合肥工业大学
《化工原理》课程设计说明书
设计题目KNO3水溶液三效并流蒸发系统设计
学生姓名汤文武
学号 20082952 专业班级高分子08-1班
指导老师杨则恒
日期 2011年1月21日
摘要：
蒸发操作是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化，目的是获得浓缩的溶液。本次设计利用三效蒸发将 4 ?4
10t 10%
KNO溶液浓缩至40%，采用中央循环管式。
3
我们计算所得面积为40. 3 2
m；加热管采用三角形排列；辅助设备有气液式除沫器、多孔板接触式蒸发冷凝器、浮头式列管换热器、真空泵、离心泵和支座。蒸发器加热管选用φ57?3.5mm无缝钢管,管长2m；中央循环管选用φ45717mm
?；加热管数目为162根；分离室直径1.15m、高度2.30m；
冷凝器直径为429.3mm；淋水板取4块。
关键词：蒸发，中央循环管，三效并流蒸发系统。
Abstract：
Evaporation operation is the way that heating the solution which
containing non-volatile solute to boil, separating the volatile
solvent. The purpose is to gain partial vaporization concentrating
to 40%, we choose the evaporator with central circulation
downcomer.
We calculated the area 40.3 2
m.The designed technical and process parameters are as following. Heating Tube: adopting triangle
permutation, steel tube of
φ57?3.5mm, length 2m, the number is 162;The evaporator with central circulation downcomer: steel tube ofφ45717mm
?.Separation Chamber: diameter 1.15m, height 2.3m. The diameter of the
condenser for 429.3mm. Water spray plate loaded take 4 pieces. Key words: Evaporation, central circulation downcomer, triple-effect forward evaporation system.
目录
化工原理课程设计成绩评定表...................................................化工原理课程设计任务书.........................................................中英文摘要...........................................................................第一章.概述 (6)
1.1蒸发操作的特点 (6)
1.2 蒸发操作的分类 (6)
1.3蒸发设备 (7)
1.4 蒸发流程示意图 (9)
第二章.蒸发工艺设计计算 (10)
2.1完成液浓度计算 (10)
2.2各效溶液的沸点和总有效温度差估算 (10)
2.3加热蒸汽消耗量和各效水分蒸发量 (13)
2.4传热系数确定 (15)
2.5有效温度差在各效的分配 (15)
2.6 蒸发器传热面积的估算 (22)
2.7 计算结果列表 (23)
第三章.蒸发器主要结构尺寸计算 (23)
3.1加热管的选择和管数的初步估计 (23)
3.2循环管的选择 (23)
3.3加热管的直径以及加热管数目的确定 (24)
3.4分离室直径和高度的确定 (25)
3.5接管尺寸的确定 (26)
第四章.蒸发装置的辅助设备 (27)
4.1气液除沫器 (27)
4.2蒸汽冷凝器 (28)
4.3真空泵的选型 (29)
4.4预热器的选型 (30)
第五章主要设备强度校核计算及校验 (31)
5.1蒸发室厚度校核 (31)
5.2 加热室厚度校核 (32)
5.3支座的选取与校核 (32)
第六章设计总结 (34)
6.1设计结果汇总表 (34)
6.2设计评价 (36)
6.3心得体会 (36)
附录1 (37)
附录 2 (38)
参考文献 (40)
第一章. 概述
1.1蒸发操作的特点
从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发时间壁两侧分别为蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，蒸发操作又有如下特点 :
(1)沸点升高蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在港台压力下溶液的蒸气压较同温度下纯溶剂的蒸汽压低，使溶液的沸点高于纯溶液的沸点，这种现象称为溶液沸点的升高。在加热蒸汽温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。
(2)物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析出晶体，或易于结垢；有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作彼此必须要考虑的问题。
(3)节约能源蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量，提高加热蒸汽的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。
1.2蒸发操作的分类
按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。
按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。若把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。
按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。真空蒸发有许多优点：
（1）在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差，减小蒸发器的传热面积；
（2）可以利用低压蒸汽作为加热剂；
（3）有利于对热敏性物料的蒸发；