除沫器组组成。蒸蒸发器的的加热器器由垂直直管束构构成，管管束中央央有一根根直径较较大的管管子，称称为中央央循环管管，其截截面积一一般为管管束总截截面积的的40%1000%。当当加热蒸蒸汽（介介质）在在管间冷冷凝放热热时，由由于加热热管束内内单位体体积溶液液的受热热面积远远大于中中央循环环管内溶溶液的受受热面积积，因此此，管束束中溶液
18、液的相对对汽化率率就大于于中央循循环管的的汽化率率，所以以管束中中的气液液混合物物的密度度远小于于中央循循环管内内气液混混合物的的密度。这这样造成成了混合合液在管管束中向向上，在在中央循循环管向向下的自自然循环环流动。混混合液的的循环速速度与密密度差和和管长有有关。密密度差越越大，加加热管越越长，循循环速度度越大。但但这类蒸蒸发器受受总高限限制，通通常加热热管为112mm，直径径为255755mm，长长径比为为2040。优点：溶溶液循环环好；传传热效率率高；结结构紧凑凑、制造造方便、操操作可靠靠。5-3悬筐式蒸发器缺点：循循环速度度低；溶溶液粘度度大、沸沸点高；不易清清洗。适于处理理结垢不不严
19、重、腐腐蚀性小小的溶液液。2.悬筐筐式蒸发发器图5-4 外热式蒸发器悬筐式蒸蒸发器是是中央循循环管蒸蒸发器的的改进。其其加热室室像个悬悬筐，悬悬挂在蒸蒸发器壳壳体的下下部，可可由顶部部取出，便便于清洗洗与更换换。加热热介质由由中央蒸蒸汽管进进入加热热室，而而在加热热室外壁壁与蒸发发器壳体体的内壁壁之间有有环隙通通道，其其作用类类似于中中央循环环管。操操作时，溶溶液沿环环隙下降降而沿加加热管上上升，形形成自然然循环。一一般环隙隙截面积积约为加加热管总总面积的的10001550%，因因而溶液液循环速速度较高高(约为为 11.55m/ss)。由由于与蒸蒸发器外外壳接触触的是温温度较低低的沸腾腾液体，
20、故故其热损损失较小小。3.外热热式蒸发发器如图5-4为常常用的外外热式蒸蒸发器，其其主要特特点是采采用了长长加热管管（管长长与直径径之比），且且液体下下降管（又又称循环环管），不不再受热热。这样样有利于于液体在在器内的的循环，循循环速度度可达11.5mm/s。优点：降降低了整整个蒸发发器的高高度，便便于清洗洗和更换换；循环环速度较较高，使使得对流流传热系系数提高高；结垢垢程度小小。适于处理理易结垢垢、有晶晶体析出出、处理理量大的的溶液 。4.列文文蒸发器器结构特点点：在特特点是在在加热室室上部设设置沸腾腾室，加加热室中中的溶液液因受到到附加液液柱的作作用，必必须上升升到沸腾腾室才开开始沸腾腾，
21、这样样避免了了溶液在在加热管管中结垢垢或析出出晶体。优点：流流动阻力力小；循循环速度度高；传传热效果果好；加加热管内内不易堵堵塞。缺点：设设备费高高；厂房房高，耗耗用金属属多。适于处理理有晶体体析出或或易结垢垢的溶液液 。5.强制制循环型型蒸发器器上述几种种蒸发器器均为自自然循环环型蒸发发器，即即靠加热热管与循循环管内内溶液的的密度差差作为推推动力，导导致溶液液的循环环流动，因因此循环环速度一一般较低低，尤其其在蒸发发粘稠溶溶液（易易结垢及及有大量量结晶析析出）时时就更低低。为提提高循环环速度，可可用循环环泵进行行强制循循环，如如图4-10所所示。这这种蒸发发器的循循环速度度可达11.55m/
