多效蒸发 多效蒸发：将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用其凝结放出的热加热蒸发器中的水，两个或多于两个串联以充分利用热能的蒸发系统。 特点是几个蒸发器连接起来操作，前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽。 常用的有双效蒸发、三效蒸发、四效蒸发等。 蒸发过程进行的必要条件是不断地向溶液供给热能和不断地去除所产生的溶剂蒸气。 第一个蒸发器(称为第一效)以生蒸汽作为加热蒸汽，其余两个(称为第二效、第三效)均以其前一效的二次蒸汽作为加热蒸汽，从而可大幅度减少生蒸汽的用量。每一效的二次蒸汽温度总是低于其加热蒸汽，故多效蒸发时各效的操作压力及溶液沸腾温度沿蒸汽流动方向依次降低？。 通常第一效在一定的表压下进行操作，第二效的压强较低，从而造成适宜的温度差，使第二效蒸发器中的液体得以蒸发。同理，多个蒸发器中的温度经过一定时间后，压力差及温度差自行调整而达到稳定，使蒸气能连续进行。 依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为：①并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。由于前效压力高于
后效，料液可借压差流动。但末效溶液浓度高而温度低,溶液粘度大,因此传热系数低。②逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。需用泵将溶液送至压力较高的前一效，各效溶液的浓度和温度对粘度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。③平流法系指原料液平行加入各效，完成液亦分别自各效排出。蒸汽的流向仍由第一效流向末效。④工业生产中有时还有一些其它的流程。例如，在一个多效蒸发流程中，加料的方式可既有并流又有逆流，称为错流法。 ①并流法的优点是：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时，会产生自蒸发（闪蒸），因而可以多产生一部分二次蒸汽。此外，此法的操作简便，工艺条件稳定。 并流法的缺点是：随着溶液从前一效逐效流向后面各效，其浓度增高，而温度反而降低，致使溶液的粘度增加，蒸发器的传热系数下降。因此，对于随浓度的增加其粘度变化很大的料液不宜采用并流。
多效蒸发器设计计算 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
多效蒸发器设计计算 （一）蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （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压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发 器、刮膜蒸发器）、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组成。 （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），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。（二）蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量（1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W1 + W2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即
（1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：： （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 （1-8） 式中 — 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； p ?1p k p '∑∑?-'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'
多效蒸发器设计计算 （一） 蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （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 器压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器）、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组成。 （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），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 （二） 蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量 （1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W 1 + W 2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即 （1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 p ?1p k p '∑∑? -'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?
冬胞工夕丸卑 化工原理课程设计 NaOH蒸发系统设计 目录 章前言§ 1概述' 第二章蒸发工艺设计计算 § 1蒸浓液浓度计算
§ 2溶液沸点和有效温度差的确定 S 2 ? 1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失
