化工原
理课程
设计说
明书
设计题目:氢氧化钠水溶液三效并流加料蒸发装置设计
学生姓名：岑冰妮
所在班级：生工班
学号：201000606039
设计时间：2013年1月1-15日
设计成绩：
指导教师：罗建平
审阅时间：
目录
符号说明..................................................................................................................................................... 错误！未定义书签。
1 蒸发装置设计任务书.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1设计题目.........................................................................................................................................错误！未定义书签。
1.2设计任务及操作条件 (5)
1.3设计内容 (5)
2 前言 (5)
2.1概述 (5)
2.1.1蒸发及蒸发流程 (5)
2.1.2蒸发操作的分类 (6)
2.1.3蒸发操作的特点 (6)
2.1.4 蒸发设备 (6)
3 蒸发器工艺设计计算 (7)
3.1蒸浓液浓度计算 (8)
3.2溶液沸点和有效温度差的确定..................................................................................................错误！未定义书签。
3.2.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失 (9)
3.2.2各效由于溶液静压强所引起的温度差损失 ...................................................................错误！未定义书签。
3.2.3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失..................................................错误！未定义书签。
3.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算................................................................................错误！未定义书签。
3.4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 ................错误！未定义书签。
3.5温差的重新分配与试差计算......................................................................................................错误！未定义书签。
3.5.1重新分配各效的有效温度差 (12)
3.5.2重复上述计算步骤................................................................................................................错误！未定义书签。
3.6计算结果列表.................................................................................................................................错误！未定义书签。
4 蒸发器工艺尺寸计算 (14)
4.1加热管的选择和管数的初步估计 (14)
4.1.1加热管的选择和管数的初步估计 (15)
4.1.2循环管的选择 (15)
4.1.3加热室直径及加热管数目的确定 (15)
4.1.4分离室直径与高度的确定 (15)
4.2接管尺寸的确定 (16)
4.2.1溶液进出口 (17)
4.2.2加热蒸气进口与二次蒸汽出口 (17)
4.2.3冷凝水出口 (17)
5 蒸发装置的辅助设备 (18)
5.1气液分离器 .........................................................................................................................................................................18 5.2蒸汽冷凝器 .........................................................................................................................................................................18 5.2.1冷却水量
L
V (18)
5.2.2冷凝器直径D.............................................................................................................................................................18 5.2.3 淋水板的设计............................................................................................................................................................19 6 主要设备强度计算及校核 .....................................................................................................................................................19 6.1蒸发分离室和加热室厚度设计......................................................................................................................................20 7 课程设计心得 (18)
8 参考文献 (19)
符号说明
)
./(///)./(2
2
C m W K m h s
m g f h kg F h kg D m D m
d C kg kJ c m
b ?--------?--总传热系数，高度，重力加速度，校正系数，无因次原料液流量，
加热蒸汽消耗量，直径，加热管的内径，比热容，管壁厚度，
英文字母 C
m
kg X x h
kg W h
kg W m
V s
m V s m m U S ?-?-------温度损失，希腊字母
质量，单位体积冷却水的蒸汽
次
溶质的质量分率，无因质量流量，蒸发量，分离室的体积，流体得体积流量，蒸发体积强度，3
3
3
3
3////)
./(
秒
压力流速，温度，管心距，溶液的温度，传热面积，
气化潜热，总传热量，绝对压力，蒸发系统总效数，管数，
长度，---?--?--------s p s m u C T m t C t m
S kg kJ r W Q Pa p n n m L //2
体积的
蒸汽的最小的最大的液体的冷凝器的下标
焊缝系数，无因次
因次
管材质的校正系数，无
密度，表面张力，粘度，导热系数，热利用系数，无因次-----------?--u v L K m
kg m N s Pa C m W min max //.)./(3
?φρσμλη
1化工原理课程设计任务书
1.1设计题目
NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计。
1.2 设计任务及操作条件
（1）设计任务
）： 10454.54 （kg/h）
处理量（F
料液浓度（X
）： 15% （wt%）质量分率
）： 30% （wt%）质量分率
产品浓度（X
3
（2）操作条件
加料方式：三效并流加料
原料液温度： 15℃
原料液比热容 3.5kJ/(kg.℃)
加热蒸汽压强： 303.9kPa（绝压），冷凝器压强为 21.3kPa（绝压）
各效蒸发器的总传热系数：K1=2000W/（m2.℃），K2=1600W/（m2.℃），K3=760W/（m2.℃）各效蒸发器中液面的高度： 1.5m
各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积相等，并忽略浓缩热与热损失。
（3）设备型式中央循环管式蒸发器
（4）工作日：每年330天，每天24小时连续运行。
1.3 设计内容
（1）设计方案的简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。
（2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。
（3）蒸发器的主要结构尺寸设计
（4）主要辅助设备选型，包括气液分离及蒸气冷凝器等
（5）绘制工艺流程图及蒸发器设计条件图
（6）设计结果汇总
（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论
（8）编写课程设计说明书。
2 前言
2.1概述
2.1.1蒸发及蒸发流程
蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质（如盐类）的溶液沸腾，除去其中被汽化单位部分杂质，使溶液得以浓缩的单元操作过程。
蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较为常见的单元操作。化工生产中蒸发主要用于以下几种目的：
(1)获得浓缩的溶液产品；
(2)将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用以获得固体产品，如烧碱、抗生素、糖等产品；
(3)脱除杂质，获得纯净的溶剂或半成品，如海水淡化。进行蒸发操作的设备叫做蒸发器。
蒸发器内要有足够的加热面积，使溶液受热沸腾。溶液在蒸发器内因各处密度的差异而形成某种循环流动，被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。蒸发器内备有足够的分离空间，以除去汽化的蒸汽夹带的雾沫和液滴，或装有适当形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。
蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称做一次蒸汽，从溶液蒸发出
来的蒸汽叫做而次蒸汽。
2.1.2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气，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）、可以利用低压蒸气作为加热剂；
（3）、有利于对热敏性物料的蒸发；
（4）、操作温度低，热损失较小。
在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气加以利用。因此，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。
2.1.3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气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气压低，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。在加热蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必定小于加热唇溶剂的纯热温差，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气。如何充分利用热量，提高加热蒸气的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。
2.1.4 蒸发设备
蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。
蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。减压操作时还需真空装置。兹分述如下：
由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。对常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：
（1）循环型蒸发器
特点：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于完成液的浓度。操作稳定。此类蒸发器主要有
a.中央循环管式蒸发器，
b.悬筐式蒸发器，
c.外热式蒸发器，
d.列文式蒸发器，
e.强制循环蒸发器。
其中，前四种为自然循环蒸发器。
（2）单程型蒸发器
特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。
优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的 蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。 缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。 此类蒸发器主要有 a.升膜式蒸发器， b.降膜式蒸发器， c.升—降膜式蒸发器， d.刮板式膜式蒸发器。
本次设计采用的是中央循环管式蒸发器 ：
结构和原理：其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。
这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有"标准蒸发器"之称。为使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积，一般为其余加热管总截面积的40%～100%；加热管的高度一般为1～2m ；加热管径多为25～75mm 之间。但实际上，由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.4～0.5m/s 以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其组成始终接近完成液的组成，因而溶液的沸点高、有效温度差减小；设备的清洗和检修也不够方便。
3 蒸发工艺设计计算
1W ，'1T 2W , '2T 3W ,'3T
'1P '2P '3P Ⅰ Ⅱ 2W 3T Ⅲ
1D , 1T 1W 2T
F ,0x ,0t 1x ，1t 2x ，2t 3x ，3t
1T 2T 3T
中央管式循环器
3.1蒸浓液浓度计算
多效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸气（生蒸气）的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和组成，最终完成液的浓组成，加热蒸气的压力和冷凝器中的压力等。
（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（如加热蒸气压强及冷凝器的压强），蒸发器的型式、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）根据经验假设蒸气通过各效的压强降相等，估算个效溶液沸点和有效总温差。 （４）根据蒸发器的焓（热量）衡算，求各效的蒸发量和传热速率。
（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，则应根据各效传热面积相等的原则重新分配有效温度差，重复步骤（3)至（5），直到所求得各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。
（二）蒸发器的设计计算 总蒸发量: W =F (1-
3
0x
x )=10454.54 (1-15/30)=5227.27
因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设 W 1:W 2:W 3=1:1.1:1.2 W=W 1+W 2+W 3=3.3W 1 W 1=5227.27/3.3=1584.02h kg
42.17421.112==W W kg/h
W 3=1.2W 1=1900.82h kg X 1=1
0W F Fx -=
02
.158454.1045415.054.10454-?=0.177
X 2 =
2
10
W W F Fx --=
42
.174202.158454.1045415
.054.10454--?=0.220
X 3=0.30
3.2估计各效溶液的温度和有效总温度差
设各效间压力降相等，则总压力差为
KPa P P P K 6..2823.219.303'
1=-=-=?∑ 各效间平均压力差为KPa
p p i 2.943
=?∑=
?