22、s。其其优点是是，传热热系数大大，利于于处理粘粘度较大大、易结结垢、易易结晶的的物料。但但该蒸发发器的动动力消耗耗较大，每每平方米米传热面面积消耗耗的功率率约为00.40.88kW。（二）单单程型蒸蒸发器（膜膜式蒸发发器）循环型蒸蒸发器的的共同特特点蒸发发器内料料液的滞滞留量大大，物料料在高温温下停留留时间长长，对热热敏性物物料不利利。在单单程型蒸蒸发器中中，物料料一次通通过加热热面即可可完成浓浓缩要求求；离开开加热管管的溶液液及时加加以冷却却，受热热时间大大为缩短短，因此此对热敏敏性物料料特别适适宜。图5-7 升膜式蒸发器1.升膜膜式蒸发发器图5-77所示升升膜式蒸蒸发器，这这种蒸发发器的加
23、加热管束束可长达达3110m。溶溶液由加加热管底底部进入入，经一一段距离离的加热热，汽化化后，管管内气泡泡逐渐增增多，最最终液体体被上升升的蒸汽汽拉成环环状薄膜膜，沿管管壁运动动，汽液液混合物物由管口口高速冲冲出。被被浓缩的的液体经经汽液分分离即排排出蒸发发器。此此种蒸发发器需要要妥善地地设计和和操作，使使加热管管内上升升的二次次蒸汽具具有较高高的速度度，从而而获得较较高传热热系数，使使溶液一一次通过过加热即即达预定定的浓缩缩要求。在在常压下下，管上上端出口口速度以以保持220550m/s为宜宜。适用于：蒸发量量大（较较稀的溶溶液），热热敏性及及易起泡泡的溶液液。图5-8 降膜式蒸发器不适用于
24、于：高粘粘度，易易结晶、结结垢的溶溶液。2.降膜膜式蒸发发器如图7-6所示示降膜式式蒸发器器。料液液由加热热室顶部部加入，经经液体分分布器分分布后呈呈膜状向向下流动动。汽液液混合物物由加热热管下端端引出，经经汽液分分离即得得完成液液。为使使溶液在在加热管管内壁形形成均匀匀液膜，且且不便二二次蒸汽汽由管上上端窜出出，须良良好地设设计液体体分布器器。适用于：粘度大大的物料料不适用于于：易结结晶的物物料，固固形成均均匀的液液膜较难难，不高高。（3）升升-降膜膜式蒸发发器蒸发器由由升膜管管束和降降膜管束束组合而而成，蒸蒸发器的的底部封封头内有有一隔板板，将加加热管束束分成两两部分。溶溶液由升升膜管束束
25、底部进进入，流流向顶部部，然后后从降膜膜管束流流下，进进入分离离室，得得到完成成液。适于处理理浓缩过过程中粘粘度变化化大的溶溶液、厂厂房有限限制的场场合。（4）刮刮板薄膜膜式蒸发发器如图5-11所所示。专专为高粘粘度溶液液的蒸发发而设计计。料液液自顶部部进入蒸蒸发器后后，在刮刮板的搅搅动下分分布于加加热管壁壁，并呈呈模式旋旋转向下下流动。汽汽化的二二次蒸汽汽在加热热管上端端无夹套套部分被被旋刮板板分去液液沫，然然后由上上部抽出出并加以以冷凝，浓浓缩液由由蒸发器器底部放放出。特点：借借外力强强制料液液呈膜状状流动，可可适应高高粘度，易易结晶、结结垢的浓浓溶液蒸蒸发缺点：结结构复杂杂，制造造要求高
26、高，加热热面不大大，且需需要消耗耗一定的的动力。（三）其其它蒸发发器1 . 直接加加热蒸发发器（浸浸没燃烧烧式）将一定比比例的燃燃烧气与与空气直直接喷入入溶液中中，燃烧烧气的温温度可高高达1220018000，由于于气、液液间的温温度差大大，且气气体对溶溶液产生生强烈的的鼓泡作作用，使使水分迅迅速蒸发发，蒸出出的二次次蒸汽与与烟道气气一同由由顶部排排出。优点：结结构简单单，不需需要固定定的传热热面，热热利用率率高适于于处理易易结垢、易易结晶或或有腐蚀蚀性的溶溶液。不不适于处处理不能能被燃烧烧气污染染及热敏敏性的溶溶液。2.螺旋旋管蒸发发器 在螺旋加加热管中中，要被被蒸发的的液体从从顶部流流向底