§2 ? 2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失 §22 ? 3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失 §2 3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 §2 4蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分布以及传热系数 K的确定§ 5温差的重新分配与试差计算 §5 ? 1重新分配各效的有效温度差， § 5? 2重复上述计算步骤 § 6计算结果列表 第三章NaO H溶液的多效蒸发优化程序部分 §3 1具体的拉格朗日乘子法求解过程 §3 2程序内部变量说明 §3 3程序内容： §3 4程序优化计算结果 §3 5优化前后费用比较 第四章蒸发器工艺尺寸计算 §4 1加热管的选择和管数的初步估计 §4 1 1加热管的选择和管数的初步估计 §4 1 2循环管的选择 §4 1 3加热室直径及加热管数目的确定 §4 1 4分离室直径与高度的确定 §4 2接管尺寸的确定 §4 2 ? 1溶液进出 §4 2 ? 2加热蒸气进口与二次蒸汽出口 §4 2 ? 3冷凝水出口 第五章、蒸发装置的辅助设备 §5 1气液分离器 §5 2蒸汽冷凝器 §5 2 1冷却水量 §5 2 2计算冷凝器的直径 §23淋水板的设计 §5 3泵选型计算 §5 4预热器的选型 第六章主要设备强度计算及校核 § 6 ? 1蒸发分离室厚度设计 § 6 ? 2加热室厚度校核 第七章小结与参考文献： 符号说明 希腊字母： c 比热容，KJ/(Kg.h> a -------- 对流传热系数，W /m2. °C d --- 管径，mA ------ 温度差损失，C D——直径，mn——误差， D ――加热蒸汽消耗量，Kg/h n ――热损失系数， f --- 校正系数，n ----- 阻力系数， F――进料量，Kg/h入一一导热系数，W /m2. C g --- 重力加速度，9.81m/s2卩---- 粘度，Pa.s h 咼度，m p 密度，Kg/m3
蒸发操作的一种。 特点是几个蒸发器连接起来操作，前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽。 可以节约加热蒸汽。每一蒸发器称作一效。 常用的有双效蒸发、三效蒸发、四效蒸发等。 蒸发是用加热的方法，使溶液中部分溶剂气化并除去，从而提高溶液的浓度，促进溶质析出的工艺操作。 蒸发过程进行的必要条件是不断地向溶液供给热能和不断地去除所产生的溶剂蒸气。 连续的蒸发操作可视为恒温传热；间歇操作时，加热蒸气的温度一般是恒定的。 在蒸发过程中溶液的沸点，随着其浓度的增加而逐渐升高。 自蒸发器所产生的用于次一蒸发器加热的蒸气统称二次蒸气。 通常第一效在一定的表压下进行操作，第二效的压强较低，从而造成适宜的温度差，使第二效蒸发器中的液体得以蒸发。 同理，多个蒸发器中的温度经过一定时间后，温度差及压力差自行调整而达到稳定，使蒸气能连续进行。 依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为：①并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。由于前效压力高于后效，料液可借压差流动。但末效溶液浓度高而温度低,溶液粘度大,因此传热系数低。②逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。需用泵将溶液送至压力较高的前一效，各效溶液的浓度和温度对粘度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。③错流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进出，这种流程适用于有晶体析出的料液。 由于多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量，所以多效蒸发有利于大量连续生产流浸膏或浸膏等以及浓缩中草药制剂，另外，采用多效蒸发也可以制备注射用水。 高盐废水低温多效蒸发板式浓缩结晶技术介绍 一、低温多效蒸发浓缩结晶技术原理 低温多效蒸发浓缩结晶系统，是由相互串联的多个蒸发器组成，低温（90℃左右）加热蒸汽被引入第一效，加热其中的料液，使料液产生比蒸汽温度低的几乎等量蒸发。产生的蒸汽被引入第二效作为加热蒸汽，使第二效的料液以比第一效更低的温度蒸发。这个过程一直重复到最后一效。第一效凝水返回热源处，其它各效凝水汇集后作为淡化水输出，一份的蒸汽投入，可以蒸发出多倍的水出来。同时，料液经过由第一效到最末效的依次浓缩，在最末效达到过饱和而结晶析出。由此实现料液的固液分离。 低温多效蒸发浓缩结晶系统不仅可以应用于化工生产的浓缩过程和结晶过程，还可以应用于工业含盐废水的蒸发浓缩结晶处理过程中。 在工业含盐废水的处理过程中，工业含盐废水进入低温多效浓缩结晶装置，经过5-8效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为淡化水（淡化水可能含有微量低沸点有机物）和浓缩晶浆废液；无机盐和部分有机物可结晶分离出来，焚烧处理为无机盐废渣；不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚筒蒸发器，形成固态废渣，焚烧处理；淡化水可返回生产系统替代软化水加以利用。其主要技术参数如下： ①淡化水含盐量（TDS）<10ppm（可能含有微量随蒸汽出来的低沸点有机物） ②吨淡化水蒸汽耗量=（1/效数）/90% ｔ/t
多效蒸发器设计计算 （一） 蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （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 及冷凝器压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环 蒸发器、刮膜蒸发器）、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组成。 （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）， 直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 （二） 蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量 （1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W 1 + W 2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即 （1-4） )110x x F W -=（n W W i =i i W W W F Fx x ---=210
对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：： （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 （1-8） 式中 — 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； — 由于蒸发器中溶液的静压强而引起的温度差损失，℃； — 由于管路流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，℃。 n p p p k '-=?1p ?1p k p '∑∑?-'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'?''?'''
