提高五效装置蒸发效率
张有贵
（上海石油化工股份有限公司腈纶部200540）
摘要：以腈纶事业部五效蒸发装置为实例，通过对其系统的余热利用，提高了系统进料的温度，节约了大量蒸汽；同时，提高了五效装置蒸发能力，使其汽、水比在同等情况下可提高2.4 %。为企业创造了较好的经济效益，也为今后节能工作带来新的启发。
关键词：蒸发、余热利用、换热器、节能。
前言: 腈纶事业部主要能耗为水、电、汽，其中蒸汽约占事业部产品综合能耗的64% ，因此，减少蒸汽的消耗，可大幅降低事业部产品综合能耗。所以，我们重点抓住蒸汽耗量较大的五效蒸发装置（SPC—Ⅲ）设备进行技术改造，提高五效蒸发装置蒸发效率，达到了节能降耗目的。一、利用系统余热提高进料温度可行性探讨
五效蒸发装置（SPC—Ⅲ）是从美国进口的设备，五效蒸发装置的系统工艺流程见下图:
图一五效蒸发装置工艺流程图
其一次加热蒸汽进入一效蒸发器内，通过换热来加热从纺丝装置送来的浓度约12 %的硫氢酸钠（NaSCN）稀溶液，二次蒸汽分别经二效、三效、四效、五效几次加热，其中一至四效的大部分二次蒸汽的蒸发冷凝水送往冷凝水汇集槽，而从第五效排出的蒸发冷凝水，经743#换热后送往污水站；从一效蒸发器内排出的一次蒸汽的冷凝水经7031#换热器后排放。但7031# 换热器出口的
蒸汽冷凝水的温度一般均在100℃至105℃之间，原系统设计中并没有对这部分蒸汽冷凝水的热量进行再利用，而是直接将这部分冷凝水排送到回水泵房。如果我们能将这部分热量充分加以利用，加热进入五效蒸发装置的浓度约12 % 的硫氢酸钠(NaSCN)稀溶液，提高其系统的进料温度，则既可提高五效蒸发装置的蒸发效率，又可节约蒸汽用量降低纤维产品的生产成本。
1、五效蒸发装置系统现状
五效蒸发装置的一次蒸汽冷凝水经7031#换热器热交换后，其温度约为T=100℃左右，最高流量Q MAX = 36 t/hr，压力P = 0.3 MPa，直接进入回水泵房后(见图一中的虚线部分走向)，被送往南装置作水洗水(替代纯水)使用，但因其温度高出南装置所需的水洗温度(55℃)，需加入大量纯水降到适合的温度时才能使用。若能将五效蒸发装置一次蒸汽冷凝水的中热能用来预热进入第四效的硫氢酸钠(NaSCN)稀溶液（系统为错序进料），对于提高五效蒸发效率，节约蒸汽，减少纯水补充量都能产生较好效果。
2、系统余热利用的可行性分析
2.1 系统进料温度的理论计算:
原系统中对热能的综合利用设计时就考虑的比较合理，特别是第五效出口浓度为52%的硫氢酸钠(NaSCN) 浓溶液温度较高，必须降温后才能进入下道工序使用，所以，将温度较低、浓度为12 % 的硫氢酸钠(NaSCN)稀溶液经710#与系统出料浓度为52 % 的浓硫氢酸钠(NaSCN)溶液进行热交换后，进入系统时的温度为38℃至42℃，而另一路进料经743#换热后其出口处的硫氢酸钠稀溶液温度为68℃至73℃，当743#和710#出口稀溶液合并后，T点的温度为61℃至62℃。若利用五效蒸发装置一次蒸汽冷凝水的热能对从710#出来的硫氢酸钠稀溶液再次换热，提高其温度，假设热交换是在绝热情况下进行，则根据热平衡公式计算如下：
Q1 = Q2
C1× J1×ρ1×△T1 = C2 × J2 ×ρ2 ×△T2
= 1× 36 × 1 × ( 100 – T1)
= 0.78 × 50 × 1.06 ×(T1- 42 )
所以 T1 = 69 ℃
Q1：蒸汽冷凝水可释放的热量； Q2：硫氢酸钠稀溶液可吸收的热量
C1：冷凝水比热1 kcal/kg.℃； C2：NaSCN稀溶液比热0.78 kcal/kg.℃
J1：蒸汽冷凝水流量36 m3/h； J2：经过710#的稀溶液流量50 m3/h
ρ1：冷凝水比重1.0 kg/ dm3ρ2：NaSCN稀溶液比重1.06 kg/dm3
若按7031#出口蒸汽冷凝水温度以100℃计算，则理论上可将进入第四效的硫氢酸钠稀溶液的温度可从61℃提高到69℃，即743#、710#出口合并后T点的温度由61℃提高到69℃，净提高8℃。同时，由于系统的进料温度提高了，从而提高五效蒸发速率，也提高了其汽、水比(即蒸发出的水分与所用蒸汽量之比)，达到提高五效装置蒸发效率的效果。
2.2 五效装置蒸发装置余热利用的工艺流程：
因换热需要加装一台板片式换热器，称之为7035A。考虑到710#出口处的NaSCN稀溶液温度比743#出口温度低的多，因此，对710#出口料液加热，其换热效果会更好；另外，7035A安装
在710#与7035#之间，并附设旁通管路，若7035A 有故障需处理，只要隔离7035A ，打开旁通，恢复原运行方式即可。加装7035A 换热器的工艺流程见图一中的实线走向。 2.3 加装7035A 板片式换热器的换热面积计算 按平均温差法计算：