式中 ?P i ---各效加热蒸汽压力与二次蒸气压力之差KPa 1P ----第一次加热蒸气的压力KPa
P K
'
----末效冷凝器中的二次蒸气的压力KPa
由各效间平均压力差可求得各效蒸发室的压力，即
KPa p p p i 7.2092.949.3031'
1=-=?-= KPa p p p i 5.1152.9429.30321'
2=?-=?-= KPa p p k 3.21'
'
3==
由各效的二次蒸汽压力，从手册中可查得相应的二次蒸汽的温度和汽化潜热列于下表中：
效数 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
二次蒸汽压力KPa P i
,'
209.7 115.5 21.3 二次蒸汽温度,'i T ℃ （即下一效加热蒸汽温） 121.3 100.9 60.9 二次蒸汽的汽化潜热kg kJ r i ,' （即下一效加热蒸汽的汽化潜热）
2201.1
2256.8
2352.1
3.2.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失?'
蒸发操作常常在加压或减压下进行，从手册中很难直接查到非常压下的溶液沸点。所以用以下方法估算由于溶液沸点而一起的温差损失：a f ?=?'' 式中 t
T f '
2
')
273(0162.0+=
a ?'
-- 常压下(101.3kPa)由于溶质引起的沸点升高，即溶液的沸点与水的沸点的差值，常压下水的沸点为100℃
查表得 常压下不同质量分数的NaOH 沸点 如下表：
质量分数kg/l
18.0% 22% 30.0% 沸点℃
106.5 109 116.2 则各效由于溶液蒸汽压下降所引起的温差损失为：
44
.7)1005.106(1
.2201)
2733.121(0162.02
'
'1
=-?+?=
?=?a f
()03
.91001098
.2256)
2739.100(0162.02
'
'2
=-?+?=
?=?a f
()92
.161002.1161
.2352)
2739.60(0162.02
'
'3
=-?+?=
?=?a f
39
.3392.1603.944.7'3'2'1'=++=?+?+?=?∑
?∑'
--- 由于溶液的蒸汽压下降而引起的沸点升高（温度差损失），℃； 3.2.2 有效总温差和各效料液的温度 经查表303.9 kPa 下饱和蒸汽温度为=a T 133.7℃，气化潜热为=1r 2166.9kg K J / 9.60=K T ℃
由于不考虑液柱静压和流动阻力对沸点的影响，所以有效传热总温差为 41.3939.339.607.133)(''=--=?∑--=?∑T T t k s ℃
各效料液温度为74.12844.73.1211'
11=+=?+=T t ℃
93.10903.99.1002'22=+=?+=T t ℃
82.7792.169.603'
3
3=+=?+=T t ℃ 式中 t ?∑-----有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃
T s -----303.9 kPa 下饱和蒸汽温度，℃
T K '
-----冷凝器操作压力下二次蒸气的饱和温度，℃
3.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算
由于忽略溶液的浓缩热，所以热利用系数1=η 第i 效的热量衡算式为
式中 i D ------第i 效的加热蒸汽量，kg kJ /
i r ------ 第效i 加热蒸气的汽化潜热，kg kJ /(.℃) r '------第i 效二次蒸气的汽化潜热，
kg kJ /(.℃)
p c -----------原料液的比热kg kJ /，
pw
c ---------水的比热容，kg kJ /
i t ，1i t ---------分别为第i 效及第i-1效溶液的温度，℃
由相关手册查得
5.315.0-1*
187.4==）（po c kJ/(kg ·℃﹚ pw c =4.187kJ/(kg ·℃﹚
对于加热蒸气消耗量，可列出各效焓衡算式并与式W =W i ∑联解而求得。 第Ⅰ效的热量衡算式为
???
?
????----+=--r t t c W c W Fc
r r
D W i
i i pw
i pw p i i i i
'
1110
)...('
45459
.829844.01.220174.1287.1335.310454.541.22019.216611'1100'1111+=??
?
???-?
?+=??????-+=D D r t t Fc r r
D W p ① 第Ⅱ效的热量衡算式为
9781
.3049405.08.225693.10974.128)187.45.354.10454(8.22561.2201)
(111
'
22110
'2
212+=??????-?-?+=??
?
???--+=W W W r t t c W Fc
r r
W W pw p ② 5253
.49905715.09023.01.235282.7793.109)187.4187.45.354.10454(1.23528
.2256)(12212'332210'3
323+-=??????-?--?+=?
?????---+=W W W W W r t t c W c W Fc r r
W W pw pw p ③ 27.5227321=++W W W
联立 ①②③④ 计算得 h kg W /19.15161= h kg W /79.17332= h kg W /27.19773= h kg D /46.14561=
.4蒸发器传热面积的估算
任一效的传热速率方程为 i i i i t S K Q ?=
式中 i Q ---第i 效的传热速率，W i K ----第i 效的传热系数，W/（m 2, ℃）
i t ?---第i 效的传热温度差，℃ S i-------第i 效的传热面积，m 2
传热面积 1111t K Q S ?= 222
2t K Q S ?= 3
333t K Q S ?=
W r D Q 6
31111088.03600/109.216646.1456?=??== 96.474.1287.133111=-=-=?t T t ℃
m t K Q S 261
11137.8896
.420001088.0=??=
?=
W r W Q 1095.03600/108.225619.151663'212?=??==
37.1193.1093.1212'
1222=-=-=-=?t T t T t ℃
m t K Q S 262
22225.5237
.11160010275.1=??=
?=
W r W Q 1013.13600/101.235279.173363'
3
23?=??== 08.2382.779.1003'2333=-=-=-=?t T t T t ℃
m t K Q S 263
33358.6408
.2376010467.1=??=
?=
误差为408.037
.8825.5211max
min =-
=-S S ，误差较大。应调整各效的有效温差，重复上述过程。
5有效温差的再分配与试差计算 3.3.5.1重新分配各效的有效温度差
m t
t S t S t S S 23
3221102.6441
.3908
.2358.6437.1125.5296.437.88=?+?+?=
?∑?+?+?=
重新分配
有效温差得，
85.696.402
.6437.8811'1=?=??=
?t S S t ℃ 28.937.1102.6425.5222'2=?=??=
?t S S t ℃ 28.2308.2302
.6458.6433'3=?=
??=
?t S S t ℃
3.5.2重复上述计算步骤
3.5.2.1由所求各效蒸汽量求各效溶液浓度
175.019
.151654.1045415.054.10454101
=-?=-=W F x F X 218.079.173319.151654.1045415
.054.10454210
2=--?=
--=
W W F x F X
30.03=X
3.5.2.2计算各效料液的温度
因末效完成液浓度和二次蒸汽压力均不变，温差损失可视为恒定，估末效溶液的温度仍为63.92℃，即 82.773=t ℃
则第Ⅲ效加热蒸汽的温度（即为第Ⅱ效二次蒸汽温度）为
1.10128.238
2.77'33'
23=+=?+==t t T T ℃ 在此 温度下汽化潜热kg kJ r /6.2255'2= 用公式 a f ?'=?' 再次对料液温度进行估算
05.9)100109(6
.22552731.1010162.0273'0162.0)
()
(2
'
'2
22
2=-?+?=
?+?=
?a r
T ，℃
15.11005.91.101'
2'
22=+=?+=T t ℃
则43.11928.915.110'22'
1=+=?+=t t T ℃ 在此温度下汽化潜热kg kJ r /2236'
1
= 25.7)1005.106(2236
)
27343.119(0162.0)
273(0162.02
'
'1
'
12
'
1=-?+?=
?+?=
?a r
T ℃
68.12625.743.119'
1'11=+=?+=T t ℃
由于不考虑液柱静压和流动阻力对沸点的影响，且溶液温差损失变化不大，故有效总温差不变，即41.39=?∑t ℃
温度差重新分配后各效温度情况列于下表
效次
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ 加热蒸汽温度，℃ 7.1331=T
43.119'
1=T
1.101'
2=T
有效温度差，℃ 85.6'1=?t
28.9'2=?t
28.23'3=?t
料液温度，℃
68.1261=t 15.1102=t 82.773=t
3.5.2.3各效的热量衡算
68.126'1=T ℃ kg kJ r /2236'
1=
1.101'2=T ℃ kg kJ r /6.2255'
2= .960'3=T ℃ kg kJ r /2352'
3=
由于忽略溶液的浓缩热，所以1=η 第Ⅰ效
8783.1149691.0223668.1267.1335.302.54.1045422369.216611'1100'1111+=??????-??+=??????-+=D D r t t Fc r r
D W p ①
第Ⅱ效
2250.2689913.06.225515.11068.126)187.45.354.10454(6.22552236)(111
'
22110
'2
212
+=??????-?-?+=???