27、部部，同时时，沸腾腾膜与蒸蒸汽并流流流动，由由于加热热管当然然螺旋形形状，在在中等高高度的设设备中可可以容纳纳很长的的管子，经经过很长长的管道道流动中中产生的的蒸汽对对液膜施施加一个个很高的的剪切力力。为此此，弯曲曲的螺旋旋管将引引起二次次流，二二次流被被施加在在沿管轴轴的流动动上，这这此作用用可促进进湍流并并强化高高粘情况况下的热热传递。适用于达达到高浓浓度和高高粘度。为为获得高高的蒸发发比，这这类蒸发发器在高高温度差差下和单单程操作作。 （四）蒸蒸发器的的选型蒸发器的的结构形形式较多多，选用用和设计计时，要要在满足足生产任任务要求求，保证证产品质质量的前前提下，尽尽可能兼兼顾生产产能力大大
28、，结构构简单，维维修方便便及经济济性好等等因素。表5-11列出了了常见蒸蒸发器的的一些重重要性能能，可供供选型的的参考。（五）过过程和设设备的强强化与展展望纵观国内内外蒸发发装置的的研究，概概括可分分为以下下几个方方面：1、开发发新型蒸蒸发器；2、改善善蒸发器器内液体体的流动动状况；3、改进进溶液的的工艺性性质；4、优化化设计和和操作。1.2.2蒸发发器的辅辅助设备备图5-12 除沫器的主要型式（一）除除沫器（汽汽液分离离器）蒸发操作作时产生生的二次次蒸汽，在在分离室室与液体体分离后后，仍夹夹带大量量液滴，尤尤其是处处理易产产生泡沫沫的液体体，夹带带更为严严重。为为了防止止产品损损失或冷冷却水
29、被被污染，常常在蒸发发器内（或或外）设设除沫器器。图55-122为几种种除尘器器的结构构示意图图。图中中（a）（d）直直接安装装在蒸发发器顶部部，（ee）（gg）安装装在蒸发发器外部部。（二）冷冷凝器和和真空装装置1. 冷冷凝器冷凝器的的作用是是冷凝二二次蒸汽汽。冷凝器有有间壁式式和直接接接触式式两种。倘倘若二次次蒸汽为为需回收收的有价价值物料料或会严严重污染染水源，则则应采用用间壁式式冷凝器器。否则则通常采采用直接接接触式式冷凝器器。后一一种冷凝凝器一般般均在负负压下操操作，这这时为将将混合冷冷凝后的的水排出出，冷凝凝器必须须设置得得足够高高，冷凝凝器底部部的长管管称为大大气腿。2. 真真空
30、装置置当蒸发器器在负压压下操作作时，无无论采用用哪一种种冷凝器器，均需需在冷凝凝器后安安装真空空装置。需要指出出的是，蒸蒸发器中中的负压压主要是是由于二二次蒸汽汽冷凝所所致，而而真空装装置仅是是抽吸蒸蒸发系统统泄漏的的空气、物物料及冷冷却水中中溶解的的不凝性性气体和和冷却水水饱和温温度下的的水蒸汽汽等，冷冷凝器后后必须安安真空装装置才能能维持蒸蒸发操作作的真空空度。常常用的真真空装置置有喷射射泵、水水环式真真空泵、往往复式或或旋转式式真空泵泵等。1.3三三效蒸发发工艺流流程采用多效效蒸发的的目的是是为了减减少新鲜鲜蒸气用用量，具具体方法法是将前前一效的的二次蒸蒸气作为为后一效效的加热热蒸气。1
31、.3.1多效效蒸发流流程1.并流流流程 即加加热蒸气气和原料料液均顺顺次流经经各效。这这种加料料的特点点是前一一效到后后一效可可自动加加料，后后一效中中的物料料会产生生自蒸发发，可多多蒸出部部分水汽汽，但溶溶液的黏黏度会随随效数的的增加而而增大，使使传热系系数逐效效下降，所所以并流流加料不不适宜处处理随浓浓度增加加而增加加较高的的物料。2.逆流流流程 即加加热蒸气气走向与与并流相相同，而而物料走走向则与与并流相相反。这这种加料料的特点点是各效效中的传传热系数数较均匀匀，适于于处理黏黏度随温温度变化化较大的的物料。3.平流流流程 即加加热蒸气气走向与与并流相相同，但但原料液液和完成成液则分分别从