式中： A-换热面积 Q-换热量 ΔΤm -平均温差 K-板片式换热器的经验总传热系数
平均温差法的求解通常采用修正逆流情况下对数平均温差ΔΤ的办法。ΔΤmax
、ΔΤ
min
分别为逆流时端部的最大或最小温差。
= 29 （℃）
K 取值（由表一查得）为：900 （w/m 2.℃）
已知：NaSCN 稀溶液比热为0.78 kcal/kg.℃，比重为1.06 kg/dm 3，710#出口流量50m 3/hr ，进料温度从42℃提高至69℃。
则 ： Q = C 2 × J 2 × ρ2 × △T 2
= 0.78× 50× 1000× 1.06×（69-40） = 1116180 ( Kca/hr) = 1.11618 (百万大卡/hr) 因 1 kcal/hr = 1.163 w 所以：
= 49.74 （m 2
）
所以， 要加装的7035A 板片式换热器的换热面积为50 m 2。 2.4 对可能出现问题的分析、论证
a 、加装7035A 换热器后，进入第四效料液的温度提高了，对一效至五效的热平衡可能带来影响，需要进行工艺调节，因SPC —Ⅲ装置对料液温度、液位、压力（负压）均为系统自动控制，故一旦建立新的平衡后，一效至五效的液位、温度均应能处于受控状态。
b 、进入第四效的料液温度提高后，各效内被蒸发料液的浓度可能会发生变化，因五效BPE （含有可溶固体溶液的沸点升高）因温度受控，所以，一旦新的平衡建立后，各效内料液浓度也应能
m
K Q A ?T ?=
)ln(MIN MAX MIN
MAX ?T -?T ?T -?T =
?T []
)4269()69100(ln )4269()69100(------=
m
K Q
A ?T ?=
29
900163.11011618.16???=
受控，且第五效出料浓度不会受到影响。
c、增加一台板片式换热器后，背压增加0.1MPa，进料泵702#泵（610槽出口处）目前泵压为0.55 MPa，且开启部分回流阀，而702#泵的设计能力可达到0.8 MPa，因此，不会影响系统进料。
经过上述论证，证明了利用五效装置系统蒸汽冷凝水的热能，提高进料温度的方案是完全可行的。
二、项目实施后的效果和效益分析
2.1项目实施后提高了进料温度
加装7035A换热器投入运行后，进入第四效料液的温度长期被控制在 69℃至71℃，最高时达到72℃，即743#、710#出口汇合处T点料掖的温度由61℃提高到69℃至71℃，至少提高了8℃。因已知进入第四效稀溶液流量为150 m3/hr，每吨蒸汽的热值为0.73百万大卡,按进料温度提高8℃计算,实际可节约热能为：
Q = C2 X J2× P2×ΔT2
= 0.78× 150 × 1000 × 1.06 X 8
=992.16 × 1000 kcal/hr
= 0.992（百万大卡/hr）
可节约蒸汽：0.992 / 0.73 = 1.36吨/hr ，则每天可节约蒸汽32.6吨，
折金额为每天节约：32.6 × 73.2 = 2387（元）
全年五效蒸发装置以350天运行计算，则效益为：
2387 X 350 = 83.6 （万元/年）
若按进料温度提高11℃计算，则年经济效益为114.95 万元/年,而本项目的实际投资费用仅为31万元。
2.2 提高了五效蒸发效率
新增加的7035A换热器于2000年11月7日13：43开始投用后，由于进料温度的提高，不但降低了蒸汽消耗量，同时也提高其汽、水比，从而达了到提高五效装置蒸发效率之目的。有关系统改造前后的统计数据（根据DCS记录），见表二。
从上述数据可知，改造项目投运前1至7日的汽水比为 4.51，项目投运后8至14日汽水比为4.62，SPC—Ⅲ装置汽、水比提高2.44 % 。
图二汽水比对比图
2.3减缓了五效装置蒸发效率衰减速率
由于五效蒸发设备随着使用时间的增加，蒸发设备内壁上粘附的低聚物也会逐渐增加，系统的蒸发效率必然会逐步降低。汽、水比将会逐渐减小。根据1999年10月至2000年10月（技术改造前）和2000年11月至2001年11月（技术改造后）的记录数据，五效蒸发装置的汽、水比趋势分别如下图所示：( 图中一至十二为设备使用时间,单位为月)：
图二项目实施前后的汽水比趋势对比图
从图中可以看出，技术改造后，当系统蒸发效率下降时，因系统排放的蒸汽冷凝水（也就是进入7035A的热介质）的温度也会越来越高，因而使通过7035A而进入系统被蒸发的硫氢酸钠（NaSCN）稀溶液的温度也相应提高，所以减缓了系统蒸发效率衰减速率即汽、水比下降速率。
三、结论
1、利用五效蒸发装置的系统余热，将进入系统的物料温度由61℃提高到69℃.经过一年多的运