?
????--+=W W W r t t c W Fc r r
W W pw
p ② 第Ⅲ效
9691
.50205756.09012.0235282.7715.110)187.4187.45.354.10454(23526
.2255)(12212'332210'3
323+-=??????---?+=?
?????---+=W W W W W r t t c W c W Fc r r
W W pw pw p ③ 27.5227321=++W W W ④
联立 ①②③④ 计算得 h kg W /74.15211=
h kg W /46.17302= h kg W /07.19753= h kg D /72.14511=
与第一次计算结果比较，其相对误差为
0037.074.152119.15161=- 025.046.173079.17731=- 0011.007
.197527.19771=-
计算误差均在0.05以下，故各效蒸发量的计算结果合理。其各效溶液浓度五明显变化，不需重新计算。
3.5.2.4计算各效传热面积
W r D Q 10874.03600/109.216672.14516
3111?=??==
02.768.1267.133111=-=-=?t T t ℃ m t K Q S 261
11124.6202
.7200010874.0=??=
?=
W r W Q 109534.03600/106.225574.152163'212?=??==
28.915.11043.1192'
1222=-=-=-=?t T t T t ℃
m t K Q S 262
22221.6428
.91600109535.0=??=
?=
W r W Q 10131.13600/10235246.173063'
323?=??==
28.2382.771.1013'2333=-=-=-=?t T t T t ℃
m t K Q S 263
33390.6328
.2376010131.1=??=
?=
误差为031.021
.6424.6211max
min =-
=-
S S ＜0.05，迭代计算合理，取平均传热面积S=63.45m 2
3.6计算结果列表
效次 Ⅰ
Ⅱ Ⅲ 冷凝器 加热蒸汽温度T i ，℃ 133.7 119.437 101.1 60.01 操作压力P i '， KPa 209.7 115.5 20 21.3 溶液温度t i ，℃
126.68 110.15 77.82 完成液浓度X i ，00 17.5 21.8 30 蒸发量W i ，
h kg
1521.74 1730.46
1975.07
蒸汽消耗量D ，
h kg 1451.72 传热面积S i ，
m
2
63.45
63.45
63.45
4 蒸发器工艺尺寸计算
蒸发器的主要结构尺寸（以下均以第一效为计算对象）
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
蒸发器的加热管通常选用φ25×2.5mm ，φ38×2.5mm ，57×3.5mm 等几种规格的无缝钢管。考虑蒸发器的处理量较小，所以选φ38×2.5mm 规格。
加热管的长度一般为0.6—2.0m ，但也有选用2m 以上的管子。管子长度的选择应根据溶液结垢后的难以程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑，易结垢和易起泡沫溶液 的蒸发易选用短管。根据我们的设计任务和溶液性质，我们选用以下的管子。 可根据经验我们选取：L=2m ，φ38×2.5mm
可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n '
'
=)1.0(0-L d S π=280)1.02(038.045.63=-??π（根)
式中 S ----蒸发器的传热面积m 2，由前面的工艺计算决定
d 0----加热管外径m L ---加热管长度m
因加热管固定在管板上，考虑管板厚度所占据的传热面积，则计算n '时的管长应用（L —0.1）m 。
4.1.2循环管的选择
循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减小的原则考虑的。我们选用的中央循环管式蒸发器的循环管截面积可取加热管总截面积的40%--100%。加热管的总截面积可按n '计算。循环管内径以1D 表示，则
d n
D i 2'
00
021
4
)100
~40
(4
π
π
?=
所以 mm d n D i 495332808.0)0.1~4.0('1≈??=
?=
蒸发器加热面积较小，取80%。查标准钢管规格表：
选取管子为：选取管子为 φ530×10mm 循环管管长与加热管管长相同为2m
按上式计算出的1D 后应从管规格表中选取管径相近的标准管，只要n 和n '相差不大，循环管的规格可一次确定。循环管的管长与加热管相等，循环管的表面积不计入传热面积中。
4.1.3加热室直径及加热管数目的确定
加热室的内径取决于加热管和循环管的规格、数目及在管板能够的排列方式。
加热管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圆排列。根据我们的数据表加以比较我们选用三角形排列式。
管心距t 为相邻两管中心线之间的距离，t 一般为加热管外径的1.25～1.5倍。 确定加热室内径和加热管数的具体做法是：先计算管束中心线上管数n c ，管子安正三角形排列时，c n =n ?
1.1；其中n 为总加热管数。
初步估计加热室内径b n t D c i '2)1(+-=,式中d b 0')5.1~1(=。
然后由容器公称直径系列，试选一个内径作为加热室内径并以该内径和循环管外径作同心圆，在同心圆的环隙中，按加热管的排列方式和管心距作图。所画的管数n 必须大于初值n '，若不满足，应另选一设备内径，重新作图，直至合适。
由于加热管的外径为d 0=38mm ，可取管心距为t=48mm ；
以三角形排列计算192801.11.1=?
=?
=n n c ，d d b 00'5.1)5.1~1(==，
()()mm b n t D c 9785.138********i =??+-?='+-?=
由i D =1600mm 和1D =530mm 做同心圆
选取加热室壳体内径为1000mm 壁厚为10mm 。
4.1.4分离室直径与高度的确定
分离室的直径与高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度
有关。
分离室体积V 的计算式为：U
W V ρ3600=
式中 V -----分离室的体积，m 3
W -----某效蒸发器的二次蒸汽量，h kg / ρ-----某效蒸发器二次蒸汽密度，m kg 3/
U -----蒸发体积强度，)./(33s m m ，即每立方米分离室体积每秒产生的二次蒸汽量。一般
用允许值为5.1~1.1=U )./(33s m m 。
根据由蒸发器工艺计算中得到的各效二次蒸汽量，再从蒸发体积强度U 的数值范围内选取一个值，即可由上式算出分离室的体积。
一般说来，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也不相同，按上式计算得到的分离室体积也不会相同，通常末效体积最大。为方便起见，各效分离室的尺寸可取一致。分离室体积宜取其中较大者。
确定了分离室的体积，其高度H 与直径D 符合下列关系
H D V 2
4
π=
确定高度与直径应考虑以下原则：
（1）分离室的高度与直径之比2~1/=D H 。对于中央循环管式蒸发器，其分离室高度一般不能小于1.8m ，以保证足够的雾沫分离高度。分离室的直径也不能太小，否则二次蒸汽流速过大，导致雾沫夹带现象严重。
(2)在条件允许的情况下，分离室的直径尽量与加热室相同，这样可使结构简单，制造方便。 （3）高度和直径都适于施工现场的安放。 现取分离室中1.1=U )./(33s m m 各效二次蒸汽温度查得各效蒸汽密度为:
ρ1=1.166kg/m 3
，ρ2=0.616kg/m 3
，ρ3=0.136kg/m 3
各效蒸汽量分别为：
W 1=1521.74 kg/h ， W 2=1730.46kg/h ， W 3 =1975.07kg/h 按第三效计算
m U
W
V 333
68.31
.1136.0360007.19753600=??=
=
ρ
确定需考虑的原则：
H :D 1 2 ,H :D 1.5H 1.8
==≥①～取② ③在允许的条件下，分离室直径应尽量与加热室相同。
则由H D V 2
4
π
=
得m H 2.2=
分离室高为m H 2.2=，直径m D 5.1=
4.2接管尺寸的确定
流体进出口的内径按下式计算u
V
d s
π4=
式中 V S -----流体的体积流量，s m /3
u ------流体的适宜流速，s m /
估算出内径后，应从管规格表格中选用相近的标准管。
各效中水的密度如下表：
效数 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
溶液温度（水的温度）t i ,℃
126.68 110.15 77.82
完成 X i ，00
17.5
21.8
30
水
的
密
度
ρi 水,m kg 3/
937.5
950.9
973.1
由以下公式计算溶液密度
X
X F F F
V
F V
F i
i
i
i i -=
-=
≈
=
1/)(ρρρ水水水
各效蒸发器中溶液的平均密度：
4.113617
5.015
.9371=-=ρm kg 3/
0.1216218.019
.9502=-=
ρm kg 3/ 1.139030
.011
.9733=-=
ρm kg 3/ 4.2.1溶液进出口
对于并流加料的三效蒸发，第一效溶液流量最大，若各效设备尺寸一致的话，根据第一效溶液流量确定接管。取流体的流速u 为0.8s m /；
s m F
V S /1056.24
.1136360054.104543
31
-?=?=
=
ρ
mm m u V
d s
64064.08
.01056.2443
==???=
=
-ππ
所以取ф70×3.5mm 规格管。
4.2.2加热蒸汽进口与二次蒸汽出口
各效结构尺寸一致二次蒸汽体积流量应取各效中较大者。取u =30，按第三效计算：
=
=
u V
d s
π4414mm
m 414.030
14.3136.03600
07.19754==??÷?