单效蒸发及计 算 一.物料衡算 二.能量衡算 1．可忽略溶液稀释热的情况 三.传热设备的计算 1.传热的平均温度差 四.蒸发强度与加热蒸汽的经济性 1.蒸发器的生产能力和蒸发强度 一.物料衡算(material balance) 2．溶液稀释热不可忽略的情况 2.蒸发器的传热 系数 2.加热蒸汽的经 济性 对图片5-13 所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得 由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分 别为 (5- 1) (5- 2) 3.传热面积计算 式中
F———原料液量，kg/h ； W———水的蒸发量，kg/h ； L———完成液量，kg/h ； x0———料液中溶质的浓度，质量分率； x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。 二.能量衡算(energy balance) 仍参见图片(5-13) ，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得 (5-3) 或(5-3a ) 式中 D———加热蒸汽耗量，kg/h ； H———加热蒸汽的焓，kJ/kg ； h0———原料液的焓，kJ/kg ； H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg ； h1———完成液的焓，kJ/kg ； hc ———冷凝水的焓，kJ/kg ； QL———蒸发器的热损失，kJ/h ； Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h 。 由式5-3 或5-3a 可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D 以及蒸发器的热负荷Q
溶液的焓值是其浓度和温度的函数。对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。因此，在应用式5-3 或5-3a 求算D 时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。 1．可忽略溶液稀释热的情况 大多数溶液属于此种情况。例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。若以0℃的溶 液为基准，则 （5-4） （5-4a ） 将上二式代入式5-3a 得 （5-3b） 式中 t0———原料液的温度，℃； t1———完成液的温度，℃； C0———原料液的比热容，℃； C1———完成液的比热容，℃ ； 当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即 （5-5） （5-5a） 式中 CW———水的比热容，℃；
6．3．2 蒸发过程的传热系数 蒸发中的传热系数K是影响蒸发设计计算的重要因素之一。根据传热学知识知 （6-6） 上式忽略了管壁厚度的影响。式中蒸汽冷凝传热系数αo可按膜式冷凝的公式计算；管壁热阻R W往往可以忽略；污垢热阻Rs 可按经验值估计，确定蒸发总传热系数K的关键是确定溶液在管内沸腾的传热膜系数a i。研究表明影响a i的因素较多，如溶液的性质、浓度、沸腾方式、蒸发器结构型式及操作条件等，具体计算可参阅有关文献 [1,6]。 一、总传热系数的经验值 目前，虽然已有较多的管内沸腾传热研究，但因各种蒸发器内的流动情况难以准确预料，使用一般的经验公式有时并不可靠；加之管内污垢热阻会有较大变化，蒸发的总传热系数往往主要靠现场实测。表6-1给出了常用蒸发器的传热系数范围，可供参考。 表6-1 常用蒸发器传热系数K的经验值 蒸发器的型式总传热系数K, W / (m2K) 标准式（自然循环）600～3000 标准式（强制循环）1200～6000 悬筐式600～3000 升膜式1200～6000