32、各各效中加加入和排排出。这这种流程程适用于于处理易易结晶物物料。4.错流流流程 本流流程的特特点是在在各效间间兼用并并流和逆逆流加料料法。兼兼有并、逆逆流的优优点，但但是 操操作复杂杂，适于于料液粘粘度随浓浓度显著著增加的的场合。由于本次次设计所所处理的的物料为为烧碱溶溶液，才才用一般般的并流流操作即即可。1.3.2工艺艺流程图2、 工艺计算算及主体体结构计计算2.1三三效蒸发发工艺计计算2.1.1三效效蒸发器器设计流流程用试差法法求解的的具体计计算采取取以下步步骤：1、 设各效蒸蒸发量WW1 ,W2，和各效效压力pp1，p2，为初值值。各效效蒸发量量的初值值可按各各效蒸发发量相等等的原则则确
33、定，也也可以根根据具体体蒸发过过程的经经验数据据确定。各各效的操操作压力力可按各各效压差差相等计计算，即即取相邻邻两效间间的压差差相等计计算。2、 根据各效效蒸发量量的初值值，应用用物料衡衡算就确确定各效效溶液溶溶液浓度度xi。3、 根据各效效压力的的初设值值与计算算出的溶溶液浓度度xi，确定定各效的的温度差差损失i和溶液液沸点TTi。4、 应用热量量衡算，解解出加热热蒸汽用用量D与与各效蒸蒸发量WW1,W2，。5、 应用传热热速率方方程式，计计算各效效所需的的传热面面积Aii。6、 检验各效效蒸发量量的计算算值和初初设值是是否相等等，各效效传热面面积是否否相等，如如果不相相等，重重设初值值，
34、重新新计算。一、物料料衡算第一效，设设溶质在在蒸发过过程中不不挥发，且且蒸发过过程是个个定态过过程，单单位时间间进入和和离开蒸蒸发器的的量相等等，即水分蒸发发量： 完成液的的浓度： 式中： 原料液液量，kkg/hh； 蒸发水水量，kkg/hh； 原料液液中溶质质的浓度度，质量量分数； 完成液液中溶质质的浓度度，质量量分数。第二效，同同第一效效， 完成液的的浓度： 二、热量量衡算 第一效效，对蒸蒸发器作作热量衡衡算，当当加热蒸蒸汽在饱饱和温度度下排出出时， 即 式中 加热蒸蒸汽消耗耗量，kkg/hh； r 加热蒸蒸汽的冷冷凝热，JJ/kgg； 水的汽汽化热，JJ/kgg ； 原原料液的的平均质质
35、量热容容，J/（kgK） ； T温温度，（）考虑到稀稀释热和和热损失失，需要要引入热热利用系系数，则： 1溶液稀释释热越大大，越小，对对于NaaOH溶溶液，可可以利用用下列经经验公式式计算： = 0.998-00.0007x其中xx为溶液液在蒸发发器中浓浓度的增增高值，以以质量分分数表示示。第二效，同同第一效效， 2三、 传热速率率方程第一效， 第二效， 其中为热热蒸汽的的冷凝温温度，为为来自第第一效的的二次蒸蒸汽在第第二效的的冷凝温温度， 四、 传热面积积计算 其中，KK为蒸发发器的加加热室传传热系数数，为加加热室两两侧的平平均温差差。Q为为蒸发器器加热室室的传热热速率，称称为蒸发发器的热热
36、负荷，根根据加热热室的热热量衡算算求得，如如果忽略略加热室室的热损损失，则则Q即为为加热蒸蒸汽冷凝凝放出的的热量。 2.1.2设计计计算1. 估算各效效蒸发量量和完成成液浓度度总蒸发量量：F=2.51044吨/年年=2.51044330024=31557kgg/h因并流加加料，蒸蒸发中无无额外蒸蒸汽引出出，可设设1: 2: 331.0:11.1:1.221122333.311解得：17177.5kkg/hh27717.51.117889.22kg/h37717.51.228661kgg/h完成液的的浓度：2.估算算各效溶溶液的沸沸点和有有效温度度差设各效间间压强降降相等，则则总压强强为：kPa