所以取ф500X10mm 规格管。
4.2.3冷凝水出口
冷凝水的排出一般属于液体自然流动，接管直径应由各效加热蒸气消耗量较大者确定。按第三效计算 水的密度948，取u =0.15
=
=
u
V
d s
π4mm 2.96m 0692.015
.014.31.973360007.19754==??÷?
所以取ф85X 3.5mm 规格管。
5 蒸发装置的辅助设备
5.1气液分离器
蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到初步的分离，但是为了防止损失有用的产品或防止污染冷凝液，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，故气液分离器或除沫器。其类型很多，我们选择惯性式除沫器，其工作原理是利用带有液滴的二次蒸汽在突然改变运动方向时，液滴因惯性作用而与蒸汽分离。
在惯性式分离器的主要尺寸可按下列关系确定：
10D D =
2:5.1:1::321=D D D 3D H =
15.0~4.0D h =
式中： 0D --------二次蒸汽的管径，m
1D --------除沫器内管的直径，m
2D --------除沫器外罩管的直径，m
3D --------除沫器外壳的直径，m
H ---------除沫器的总高度，m
h ---------除沫器内管顶部与器顶的距离，m
=
0D =
u
V
s
π430
14.3136.0360007.19754??÷?=0.414m=414m 1D =414 mm 2D =621 mm 3D =828 mm H=828 mm h =0.5×1D =207 mm
选取二次蒸汽流出管：ф500X10mm 除沫器内管ф500X10mm 除沫器外罩壳ф70X10mm 除沫器外壳：ф1000X14mm
5.2蒸汽冷凝器
蒸汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝。当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或会严重地污染冷却水时，应采用间壁式冷却器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝器。二次蒸汽与冷凝水直接接触进行热交换，其冷凝效果好，被广乏采用。 现采用多孔板式蒸汽冷凝器 5.2.1冷却水量V
L
根据冷凝器入口蒸汽压强和冷却水进口温度，可由图表版式蒸汽冷凝器的性能曲线查得。由冷凝器进口蒸汽压力21.3Kpa 和冷却水进口温度25℃可查得1m 3
冷却水可冷却的蒸汽量X=52.7m kg 3/，则
-----冷却水量h m /3
；
V
W -----所需冷凝的蒸汽量，h kg /
与实际数据相比，由图4-13计算的V L 值偏低，故设计时取X W V v L /25.1~2.1）（= h m x W V V L /02.572.170
.5291.25032.13
=?=
?=
h m V L /02.573=
5.2.2冷凝器直径D
由计算可知,进入冷凝器的二次蒸汽的体积流量可计算得到冷凝器的直径D
V L W V x
=
m u
V
D s
507.020
14.3136.03600407.19754=??÷?=
=
π 取D=620 mm
5.2.3 淋水板的设计
(1)淋水板数： D ＞500mm, 淋水板取9块
(2)淋水板间距： D ＞500mm ，L L n n )7.0~6.0(1=+，m L 15.0≥末
又 L 0=D+(0.15~0.3)m 取L 0=0.62 +0.2=0.82m 。
L 1=0.65×L 0=0.65×0.82=0.54m L 2=0.65×L 1=0.35m L 3=0.65×L 2=0.23 m ＞0.15m 所以取 L 0=0.82m L 1=0.54m L 2=0.35 L 3=0.23m
(3)弓型淋水板的宽度：最上面一块B '=（0.8~0.9）D ，m:；其他各淋水板B=D/2+0.05 m 所以62.09.0~62.08.0'??=B ，取B '=0.53m ，其余取B =0.62/2+0.05=0.36m 。 (4)淋水板堰高h ： D=620m m ＞500mm, 取 h=60mm (5)淋水孔径： 冷却水循环使用, 取d=10mm (6)淋水孔数： 淋水孔冷却水流速gh u 20η?
=
式中 η－水孔的阻力系数，取η=0.95～0.98
?－水流收缩系数，取?=0.80～0.82
h －淋水板堰高，m
s m gh u /83.010601.89280.095.0230=????
?==-η?
64.24283
.001.04
14.3360002
.574
3600
20
2
=???
==
u d V
n L
π
取整243=n
考虑到长期操作易堵,最上层板的实际淋水孔数应加大10%~15%
则16.27212.1243)121(001=?=+?=n N 取整为273个 其他各板孔数应加大005，为15.255)51(27900=+?=n 取整为256个
6 主要设备强度计算及校核
筒体厚度计算公式设计厚度C P
D P t
i d 2][2+-=
φσδ
公式中
P －设计压力，MPa φ－焊缝系数，
D i －筒体内径，mm ][σt
－材料的许用应力，MPa
压力实验选用水压试验,公式为)(9.02)
(2.0σσδδσS e
e i T T D P ≤+=
式中
δe －容器的有效厚度，mm φ－圆筒焊缝系数
P T －试验时容器承受压力，MPa σS －设计温度下屈服极限，MPa C 2－腐蚀裕量，mm
6.1蒸发分离室和加热室厚度设计
壳体材料选用Q235-B 钢,查表得设计温度下 113][=σt
M P a σS =235Mpa
P=1.1P W =1.1?273.33KPa=0.301MPa
计算厚度 mm 57.1301
.085.011321000301.0=-???=
δ
设计厚度 mm C 57.2157.157.12d =+=+=δ
名义厚度 mm d n 48.057.28.0=++=++=圆整量圆整量δδ 校核
有效厚度 mm C C n e 2.28.01421=--=--=δδ 水压试验强度 =T P 1.25P=1.25×0.301=0.37625Mpa []M p a M D P T T 5.2112350.9pa 83.10085
.02.222.2100037625.02e e i =?<=??+?=
+=
）
（φ
δδδ
所以强度符合
按标准管当，R i =1000mm 时，δ取10mm 符合要求 封头选用标准椭圆型封头,则厚度
mm mm C C P
D P t
i
d 40.218.037625
.05.085.011321000
37625.05.0][221<=++?-???=
++-=
φσδ
为焊接方便，取封头厚度和筒体厚度相等，即:10mm
计算结果一览表：
循环管 L=2m φ530×10mm 加热管 L=2m n=280 φ38×2.5mm 加热室 t=48mm φ1000×10mm 分离室
V=3.68m 3
D=1.5m H=2.2m
化工原理课程设计–––––三效蒸发器的设计 南通大学化学化工学院 轻化工程073
目录 符号说明 (2) 第一节概述 (3) 一、蒸发及蒸发流程 (3) 二、蒸发操作的分类 (3) 三、蒸发操作的特点 (3) 四、蒸发设备 (3) 五、蒸发器选型 (4) 第二节蒸发装置设计任务 (4) 一、设计题目 (4) 二、设计任务及操作条件 (4) 第三节三效蒸发器得工艺计算 (5) 一、估计各效蒸发量和完成液浓度 (5) 二、估计各效溶液的沸点和有效总温差 (6) （一）各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失?/ (7) （二）各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失'' ? (7) （三）流体阻力产生压降所引起的温度差损失''' ? (8) （四）各效料夜的温度和有效总温差 (8) 三、加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 (8) 四、蒸发器的传热面积的估算 (9) 五、有效温差的再分 配 (10) 六、重复上述计算步骤 (10)
（一）计算各效溶液浓 度 (10) （二）计算各效溶液沸点 ··································· (10) （三）各效焓衡算 ······································· (11) （四）蒸发器传热面积的计算 ·································· ·····12 七、计算结 果·························································12 第四节 蒸发器的主要结构尺寸计算 一、加热管的选择和管数的初步估 计 (12) 二、循环管的选 择 (13) 三、加热室直径及加热管数目的确 定 (13) 四、分离室直径与高度的确 定 (13) 五、接管尺寸的确 定 (14) (一)溶液的进出口 ···································· (14) （二）加热蒸气进口与二次蒸汽出口 (14) （三）冷凝水出口 ·································· (14) 第五节 蒸发装置的辅助设备 (14) 一、气液分离 器 (14) 二、蒸汽冷凝 器 (15) （ 一）冷却水量 l V (15) （二） 冷凝器的直径 ··································· (16) （三）淋水板的设计 (16) 第六节 主要设备强度计算及校核 (17) 一、蒸发分离室厚度设计 (17) 二、加热室厚度校 核 (18)
三效减压强制循环蒸发设备 操 作 说 明 书