降膜式1200～3500 二、提高总传热系数的方法 管外蒸汽冷凝的传热膜系数αo通常较大，但加热室内不凝性气体的不断积累将使管外传热膜系数αo减小，故须注意及时排除其中的不凝性气体以降低热阻。管内沸腾传热膜系数αi涉及到管内液体自下而上经过管子的两相流动。在管子底部，液体接受热量但尚未沸腾，液体与管壁之间传热属单相对流传热，传热系数较小；沿管子向上，液体逐渐沸腾汽泡渐多，起初的传热方式与大容积沸腾相近。由于密度差引起的自然对流会造成虹吸作用，管中心的汽泡快速带动液体在管壁四周形成液膜向上流动，流动液膜与管壁之间的传热膜系数逐渐增加并达最大值。但如果管子长度足够，沿管子再向上液膜会被蒸干，汽流夹带着雾滴一起流动，传热系数又趋下降。因此，为提高全管长内的平均传热系数，应尽可能扩大膜状流动的区域。 管内壁液体一侧的污垢热阻Rs与溶液的性质、管内液体的运动状况有关。由于溶液中常含有少量的杂质盐类如CaSO4、CaCO3、Mg(OH)2等，溶液在加热表面汽化会使这些盐的局部浓度达到过饱和状态，从而在加热面上析出，形成污垢层。尤其是CaSO4等，其溶解度随温度升高而下降，更易在传热面上结垢，且质地较硬，难以清除；以CaCO3为主的垢层质地虽软利于清除，但导热系数较小；此外，垢层的多孔性也使其导热系数较低。所以即使厚度为1～2mm的垢层也具有较大的热阻。为降低Rs，工程上可采取定期清理、提高循环速度、加阻垢剂，或添加少量晶种使易结晶的物料在溶液中而不是在加热面上析出等方法。 返回目录 6.5.2 多效蒸发的优缺点
( 安全技术 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 多效蒸发过程分析(新版) Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that people make mistakes
多效蒸发过程分析(新版) 根据加料方式的不同，多效蒸发操作的流程可分为3种，即并流、逆流和平流。下面以三效蒸发为例，分别介绍这3种流程。 (1)并流(顺流)加料蒸发流程如图13—3所示，这是工业上最常用的一种方法。原料液和加热蒸汽都加入第1效蒸发，溶液顺序流过第1、Ⅱ、Ⅲ效，从第Ⅲ效取出完成液。加热蒸汽在第1效加热室中被冷凝后，经冷凝水排除器排出。从第1效出来的二次蒸汽进入第Ⅱ效加热室供加热用；第Ⅱ效的二次蒸汽进入第Ⅲ效加热室；第Ⅲ效的二次蒸汽进入冷凝器中冷凝后排出。 顺流加料流程的优点是：各效的压力依次降低，溶液可以自动地从前一效流人后一效不需用泵输送；各效溶液的沸点依次降低，前一效蒸发的溶液进入后一效蒸发时将发生自蒸发而蒸发出更多的二次蒸汽。缺点是：随着溶液的逐效增浓，温度逐效降低，溶液的
黏度则逐效增高，使传热系数逐效降低。因此，顺流加料不宜处理黏度随浓度的增加而迅速加大的溶液。 (2)逆流加料蒸发流程图13—4是逆流加料的蒸发流程。原料液从末效蒸发加入，然后用泵送人前一效，最后从第1效取出完成液。蒸汽的流向则顺序流过第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效，料液的流向与蒸汽的流向相反。 逆流加料的优点是：浓的溶液在最高的温度下蒸发，各效溶液的黏度相差不致太大，传热系数不致太小，有利于提高整个系统的生产能力；末效的蒸发量比顺流加料时少，减少了冷凝器的负荷。缺点是效与效之间必须用泵输送溶液，增加了电能消耗，使装置复杂化。 (3)平流加料蒸发流程图13—5是平流加料的蒸发流程。每一效蒸发时都送入原料液，放出完成液。这种加料主要用在蒸发过程中有晶体析出的场合。 云博创意设计 MzYunBo Creative Design Co., Ltd.