37、a各效间的的平均压压强差为为 kkPa于是二次次蒸汽压压强：各效的二二次蒸汽汽压强，从从书中查查的相应应的二次次蒸汽温温度和比比汽化焓焓列于下下表中：4 效效数参数123二次蒸汽汽压强，kkPa338.517715.55二次蒸汽汽温度，（即下下一效加加热蒸汽汽温度）137.6116.253.55二次蒸汽汽的比汽汽化焓，kj/kg(即即下一效效加热蒸蒸汽的比比汽化焓焓)215552215523700(1) 各效由于于溶液的的蒸汽压压下降所所引起的的温度差差损失根根据各效效的二次次蒸汽温温度（亦亦即相同同压强下下水的沸沸点）和和各效完完成液的的浓度，由由NaOOH水溶溶液的杜杜林线图图查的各各效溶
38、液液的沸点点分别为为: 1138.5 1223.11 65.3 则则各效由由于溶液液的蒸汽汽压下降降所引起起的温度度差损失失为 -1338.55-1337.660.9 -1223.11-1116.226.9 -79.33-533.525.88 所所以 00.96.99255.833.6(2) 各效由于于溶液静静压强所所引起的的温度差差损失根据 得33991033446103Pa3346kkPa17881031886103 Paa1886kPPa15103244103 Paa244kPaa根据各效效溶液的的平均压压强，由由书中查查得对应应的饱和和温度为为：1388.3 1177.6 65.0从而
39、得-1138.3-1137.600.7-1117.6-1116.211.4-665.00-533.511.5所以0.771.4111.55133.6（3）由由于流体体阻力产产生压强强降所引引起的温温度差损损失 根据据经验取取 1 所以以 3（4）各各效溶液液的沸点点和有效效总温度度差 溶液液的沸点点 1337.660.900.711140.21116.266.91.4411255.5553.11255.811.511911.4有效总温温度差 （1551.77-533.5）-（333.613.633）483. 加热蒸汽汽消耗量量和各效效蒸发水水量的初初步计算算第一效：根据热热量衡算算式沸点加料料
40、，t00=t1=1440.22，1=00.988-0.0077x=00.988-0.0077（133-100）=00.9559 加热热蒸汽的的冷凝热热为21113kkJ/kkg。 =0.9959=0.9400D1第二效的的焓衡量量式为：0.998-00.0007（-）0.998-00.0007（19-13）0.9938查表得 44.2882 kkJ/(kkg)0.9938 0.888672.250.883272.25 （b） 第三三效的焓焓衡量式式为：h0.998-00.0007（-） 00.988-0.007（40-19）0.8833查表得4.2445kJJ/(kkg) 0.8333 = 0
41、.7731-0.0051+1140.0 = 0.5560+1366.3 （c）223677.8 （dd）联立立（a）、（bb）、（cc）、（dd）式，解解得9255.9 kg/h8700.3 kg/h8422.6 kg/h6544.8 kg/h4.估算算蒸发器器的传热热面积 9255.9211131195664266.78700.3215551187554966.58422.6221151182664899.01511.7-1400.211.51377.6-1255.512.11166.2-91.4338.99166.2299.5255.0误差估算算 5.重新新分配各各效的有有效温差差 224.009即7.77314.8228.856. 重复上述述计算步步骤（1）由由所求得得的各效效蒸汽量量。求各各效溶液液的浓度度。他们们分别为为： 0.13330.2033（2） 计算