目录 一、设备简介....................................................................... - 3 - 二、设备工艺介绍 ............................................................... - 6 - 三、操作规程....................................................................... - 8 - 四、故障分析..................................................................... - 13 - 附图： 工艺流程图
1、设备生产厂家：陕西长城长食品工业有限公司 2、设备名称：三效卧式强制循环蒸发器 3、设备型号：SWQZ-Ⅲ-1500型 4、设备参数
6、设备特性简介 （1）加热室 各效加热室均采用卧式安装，管程均进行分段排布，总体物料流向为混流（有效的降低了强制循环泵所需的流量扬程从需降低了泵的功率）。各效效体上部均装有不凝汽管路，不凝汽管口装置节流垫片，可调节各效真空度与温度，这样可有效的保证各效真空度与温度达到技术参数表所标数据。各效均装置冷凝水管口。 （2）分离器 各效分离器上均装置真空表、温度计与灯孔视镜，时时观测各效真空、温度与物料蒸发状态；各效下部出料口均装置防旋装置。（3）预热器 预热器为列管式预热器，卧式安装。预热器热源利用各效加热室与物料换热产生的二次蒸汽，可有效的节省了蒸汽耗量，提高了热源的利用率；预热器因安装于三效分离器与冷凝器之间，在预热物料的同时对二次蒸汽进行冷凝，降低了冷凝器的负担并降低了冷却用水量。 （4）冷凝器 冷凝器为间接表面接触式冷凝器，卧式安装。以温度相对较低的冷却水在冷却管内冷却在管外的流动可凝气体，冷凝后的冷凝水下降至冷凝器底部后，用冷凝水泵抽出，不存在与冷却水的混合，杜绝了二次污染。
化工原理课程设计
字符说明 ........................................................................................................................................................... - 2 - 第一节概述 ............................................................................................................................................... - 3 - 一．蒸发及蒸发流程 ............................................................................................................................... - 3 - 二．蒸发操作的分类 ............................................................................................................................... - 3 - 三．蒸发操作的特点 ............................................................................................................................... - 3 - 四、蒸发设备 ........................................................................................................................................... - 4 - 五、蒸发器选型 ....................................................................................................................................... - 4 - 第二节蒸发装置设计任务.............................................................................................................................. - 5 - 一、设计题目 ........................................................................................................................................... - 5 - 二、设计任务及操作条件........................................................................................................................ - 5 - 第三节三效蒸发器得工艺计算.................................................................................................................... - 5 - 一、估计各效蒸发量和完成液浓度........................................................................................................ - 5 - 二、估计各效溶液的沸点和有效总温差................................................................................................ - 6 - 三加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算.......................................................................................... - 8 - 四、蒸发器的传热面积的估算................................................................................................................ - 9 - 五、有效温差的再分配.......................................................................................................................... - 10 - 六、重复上述计算步骤.......................................................................................................................... - 10 - 七、计算结果 ......................................................................................................................................... - 12 - 第四节蒸发器的主要结构尺寸计算.................................................................................................... - 12 - 一、加热管的选择和管数的初步估计.................................................................................................. - 12 - 二、循环管的选择 ................................................................................................................................. - 12 - 三、加热室直径及加热管数目的确定.................................................................................................. - 13 - 四、分离室直径与高度的确定.............................................................................................................. - 13 - 五、接管尺寸的确定 ............................................................................................................................. - 14 - 第五节蒸发装置的辅助设备.................................................................................................................. - 15 - 一、气液分离器 ..................................................................................................................................... - 15 - 二、蒸汽冷凝器 ..................................................................................................................................... - 15 - 三淋水板的设计 ................................................................................................................................... - 16 - 【参考文献】 ......................................................................................................................................... - 17 -