多效蒸发器设计计算 Prepared on 22 November 2020
多效蒸发器设计计算（一）蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （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压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮 膜蒸发器）、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组成。 （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 求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 （二）蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量（1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W1 + W2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即
（1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：： （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 （1-8） 式中 — 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； p ?1p k p '∑∑?-'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'
1、蒸发概念，它与“蒸馏”、“干燥”区别？ 蒸发是物质从液态转化为气态的相变过程。 蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、Absorption 等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。 干燥是泛指从湿物料中除去水分或其他湿分的各种操作。 2、真空蒸发的优点，缺点？ 在真空下降低了物料得沸腾温度对热敏性很强的溶液可以提高产品的质量。沸点的降低提高了加热蒸汽与物料之间的温差度，从而增大了传热面上单位时间内的传热量，加快了蒸发的速度。沸点降低使传热面上的结焦率现象大大减少，可以提高设备的利用率。正空蒸发为二次气的利用创造了条件，温度降低使降低了设备的 造价。抽真空需增加了一系列设备，消耗大量的冷却水，，多消耗能量。溶液的沸点降低，溶液的蒸发潜热随沸点的降低而增大，真空蒸发相同重量的水比常压下高 3、单效蒸发中料液流量与浓度之间的关系？热量衡算式，参数含义？ 物料衡算 溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即 w W F Fw )(0-=水分蒸发量：)1(0w w F W -= （1） 完成液的浓度： W F Fw w -=0 对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时， 损Q Di WI i W F Fi DI s +++-=+)(0s （3） 或损Q i I W i i F i I D s s +-+-=-)()()(0 （4） 式中 D ——加热蒸汽消耗量，kg/s ； 0t ，t ——加料液与完成液的温度，℃； 0i ，i ，s i ——加料液，完成液和冷凝水的热焓，kJ/kg ； I ，s I ——二次蒸汽和加热蒸汽的热焓，kJ/kg 。 式中热损失损Q 可视具体条件来取加热蒸汽放热量（0Dr ）的某一百分数。 4、多效蒸发效数受哪些因素的限制？ 传热温度差的限制、设备费用的限制，加热蒸气压力和冷凝器的真空度 。 （实际生产中加热蒸气压力和冷凝器的真空度都有一定的限制，因此理论传热温 度差 也有一定限制。而随效数增加，各效传热温度差损失之和 增大。如 果效数过多， ，则有 ，蒸发操作无法完成。对沸点升高
多效蒸发器设计计算 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
多效蒸发器设计计算（一）蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （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压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮 膜蒸发器）、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组成。 （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 求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 （二）蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量（1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W1 + W2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即