行，系统运行情况非常好；同时，由于装置的进料温度提高，因而提高了五效蒸发装置的蒸发效率。
2、减缓了系统蒸发效率衰减速率即汽水比下降速率。
3、该技措造项目为同类装置设备提供了降低能耗的极好参考价值。
4、通过对五效蒸发装置余热利用的探讨与实施，我们从中也得到一些启发，即在生产系统中，
有些用能设备包括进口设备，在设计、使用过程中，对于充分进行能源合利用方面的考虑并不一定都很完善。因此，我们要通过不断学习和探索，在进一步提高装置、设备能源利用率方面多下功夫，为企业降本增效多作努力。
5、
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，℃；
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。
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 '∑?
单效蒸发及计算 一.物料衡算(materialbalance) 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 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(energybalance) 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，℃。 将式5-5与5-5a联立消去CB并代入式5-2中，可得 ，再将上式代入式5-3b中，并整理得 （5-6） 由于已假定加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出，则上式中的即为加热蒸汽的冷凝潜热，即 (5-7) 但由于溶液的沸点升高，二次蒸汽的温度与溶液温度t1并不相同（下面还要详细讨论）。但作为近似，可以认为 （5-8） 式中
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)
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 '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'?''?'''
*************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，
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)
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 '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'
单效蒸发过程分析参考文 本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
单效蒸发过程分析参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 一、单效蒸发的流程 如图13—1所示是一套典型的单效蒸发操作装置流 程，左面的设备是用来进行蒸发操作的主体设备蒸发器， 它的下部是由若干加热管组成的加热室1，加热蒸汽在管间 (壳方)被冷凝，它所释放出来的冷凝潜热通过管壁传给被加 热的料液，使溶液沸腾汽化。在沸腾汽化过程中，将不可 避免地要夹带一部分液体，为此，在蒸发器的上部设置了 一个称为分离室2的分离空间，并在其出口处装有除沫装 置，以便将夹带的液体分离开，蒸汽则进入冷凝器4内， 被冷却水冷凝后排出。在加热室管内的溶液中，随着溶剂 的汽化，溶液浓度得到提高，浓缩以后的完成液从蒸发器 的底部出料口排出。
蒸发操作可以在常压、加压或减压下进行，上述流程是采用减压蒸发操作的。减压蒸发是指在低于大气压的条件下进行的蒸发，具有如下优点： ①在加热蒸汽压强相同的情况下，减压蒸发时溶液的沸点低，传热温差可以增大，当传热量一定时，蒸发器的传热面积可以相应地减小； ②可以蒸发不耐高温的溶液； ③可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂； ④操作温度低，损失于外界的热量也相应地减小。 但是，减压蒸发也有一定的缺点，这主要是由于溶液沸点降低，黏度增大，导致总的传热系数下降，同时还要有减压装置，需配置如图中 所示的真空泵、缓冲罐、气液分离器等辅助设备，使基建费用和操作费用相应增加。
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