三效蒸发器安全操作规程 一开车： 1、首先开启循环水，各个水泵的冷却水（进料泵、出料泵、一效循环泵、 二效循环泵、三效循环泵、冷凝水泵、真空泵）, 检查冷却水出水口是否有冷凝水流出，在冷却水未开启前，禁止开启设备。 2、打开进料泵的回流阀，开启进料泵，物料经预热后进入一级分离器，进 到指定位置时，开启一效循环泵，保证进二效分离器、三效分离器的阀门在开启状态，向二效、三效分离器进料，当各个分离器内物料的液位保持平衡后，开启二效、三效强制循环泵。 3、开启真空泵，三效分离器负压到0.09-0.095Mpa 时，开启蒸汽主阀门，然 后开启冷凝水泵，缓慢的使一效蒸发器升温至75-85℃。 4、系统运行时，要经常查看各效的温度表、真空表。若三效分离器温度偏 低时，应调小循环水量，温度偏高时应加大循环水量，使三效分离器温度始终保持在45-55℃。 5、一效加热时，负压不得低于0.01Mpa ，低于0.01Mpa 时，调小蒸汽阀门。 若低于0.00Mpa ，会出现设备超压。 6、废液经三效浓缩后，检查出料口的浓度，看透视镜，若出现结晶体说明 已达标，即可打开出料阀，通过出料泵输送至结晶罐。进料时要及时打开结晶罐搅拌。 7、
设备出现故障时，必须先关闭蒸汽总阀，再处理故障。 8、三效浓缩蒸发器不允许段料操作。若段料后，必须停止使用设备。 二停车： 1、停车前，首先关闭主蒸汽阀，然后关闭分气阀，打开蒸发分气缸底部排 气阀。 2、等每效的温度降至35-45℃后，关闭所有的泵。 3、停机后将一效、二效、三效蒸发器、分离器内的物料排净。 4、物料排净后，依次按照进料程序加入自来水，开启循环泵，清洗设备， 然后放净，防止设备内部结垢。
中南民族大学 化工专业课程设计 学院：化学与材料科学学院 专业：化学工程与工艺年级：2011级题目:KNO3水溶液三效蒸发工艺设计 学生姓名：888 学号：888888 指导教师姓名：888 职称: 教授 2014年12 月29 日
化工专业课程设计任务书 设计题目：KNO 水溶液三效蒸发工艺设计 3 设计条件： 1.年处理能力为7.92×104 t/a KNO3水溶液； 2.设备型式中央循环管式蒸发器； 3.KNO3水溶液的原料液浓度为8%，完成液浓度为48%，原料液温度为20℃，比热容为3.5kJ/(kg. ℃)； 4.加热蒸汽压力为400kPa（绝压），冷凝器压力为20kPa(绝压)； 5.各效加热蒸汽的总传热系数：K1=2000W/（m2?℃）；K2=1000W/（m2?℃）；K3=500W/（m2?℃）； 6.各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。各效传热面积相等，并忽略浓缩热和热损失，不计静压效应和流体阻力对沸点的影响； 7.每年按300天计，每天24小时运行； 设计任务： 1.设计方案简介：对确定的工艺流程进行简要论述。 2.蒸发器和换热器的工艺计算：确定蒸发器、换热器的传热面积。 3.蒸发器的主要结构尺寸设计。 4.主要辅助设备选型，包括气液分离器及换热器等。 5.绘制KNO3水溶液三效蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图、。 姓名： 班级：化学工程与工艺专业 学号： 指导教师签字：
目录 1 概述 (1) 1.1 蒸发简介 (1) 1.2 蒸发操作的分类 (1) 1.3 蒸发操作的特点 (4) 1.4蒸发设备 (4) 2设计条件及设计方案说明 (5) 2.1设计方案的确定以及蒸发器选型 (5) 2.2工艺流程简介 (6) 3. 物性数据及相关计算 (7) 3.1蒸发器设计计算 (7) 3.1.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (8) 3.1.2 估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差 (8) 3.1.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (10) 3.1.4蒸发器传热面积的估算 (12) 3.1.5有效温度的再分配 (12) 3.1.6重复上述计算步骤 (13) 3.1.7计算结果 (16) 3.1.8蒸发器设备计算和说明 (17) 3.1.9 辅助设备的选择 (19) 3.2换热器设计计算 (23) 3.3管道管径的计算 (24) 4对本设计的自我评述 (24)
三效蒸发器操作规程 1. 工艺要求1.1 产出合格的水；1.2 达到废液浓缩要求；1.3 做好液体平衡工作，控制处理量、接收量、排放量平衡；2．岗位任务接收精冶工段、化验室废水，利用炉前岗位蒸汽热能，通过本岗位设备，将废液中水利用蒸发冷凝分离出回用，浓缩后废液再处理的工艺。3. 开、停车程序及注意事项3.1 开车前准备3.1.1 确认在试水过程中出现问题的设备均已检修完毕，通知公用工程准备开车；检查所有放空、放净、取样、冲洗阀门均处于关闭状态。3.1. 2. 协调前工段操作人员准备向本工段进料。 3.1.3. 检查一次水已经供至车间，各用水点排气完毕，水质无明显的铁锈及杂物。3.1. 4.打开各泵的机械密封冷却水的阀门，机械密封不能在无冷却液的情况下运转。3.1. 5.检查循环冷却水供水压力(0.4MPaG)，打开间接冷凝器进口管线CWS01阀门和出口管线CWR01阀门，并调整阀门开度，检查循环冷却水上水压力(PG05)、温度(TG05)及回水温度(TG06)仪表示参数是否准确。3.2 上料3.2.1 打开原料泵入口阀，启动原料泵，打开泵出口阀并调节阀门的开度，关闭上料管线旁通PL0102上的阀门，并将冷凝水预热器进料口和出料口处于全开状态，缓慢开启原料流量计上游阀门至全开，然后用流量计下游的阀门调节流量，开始向蒸发系统进液。输送液经过冷凝水预热器进入一效加热室(E02)，并开启上料管线PL04、PL05和PL06的阀门分别向二效加热器和三效加热器进液。3.2.2 当一效分离室(V02)内液位达到中视镜时，开启一效轴流泵进行强制循环。然后打开一效出料管线PL11过料阀，向二效分离室进料。3.2.3.当二效分离室液位达到中视镜时，关闭上料管线PL07的阀门，开启二效轴流泵(P04)进行强制循环。然后打开二效出料管线PL15的过料阀，向三效分离室进料。 3.2. 4.当三效分离室液位达到中视镜时，关闭上料管线进PL17上的阀门，开启三效轴流泵进行效强制循环。3.2.5通过调整上料阀门，及各效的过料阀门的开度，使各效分离室的液位维持在工艺指标。3.2.6须要注意：在正常蒸发过程中，冷凝水预热器进料口和出料口阀门处于关闭状态，上料管线PL04上的阀门处于打开状态时，必须关闭冷凝水预热器冷凝水进、出口阀，打开冷凝水管线旁通上的阀门。防止冷凝水预热器管内积液过热损坏设备。 4 .开启真空系统4.1. 开启真空泵工作液管线RW06上的阀门；4.2.关闭真空泵(P07)进气管
NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计设计单位： 设计者： 设计日期：
设计任务书 一、设计题目 NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件 1.处理能力 2.5×104吨/年NaOH水溶液 2.设备形式蒸发器 3.操作条件 a．NaOH水溶液的原料液浓度为10%(wt) ，温度为35℃，用预热器加热至第一效沸点温度，再送进蒸发器；完成液浓度为40%(wt)。 b．加热蒸汽压强为500kPa（绝压），末效为真空，压力为15.5kPa（绝压）。 c．各效传热系数分别为： K1=3000 W/(m2·℃) K2=1500 W/(m2·℃) K3= 750W/(m2·℃) d．各效蒸发器中的液面高度：1.5-2.5m。 e．各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积相等，并忽略热损失。
f．每年按330天计，每天24小时连续运行。 三、设计项目 1.设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 2.蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 3.蒸发器的主要结构尺寸设计。 4.主要辅助设备选型，包括预热器、汽液分离器及蒸汽冷凝器。 5.绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器总装配图。 目录 1.概述 (1) 1.1蒸发操作的特点 (1) 1.2蒸发设备及蒸发器 (5) 1.3三效蒸发工艺流程 (10) 2.工艺计算及主体结构计算 (11) 2.1三效蒸发工艺计算 (11) (11) (13)
2.2蒸发器主要结构计算 (23) 3.蒸发装置辅助设备选型 (30) 4.探索使用Aspen Plus设计蒸发器方法 (33) 5.后记 (35)