（1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：： （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 （1-8） 式中 — 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； p ?1p k p '∑∑?-'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'
目录 第一章前言 §1·1 概述` 第二章蒸发工艺设计计算 §2·1蒸浓液浓度计算 §2·2溶液沸点和有效温度差的确定 §2·2·1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失/ §2·2·2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失 §2·2·3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失 §2·3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 §2·4 蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分布以及传热系数K的确定 §2·5 温差的重新分配与试差计算 §2·5·1重新分配各效的有效温度差， §2·5·2重复上述计算步骤 §2·6计算结果列表 第三章 NaOH溶液的多效蒸发优化程序部分 §3·1 具体的拉格朗日乘子法求解过程 §3·2 程序内部变量说明 §3·3 程序内容： §3·4 程序优化计算结果 §3·5 优化前后费用比较 第四章蒸发器工艺尺寸计算 §4·1 加热管的选择和管数的初步估计 §4·1·1 加热管的选择和管数的初步估计 §4·1·2 循环管的选择 §4·1·3 加热室直径及加热管数目的确定 §4·1·4 分离室直径与高度的确定 §4·2 接管尺寸的确定 §4·2·1 溶液进出 §4·2·2 加热蒸气进口与二次蒸汽出口 §4·2·3 冷凝水出口 第五章、蒸发装置的辅助设备 §5·1 气液分离器 §5·2 蒸汽冷凝器 §5·2·1 冷却水量 §5·2·2 计算冷凝器的直径 §5·2·3 淋水板的设计 §5·3泵选型计算 §5·4预热器的选型 第六章主要设备强度计算及校核 §6·1蒸发分离室厚度设计 §6·2加热室厚度校核 第七章小结与参考文献： 符号说明 希腊字母： c——比热容，KJ/ α――对流传热系数，Ｗ/m2.℃d——管径，m Δ――温度差损失，℃D——直径，m η――误差， D——加热蒸汽消耗量，Kg/h η――热损失系数，f——校正系数，η――阻力系数， F——进料量，Kg/h λ――导热系数，Ｗ/m2.℃g——重力加速度，s2 μ――粘度， h——高度，m ρ――密度，Kg/m3
单效蒸发及计算 一.物料衡算(material balance) 对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得 由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为 (5-1) (5-2) 式中 一.物料衡算 二.能量衡算 1．可忽略溶液稀释热的情况2．溶液稀释热不可忽略的情况 三.传热设备的计算 1.传热的平均温度差 2.蒸发器的传热系数 3.传热面积计算 四.蒸发强度与加热蒸汽的经济性 1.蒸发器的生产能力和蒸发强度 2.加热蒸汽的经济性
F———原料液量，kg/h； W———水的蒸发量，kg/h； L———完成液量，kg/h； x0———料液中溶质的浓度，质量分率； x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。 二.能量衡算(energy balance) 仍参见图片(5-13)，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得 （5-3） 或（5-3a） 式中 D———加热蒸汽耗量，kg/h； H———加热蒸汽的焓，kJ/kg； h0———原料液的焓，kJ/kg； H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg； h1———完成液的焓，kJ/kg； hc———冷凝水的焓，kJ/kg； QL———蒸发器的热损失，kJ/h； Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h。 由式5-3或5-3a可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。
溶液的焓值是其浓度和温度的函数。对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。因此，在应用式5-3或5-3a求算D时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。 1．可忽略溶液稀释热的情况 大多数溶液属于此种情况。例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。若以0℃的溶液为基准，则 （5-4） （5-4a） 将上二式代入式5-3a得 （5-3b） 式中 t0———原料液的温度，℃； t1———完成液的温度，℃； C0———原料液的比热容，℃； C1———完成液的比热容，℃； 当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即 (5-5) (5-5a) 式中 CW———水的比热容，℃； CB———溶质的比热容，℃ 。
蒸发器的设计计算
蒸发器设计计算 已知条件：工质为R22，制冷量kW 3，蒸发温度C t ?=70，进口空气的干球温度为C t a ?=211，湿球温度为C t b ?=5.151，相对湿度为34.56=φ％；出口空气的干球温度为C t a ?=132，湿球温度为C t b ?=1.112，相对湿度为80=φ％；当地大气压力Pa P b 101325=。 （1）蒸发器结构参数选择 选用mm mm 7.010?φ紫铜管，翅片厚度mm f 2.0=δ的铝套片，肋片间距 mm s f 5.2=，管排方式采用正三角排列，垂直于气流方向管间距mm s 251=，沿 气流方向的管排数4=L n ，迎面风速取s m w f /3=。 （2）计算几何参数 翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为 mm d d f o b 4.102.02102=?+=+=δ 沿气流方向的管间距为 mm s s 65.21866.02530cos 12=?=?= 沿气流方向套片的长度为 mm s L 6.8665.21442=?== 设计结果为 mm s L 95.892565.2132532=+?=+= 每米管长翅片表面积： f b f s d s s a 100042221? ??? ? ? -?=π ()5.21000 4.10414.36 5.212522??? ? ???-??= m m 23651.0= 每米管长翅片间管子表面积：
f f f b b s s d a ) (δπ-= ()5 .210002.05.24.1014.3? -??= m m 203.0= 每米管长总外表面积： m m a a a b f of 23951.003.03651.0=+=+= 每米管长管内面积： m m d a i i 2027.0)20007.001.0(14.3=?-?==π 每米管长的外表面积： m m d a b b 2003267.00104.014.3=?==π 肋化系数： 63.14027 .03951 .0== = i of a a β 每米管长平均直径的表面积： m m d a m m 2 02983.020086.00104.014.3=?? ? ??+?==π （3）计算空气侧的干表面传热系数 ①空气的物性 空气的平均温度为 C t t t a a f ?=+=+= 172 1321221 空气在下C ?17的物性参数 3215.1m kg f =ρ ()K kg kJ c pf ?=1005 704.0=rf P s m v f 61048.14-?=
多效蒸发器经典问答 2010-03-20 21:24 问： 1、多效蒸发器用来处理含氯化钠12%的废水，pH为1左右，请问采用何种材质的比较好，如果调pH的话，调到多少比较合适，需要采用的材质有哪些？欢迎各位还有发表高论。 2、再问下，如果采用多效蒸发的话，一般进蒸发器的料液温度控制在多少比较经济？不知道有对此做过分析的吗？ 答： 1、氯化钠在浓缩过程中容易结晶，因此在选用带强制循环方式外循环蒸发器。由于蒸发浓缩处理的溶液中氯离子含量较高，且为酸性，因此加热器选用双相不锈钢材料才能满足生产要求。但为了降低成套设备的造价，可选用部份石墨材料和316L材料的设备。 2、在多效蒸发器系统，设置有预热器，利用一效或三效蒸发的热对进料进行预热，可以不限进行预热。 3、具体设备选型及材质如下 （1）一效加热器由于蒸发温度最高，选用石墨加热器。二效和三效加热器采用列管式加热器，二、三效加热器管程及管板材质采用选用双相不锈钢，壳程材质304/8mm的不锈钢材料。 （2）蒸发器：蒸发器采用316L不锈钢材料。设有人孔、视孔、温度计、真空表等装置。 （3）预热器：预热器为列管式加热，管程及管板材质为双相不锈钢材料，壳程材质：304/6mm的不锈钢材料。 （4）进料泵：采用材质为氟塑料的泵为进料泵。 （5）循环泵、循环出料泵： 循环泵、循环出料泵，要求密封良好，耐温，保证在负压状态下，能使高浓度物料或结晶物料连续出料工作，材质为氟塑料。 （6）冷凝器：采用321不锈钢材料。 （7）液封槽：采用碳钢材料。 （8）真空机组：采用的水喷射真空机组，加变频控制。 （9）冷却结晶器：把出料温度降低，同时更多地结晶，材料选用氟塑料。（10）工艺配件：工艺管道采用316L/氟塑料不锈材质。 问：在使用多效并流蒸发器浓缩物料时，应如何控制进料？一效物料进入二效蒸发器时，应如何调节流量？在设计多效蒸发器浓缩物料时，应注意哪些问题？