目录 第一章前言 (2) §1.1 概述 (2) §1.1.1蒸发及蒸发流程 (2) §1.1.2 蒸发操作的分类 (2) §1.1.3 蒸发操作的特点 (2) §1.1.4蒸发设备—蒸发器 (3) §1.1.5蒸发设备的要求 (3) §1.1.6 蒸发设备的选型 (4) 第二章蒸发器装置设计任务 (4) §2.1设计题目 (4) §2.2设计任务及操作条件 (4) §2.3设备型号 (5) 第三章蒸发工艺设计计算 (5) §3.1各效蒸发量和完成液浓度的计算 (5) §3.2各效溶液沸点和有效温度差的确定 (6) §3.2.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失?' (7) §3.2.2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失 (7) §3.2.3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失 (8) §3.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 (8) §3.4蒸发器的传热面积 (10) §3.5有效温差的再分配 (10) §3.5.1重新分配各效的有效温度差 (10) §35.2重复上述计算步骤 (11) §3.6计算结果列表 (13) 第四章蒸发器工艺尺寸计算 (13) §4.1加热管的选择和管数的初步估计 (13) §4.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 (13) §4.1.2 循环管的选择 (14) §3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定 (14) §4.1.4 分离室直径与高度的确定 (14) §4.2 接管尺寸的确定 (15) §4.2.1 溶液进出 (15) §4.2.2 加热蒸气进口与二次蒸汽出口 (16) §4.2.3 冷凝水出口 (16) 第五章蒸发装置的辅助设备 (16) §5.1气液分离器 (16) §5.2蒸汽冷凝器 (16) §5.2.1 冷却水量 (17) §5.2.2 计算冷凝器的直径 (17) §5.2.3 淋水板的设计 (17) §5.3泵的选型 (17) §5.3.1离心泵的选择 (17)
*************有限公司 三效蒸发结晶装置 操作说明书 一、安全事项 警告： 1.本装置电气控制柜内部严禁进水或受潮。 2.操作人员必须严格按照本公司所提供的操作说明操作。 3.操作人员必须具备基本的电气常识和机械常识，并经过培训考核合格后才能操作。 4.严禁在无介质的状态下运转本装置。 5.严禁在介质蒸发干后，继续运转。 6.操作人员在操作之前应该注意到本装置的警示标志。 7.本装置安装有报警装置，一旦发现异常，立刻按照程序处理。 安全注意事项 1.请牢记停止开关的位置，以便出现异常时可以立即停机； 2.无论进行何种保养，检查，调整，请务必关闭机台及主开关； 3.停电时请关闭主电源开关。 安全标志 1.在机台上必要的地方张贴防止事故的警告等的安全标志，并请务必遵守标志中显 示的注意事项； 2.请勿剥除机台上所附的警告等安全标志，若标志丢失或因污损等原因使其无法辩 认时，请与本公司联系并设法替换。 二、设备基本组成 详见三效蒸发装置竣工图（PID图）。
三、操作说明 开车前的检查、准备工作： 1.操作人员必须事先经过培训后才能操作该设备，并遵循操作说明书的要求； 2.检查设备各法兰，阀门，管道有没有漏气，漏水的现象； 3.检查各泵的油位是否充足，应在二分之一处； 4.启动密封水泵，保证各泵有充足的冷却密封水供应； 5.提前确认相关连接部分，蒸汽系统、冷却水系统、配电室等，蒸汽、电、冷却水、 原水正常情况下开车； 6.开机前确保主电源正常，设备电源在接通状态。所有阀门在设定的开关状态，仪 表正常工作； 7.开机前确认浓缩装置原水池液位，浓缩装置物料槽在高液位时可以进行处理。如 不在设定液位时，需要处理，必须随时掌握处理进度； 8.本设备实现自动化，执行一键开机运行，设备按设置程序自动运行。 自动时，执行以下操作： 1.首次启动时需要往真空泵补水，。若真空泵之前有运行过，则无需再次补水。 此操作只需打开手动补水阀，补水完成请关闭手动补水阀。 2.真空泵的冷却是通过真空泵内循环的水循环冷却，系统启动首先启动冷却水循环 泵，开机前请检查确定冷却塔循环泵选择开关却换到自动状态，打开冷却水管路 手动阀。 3.真空泵确认正常后，触摸屏的选择开关切换到自动状态。 4.进料泵为一备一用，启动前确认进料手动阀是否打开，触摸屏的选择开关切换到 自动状态，根据原液槽和一效分离器的液位许可，两个液位都许可时，自动启动。 5.一效进料电动阀是进料泵的出口电动阀，一效进料阀选择开关切换到自动状态后， 进料泵才可以切换到自动状态。二效、三效进料阀选择开关切换到自动状态后，在分离器液位为L以下时自动打开，补充物料到H液位。 6.强制循环泵是密闭循环泵，密封需要自来水冷却，机封冷却水电磁阀控制冷却自 来水，机封冷却水电磁阀选择开关切换到自动状态，确认完冷却水电磁阀后，强 制循环泵选择开关切换到自动状态。 7.一效出料泵也是密封循环泵，机封需要自来水冷却。系统启动后一直启动状态，
*************有限公司三效蒸发结晶装置 操作说明书 第1页共9页
一、安全事项 警告： 1.本装置电气控制柜内部严禁进水或受潮。 2.操作人员必须严格按照本公司所提供的操作说明操作。 3.操作人员必须具备基本的电气常识和机械常识，并经过培训考核合格后才能操作。 4.严禁在无介质的状态下运转本装置。 5.严禁在介质蒸发干后，继续运转。 6.操作人员在操作之前应该注意到本装置的警示标志。 7.本装置安装有报警装置，一旦发现异常，立刻按照程序处理。 安全注意事项 1.请牢记停止开关的位置，以便出现异常时可以立即停机； 2.无论进行何种保养，检查，调整，请务必关闭机台及主开关； 3.停电时请关闭主电源开关。 安全标志 1.在机台上必要的地方张贴防止事故的警告等的安全标志，并请务必遵守标志中显示的注 意事项； 2.请勿剥除机台上所附的警告等安全标志，若标志丢失或因污损等原因使其无法辩认时， 请与本公司联系并设法替换。 二、设备基本组成 详见三效蒸发装置竣工图（PID图）。 三、操作说明 开车前的检查、准备工作：
1.操作人员必须事先经过培训后才能操作该设备，并遵循操作说明书的要求； 2.检查设备各法兰，阀门，管道有没有漏气，漏水的现象； 3.检查各泵的油位是否充足，应在二分之一处； 4.启动密封水泵，保证各泵有充足的冷却密封水供应； 5.提前确认相关连接部分，蒸汽系统、冷却水系统、配电室等，蒸汽、电、冷却水、原水 正常情况下开车； 6.开机前确保主电源正常，设备电源在接通状态。所有阀门在设定的开关状态，仪表正常 工作； 7.开机前确认浓缩装置原水池液位，浓缩装置物料槽在高液位时可以进行处理。如不在设 定液位时，需要处理，必须随时掌握处理进度； 8.本设备实现自动化，执行一键开机运行，设备按设置程序自动运行。 自动时，执行以下操作： 1.首次启动时需要往真空泵补水，。若真空泵之前有运行过，则无需再次补水。 此操作只需打开手动补水阀，补水完成请关闭手动补水阀。 2.真空泵的冷却是通过真空泵内循环的水循环冷却，系统启动首先启动冷却水循环泵，开 机前请检查确定冷却塔循环泵选择开关却换到自动状态，打开冷却水管路手动阀。 3.真空泵确认正常后，触摸屏的选择开关切换到自动状态。 4.进料泵为一备一用，启动前确认进料手动阀是否打开，触摸屏的选择开关切换到自动状 态，根据原液槽和一效分离器的液位许可，两个液位都许可时，自动启动。 5.一效进料电动阀是进料泵的出口电动阀，一效进料阀选择开关切换到自动状态后，进料 泵才可以切换到自动状态。二效、三效进料阀选择开关切换到自动状态后，在分离器液位为L以下时自动打开，补充物料到H液位。 6.强制循环泵是密闭循环泵，密封需要自来水冷却，机封冷却水电磁阀控制冷却自来水，
三效并流蒸发器的设计：处理量（㎏/h ）4500，初始温度为20℃，初始浓度5%，完成液浓度为40%，加热蒸汽压强为5at(绝压)，末效真空度为600mmHg(表压)，试计算所需的蒸发器的传热面积。 解： 1、 计算总蒸发量： W=F(1-X 0/X 3=4500(1-0.05/0.40)=3937.5㎏/h 2、 估算各效蒸发量： 假设：W 1:W 2:W 3=1:1.1:1.2 W=W 1+W 2+W 3=3.3W 1=3937.5 W 1=1193㎏/h W 2=1312㎏/h W 3=1432㎏/h 3、 估算各效浓度： X 1= 1 W -F X F ?=(4500×0.05)/(4500-1193)=0.068 X 2=4500×0.05/(4500-1193-1312)=0.113 X 3=0.4 4、 分配各效压强 假设各效间压降相等 P 1=5×98.07+101.33=592KPa P K =101.33-600×133.32×10-3 =21KPa ΔP=(592-21)/3=571/3=190KPa 则各效蒸发室的压强（二次蒸汽压强）为： P 1/ =P 1-ΔP=592-190=402KPa P 2/=P 1-2ΔP=592-2×190=212KPa P 3/ =P K =21KPa 由各效二次蒸汽压强查水蒸汽表可得相应的二次蒸汽温度和气化潜热如下表： 5、 计算各效传热温度差损失 （一）、由于蒸汽压下降引起的温度差损失Δ/ 根据二次蒸汽温度和各效完成液的浓度，由氢氧化钠的杜林线图可查的各效溶液的沸点分别为： 沸点：t a1=146℃ t a2=125℃ t a3=87℃ 由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失为： Δ1/ =146-143.6=2.4℃ Δ2/ =125-121.9=3.1℃ Δ3/ =87-60.7=26.3℃ ∑?/ =2.4+3.1+26.3=31.8℃ (二)、由于静压强引起的温度差损失
三效蒸发器操作说明书 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