多效蒸发工作原理简述 通常，无论在常压、加压或真空下进行蒸发的，在单效蒸发器中每蒸发一千克的水需要消耗比一千克多一些的加热蒸汽。因此在大规模工业生产过程中，蒸发大量的水分必须消耗大量的加热蒸汽。为了减少加热蒸汽消耗量，可采用多效蒸发操作。 将加热蒸汽通入一效蒸发器，则液体受热而沸腾，所产生的二次蒸汽，气压力和温度比较原加热蒸汽（为了易于区别，在多效蒸发中常将第一效的加热蒸汽称为生蒸汽）。因此可引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽，这就是多效蒸发的操作原理，一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作。将多个蒸发器这样连接起来一同操作，即组成一个多效蒸发器。每一蒸发器称为一效，通入生蒸汽的蒸发器称为第一效，利用第一效的二次蒸汽以加热的，称为第二效，依此类推。由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即单效蒸发或多效蒸发装置中所蒸发的水量相等，则前者需要的生蒸汽量远大于后者，博特环保133六384零665。若第一效为沸点进料，并忽略热损失、各种温度差损失以及不同压力下蒸发潜热的差别，则理论上在双效蒸发中，一千克的加热蒸汽在第一效中可以产生一千克的二次蒸汽，后者在第二效忠又可蒸发一千克的水，因此一千克的加热蒸汽在双效中可以蒸发2千克的水，则D/W=0.5.同理，在三效蒸发器中，1千克的加热蒸汽可蒸发3千克的水，则D/W=0.333。但实际上由于热损失，温度差
损失等原因，单位蒸汽消耗量并不能达到如此经济的数值。 多效蒸发操作的加料，可有四种不同的方法：并流法、逆流法、错流法和平流法。最常用的为并流加料法，溶液流向与蒸汽相同，既由第一效顺序流至末效。因为后一效蒸发室的压力较前一效的低，故各效之间可毋须用泵输送溶液，此为并流法的优点之一。其另一优点为前一效的溶液费电较后一效的为高，因此当溶液自前一效进入后一效内，即成过热状态而自行蒸发，可以发生更多的二次蒸汽，使能在次一效蒸发更多的溶液。
7.3 多效蒸发 蒸发装置的操作费用主要是汽化大量水分（W ）所需消耗的能量。通常将每1kg 加热蒸汽所能蒸发的 水量（ D W ）称为蒸汽的经济性，或用溶液中蒸发出1kg 水所需消耗的生蒸汽的量（W D ）表示蒸汽的利用率， D W ↑，生蒸汽利用率↑，它是蒸发操作是否经济的主要标志。由前面学过的知识我们知道，在单效 蒸发中，若物料的水溶液先预热至沸点后假如蒸发器，忽略生蒸汽与产生的二次蒸汽的汽化潜热的差异，不计热损失。则每1kg 加热蒸汽可汽化1kg 水，即 D W =1。实际上，由于有热损失等原因，D W <1。在大规模工业蒸发中，蒸发大量的水分必然会消耗大量的加热蒸汽。作为工程技术人员，必须设法尽量节省加 热蒸汽的消耗量，以提高生蒸汽的消耗量，以提高生蒸汽的利用率，那么采用什么措施才能达到此目的呢? ① 利用二次蒸汽的潜热 ② 利用冷凝水的显热（如预热原料液） 7.3.1 多效蒸发蒸汽的经济性（利用率） 利用二次蒸汽的潜热的最普通的方法是多效蒸发，即将前一效的二次蒸汽引入后一个蒸发器作为加热蒸汽，这样后一效的加热它就成为前一效二次蒸汽的冷凝器，由于各效（除最后一效外）的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，这就提高了生蒸汽的利用率。如：假设第一效的沸点进料，并略去热损失，温度差损失和不同压力下蒸发潜热的差别，则理论上： 第一效： 11 =W D ? 1W D =， 1kg 生蒸汽在第一效中可产生1kg 的二次蒸汽，将此1kg 二次蒸 （1W ）引入第二效又可蒸发1kg 水，即 第二效：D W W ==12，1kg 生蒸汽在双效中的总蒸发量 D W W W 221=+=， 所以 D W =2 依次类推： 三效 3=D W ，……，n 效 n D W = 但实际上，由于热损失，温度差损失等原因，单位蒸汽消耗量不可能达到如此经济的程度，根据生产 经验，最大的D W /的值大致如下： 效数 单效 双效 三效 四效 五效 m in ??? ??W D 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27 m ax ??? ??D W 0.91 1.75 2.5 3.33 3.70 可见，多效蒸发（ D W ），说明蒸发同样数量的水分W ，采用多效蒸发时为小，可节省生蒸汽用量，提高生蒸汽的利用率，但是，是不是效越多越好呢?（不是，后面我们会学到，生蒸汽利用率的提高是以降低蒸发强度为代价的，效数↑，蒸发强度↓，以及其它一些技术上的限制（如8~5>?i t ℃）使得效数不能随意增加，一般常见2~3效）。同时，效数增加，设备费用都成倍增大，因此，必须对设备费和操作费进行权衡以决定合理的效数。这是最优化设计的内容之一。