*************有限公司 三效蒸发结晶装置 操作说明书 一、安全事项 警告： 1.本装置电气控制柜内部严禁进水或受潮。 2.操作人员必须严格按照本公司所提供的操作说明操作。 3.操作人员必须具备基本的电气常识和机械常识，并经过培训考核合格后才能操作。 4.严禁在无介质的状态下运转本装置。 5.严禁在介质蒸发干后，继续运转。 6.操作人员在操作之前应该注意到本装置的警示标志。 7.本装置安装有报警装置，一旦发现异常，立刻按照程序处理。 安全注意事项 1.请牢记停止开关的位置，以便出现异常时可以立即停机； 2.无论进行何种保养，检查，调整，请务必关闭机台及主开关； 3.停电时请关闭主电源开关。 安全标志 1.在机台上必要的地方张贴防止事故的警告等的安全标志，并请务必遵守标志中显示的注 意事项； 2.请勿剥除机台上所附的警告等安全标志，若标志丢失或因污损等原因使其无法辩认时， 请与本公司联系并设法替换。
二、设备基本组成 详见三效蒸发装置竣工图（PID图）。 三、操作说明 开车前的检查、准备工作： 1.操作人员必须事先经过培训后才能操作该设备，并遵循操作说明书的要求； 2.检查设备各法兰，阀门，管道有没有漏气，漏水的现象； 3.检查各泵的油位是否充足，应在二分之一处； 4.启动密封水泵，保证各泵有充足的冷却密封水供应； 5.提前确认相关连接部分，蒸汽系统、冷却水系统、配电室等，蒸汽、电、冷却水、原水 正常情况下开车； 6.开机前确保主电源正常，设备电源在接通状态。所有阀门在设定的开关状态，仪表正常 工作； 7.开机前确认浓缩装置原水池液位，浓缩装置物料槽在高液位时可以进行处理。如不在设 定液位时，需要处理，必须随时掌握处理进度； 8.本设备实现自动化，执行一键开机运行，设备按设置程序自动运行。 自动时，执行以下操作： 1.首次启动时需要往真空泵补水，。若真空泵之前有运行过，则无需再次补水。 此操作只需打开手动补水阀，补水完成请关闭手动补水阀。 2.真空泵的冷却是通过真空泵内循环的水循环冷却，系统启动首先启动冷却水循环泵，开 机前请检查确定冷却塔循环泵选择开关却换到自动状态，打开冷却水管路手动阀。 3.真空泵确认正常后，触摸屏的选择开关切换到自动状态。 4.进料泵为一备一用，启动前确认进料手动阀是否打开，触摸屏的选择开关切换到自动状 态，根据原液槽和一效分离器的液位许可，两个液位都许可时，自动启动。
三效蒸发器操作说明书 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
*************有限公司三效蒸发结晶装置 操作说明书
一、安全事项 警告： 1.本装置电气控制柜内部严禁进水或受潮。 2.操作人员必须严格按照本公司所提供的操作说明操作。 3.操作人员必须具备基本的电气常识和机械常识，并经过培训考核合格后才能操作。 4.严禁在无介质的状态下运转本装置。 5.严禁在介质蒸发干后，继续运转。 6.操作人员在操作之前应该注意到本装置的警示标志。 7.本装置安装有报警装置，一旦发现异常，立刻按照程序处理。 安全注意事项 1.请牢记停止开关的位置，以便出现异常时可以立即停机； 2.无论进行何种保养，检查，调整，请务必关闭机台及主开关； 3.停电时请关闭主电源开关。 安全标志 1.在机台上必要的地方张贴防止事故的警告等的安全标志，并请务必遵守标志中显示的注 意事项； 2.请勿剥除机台上所附的警告等安全标志，若标志丢失或因污损等原因使其无法辩认时， 请与本公司联系并设法替换。 二、设备基本组成 详见三效蒸发装置竣工图（PID图）。 三、操作说明 开车前的检查、准备工作：
1.操作人员必须事先经过培训后才能操作该设备，并遵循操作说明书的要求； 2.检查设备各法兰，阀门，管道有没有漏气，漏水的现象； 3.检查各泵的油位是否充足，应在二分之一处； 4.启动密封水泵，保证各泵有充足的冷却密封水供应； 5.提前确认相关连接部分，蒸汽系统、冷却水系统、配电室等，蒸汽、电、冷却水、原水 正常情况下开车； 6.开机前确保主电源正常，设备电源在接通状态。所有阀门在设定的开关状态，仪表正常 工作； 7.开机前确认浓缩装置原水池液位，浓缩装置物料槽在高液位时可以进行处理。如不在设 定液位时，需要处理，必须随时掌握处理进度； 8.本设备实现自动化，执行一键开机运行，设备按设置程序自动运行。 自动时，执行以下操作： 1.首次启动时需要往真空泵补水，。若真空泵之前有运行过，则无需再次补水。 此操作只需打开手动补水阀，补水完成请关闭手动补水阀。 2.真空泵的冷却是通过真空泵内循环的水循环冷却，系统启动首先启动冷却水循环泵，开 机前请检查确定冷却塔循环泵选择开关却换到自动状态，打开冷却水管路手动阀。 3.真空泵确认正常后，触摸屏的选择开关切换到自动状态。 4.进料泵为一备一用，启动前确认进料手动阀是否打开，触摸屏的选择开关切换到自动状 态，根据原液槽和一效分离器的液位许可，两个液位都许可时，自动启动。 5.一效进料电动阀是进料泵的出口电动阀，一效进料阀选择开关切换到自动状态后，进料 泵才可以切换到自动状态。二效、三效进料阀选择开关切换到自动状态后，在分离器液位为L以下时自动打开，补充物料到H液位。
NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计 设计单位： 设计者： 设计日期：
设计任务书 一、设计题目 NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件 1.处理能力 2.5×104吨/年NaOH水溶液 2.设备形式蒸发器 3.操作条件 a．N aOH水溶液的原料液浓度为10%(wt)，温度为35℃，用预热器加热至第一效沸点温度，再送进蒸发器；完成液浓度为40%(wt)。 b．加热蒸汽压强为500kPa（绝压），末效为真空，压力为15.5kPa（绝压）。 c．各效传热系数分别为： K1=3000W/(m2·℃) K2=1500W/(m2·℃) K3=750W/(m2·℃) d．各效蒸发器中的液面高度：1.5-2.5m。 e．各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积相等，并忽略热损失。 f．每年按330天计，每天24小时连续运行。 三、设计项目 1.设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 2.蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 3.蒸发器的主要结构尺寸设计。 4.主要辅助设备选型，包括预热器、汽液分离器及蒸汽冷凝器。 5.绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器总装配 图。
目录 1.概述 (1) 1.1蒸发操作的特点 (1) 1.2蒸发设备及蒸发器 (5) 1.3三效蒸发工艺流程 (10) 2.工艺计算及主体结构计算 (11) 2.1三效蒸发工艺计算 (11) 2.1.1三效蒸发器设计流程 (11) 2.1.2设计计算 (13) 2.2蒸发器主要结构计算 (23) 3.蒸发装置辅助设备选型 (30) 4.探索使用Aspen Plus设计蒸发器方法 (33) 5.后记 (35)
内蒙古工业大学课程设计任务书 课程名称：化工原理学院：化工学院班级：化学工程与工艺09-2班 学生姓名：袁海威学号：200920508050 指导教师：张红霞
2009级化工单元操作课程设计任务书一、设计题目 NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件 1.处理能力 3.96×104吨/年NaOH水溶液 2.设备形式中央循环管式蒸发器 3.操作条件 (1) NaOH水溶液的原料液浓度为5%。完成液浓度为25%，原料液温度为第 一效沸点温度，原料液比热为3.7KJ(kg·℃)，各效蒸发器中溶液的平均密度为：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060 kg/m3，ρ3=1239 kg/m3； (2)加热蒸气压强为500kPa（绝压），冷凝器压强为15 kPa（绝压）： (3)各效蒸发器的总传热系数：Ｋ1=1500Ｗ/(m2·℃)，Ｋ2=1000Ｗ/(m2·℃)， Ｋ3=600Ｗ/(m2·℃)； （4）各效蒸发器中页面的高度：1.5m； （5）各效加热蒸气的冷凝液均在饱和温度下下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失； （6）每年按330天计算，每天24小时运行。 三、设计项目 （1）设计方案简单，对确定的工艺流程及蒸发器形式进行简要论述； （2）蒸发器的工艺计算，确定蒸发器的传热面积； （3）蒸发器的主要结构尺寸设计； （4）绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程及蒸发器设备工艺简图； （5）对本设计的评述 1
目录 （一）蒸发器的形式、流程、效数论证.................. （二）工艺计算...................................... （三）蒸发器主要工艺尺寸的设计计算.................. （四）设计感想...................................... （五）设计图纸...................................... 2
The prerequisite for vigorously developing our productivity is that we must be responsible for the safety of our company and our own lives. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 三效蒸发器设备操作规程(通用 版)
三效蒸发器设备操作规程(通用版)导语：建立和健全我们的现代企业制度，是指引我们生产劳动的方向。而大力发展我们生产力的前提，是我们必须对我们企业和我们自己的生命安全负责。可用于实体印刷或电子存档（使用前请详细阅读条款）。 1.1.电气、热工测量及保护装置齐全并正确投入。 1.2.设备外观完整，部件和保温齐全，液位正常，设备本体及周围清洁，无积油、积水、积浆及其他杂物、照明充足、栏杆平台完整。 1.3.各管、池人孔门和排净阀门应严密关闭，溢流管畅通。 1.4.所有阀门开关灵活、无卡涩现象，位置指示正确。 1.5.转机各部、地脚螺栓、联轴器螺栓、保护罩等应连接牢固；转机各部油质正常，油位指示清晰，并在正常油位，检查孔道完好，油杯内润滑油脂充足；转机各部应定期补充合适的润滑油，加油时应防止润滑油中混入颗粒性机械杂质；转机轴承振动不超过允许范围，油温不超过规定值；转机运行时，无撞击、摩擦等异声，电流表指示不超过额定值。 1.电动机电缆头及接线、接地线完好，连接牢固，轴承及电动机测量装置完好并正确投入。 1.检查设备冷却水、冷却风道畅通，冷却水量正常。