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化工原理课程设计三效蒸发一、引言蒸发是化工过程中常用的分离技术之一，广泛应用于化工工艺中的浓缩、提纯、结晶等过程。
三效蒸发是一种高效的蒸发方式，通过多级蒸发器的串联，能够实现能量的充分利用，提高产品质量和能源利用效率。
本文将对化工原理课程设计中的三效蒸发进行详细介绍。
二、三效蒸发的原理三效蒸发是指通过三个级别的蒸发器进行连续蒸发，每个级别的蒸发器都能够利用前一级别的蒸汽来提供热量，从而实现能量的充分回收。
三效蒸发的原理可以概括为以下几个步骤：1. 一效蒸发：将待浓缩溶液进入一效蒸发器，通过加热使其部分蒸发，产生蒸汽。
蒸汽在一效蒸发器中冷凝，释放出的热量用于加热待浓缩溶液。
2. 二效蒸发：一效蒸发器中冷凝的蒸汽进入二效蒸发器，再次进行蒸发。
二效蒸发器中的待浓缩溶液通过加热蒸发，产生更高质量的蒸汽。
二效蒸发器中冷凝的蒸汽同样用于加热待浓缩溶液。
3. 三效蒸发：二效蒸发器中冷凝的蒸汽进入三效蒸发器，进行最后一次蒸发。
三效蒸发器中的待浓缩溶液通过加热蒸发，产生最高质量的蒸汽。
三效蒸发器中冷凝的蒸汽同样用于加热待浓缩溶液。
通过以上步骤，三效蒸发可以实现能量的充分回收，提高能源利用效率。
三、三效蒸发的应用三效蒸发广泛应用于化工工艺中的浓缩、提纯、结晶等过程。
以下是三效蒸发在不同领域的应用案例：1. 食品工业：三效蒸发被用于果汁、乳制品、酱油等食品的浓缩过程。
通过三效蒸发，可以将大量的水分蒸发出去，提高产品的浓缩度和保存期限。
2. 医药工业：三效蒸发被用于制药工艺中的溶剂回收和浓缩。
通过三效蒸发，可以将溶剂回收利用，减少环境污染，并提高产品质量。
3. 石油化工：三效蒸发被用于石油化工过程中的废水处理和溶剂回收。
通过三效蒸发，可以将废水中的溶解物质浓缩，减少废水的排放量，并将溶剂回收利用。
四、三效蒸发的优势和挑战三效蒸发相比传统的单效蒸发具有以下优势：1. 能量回收：通过多级蒸发器的串联，三效蒸发可以实现能量的充分回收，减少能源消耗。
1 概述与设计方案的选择1.1 概述1.1.1 蒸发设备的分类常用蒸发器主要由加热室和分离室两部分构成。
蒸发器的多种结构型式即在于加热室和分离室结构的多样性及其组合方式的变化。
按照蒸发器在溶液中的流动情况，可将蒸发器分为循环型和单程型两大类。
（1）循环型蒸发器：其特点是溶液在蒸发器中作循环流动。
根据引起溶液循环流动原理的不同，又可分为自然循环式和强制循环式两种类别。
显然，强制循环蒸发器式依靠外加动力造成溶液在蒸发器中的循环流动，而自然循环式是依靠溶液在蒸发器中不同部位的密度差引起的自然循环流动。
表1-1 常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇总型式结构特点优点缺点中央循环管式（自然循环式和强制循环式）加热时中央循环管和加热管内溶液受热程度不同，同时因加热管内蒸汽上升的抽吸作用使溶液产生由加热管上升，中央循环管下降的不断流动，从而提高了传热系数，强化了蒸发过程。
在管内安装一旋桨式搅拌器，即构成强制循环式蒸发器。
1.构造简单，操作可靠2.传热效果较好3.投资费用较少1.清洗和检修较麻烦2.溶液循环速度较低（搅拌式可提速2~3倍）3.因溶液的循环使蒸发器中溶液的组成总是接近于完成液组成，溶液沸点升高明显，传热温差减小，粘度较大，影响传热效果悬框式加热室像个悬框挂在蒸发器壳体内的下部，溶液沿加热室与壳体形成的环隙下降，沿加热管上升，不断循环流动1.循环速度较前者大2.蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾溶液，热损失少1.结构较复杂2.单位传热面积用金属量最多3.便与检修和更换4.适用于蒸发易结垢或有晶体析出的液体列文式在加热管上部附加一段直管，由于其静压抑制了加热管中溶液的沸腾，减少了结垢的可能性，在直管上部装有立式隔板，使沸腾产生的气泡受到限制，与液体形成均匀混合物上升，这样循环管中的汽液混合物之间产生较大的密度差和推动力，故循环速度增大1.可避免在加热管中析出晶体，减轻加热管表面上污垢的形成2.传热效果较好3.适用于处理有结晶析出的溶液1.设备高达，消耗金属材料多，需要高大厂房2.液柱静压引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽压力较大3.必须保持在较大温差下操作强制循环式溶液的的循环借助外力作用，如用泵迫使溶液想一定方向流动1.传热系数较自然循环式蒸发器大2.适用于高粘度、易结垢、易结晶的溶液3.加热蒸汽与溶液之间的温度差较小时(3~5)，仍可进行操作动力消耗大，单位传热面积耗费功率达0.4~0.82/k mw浸没燃烧式高温烟道气直接通入待蒸发溶液中，使溶液沸腾汽化1.结构简单2.传热速率快，效率高，适用于易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液1.二次蒸汽难以再利用2.不适用于热敏性或不能被烟道气污染的物料（2）单程型蒸发器单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，一次通过加热室即可达到所要求的组成。
三效蒸发装置课程设计目录一、化工原理课程设计任务书 (3)二、蒸发器的形式、流程、效数论证 (4)三、蒸发器工艺设计计算 (5)四、蒸发器工艺尺寸计算 (13)五、蒸发装置的辅助设备 (19)六、课程设计心得 (21)一、化工原理课程设计任务书一、设计题目NaOH水溶液蒸发装置的设计二、设计任务及操作条件1、设计任务处理量: 24000 (kg/h)(6000，7200，24000)料液浓度: 10.6 (wt%)(4.7,，10.6%，)质量分率产品浓度: 23.7 (wt%)(23.7%，30%)质量分率加热蒸汽温度 158.1 (?)(151，158.1)末效冷凝器的温度 59.6 (?)(49，59.6) 2、操作条件加料方式: 三效并流加料原料液温度: 第一效沸点温度33各效蒸发器中溶液的平均密度:ρ=1014kg/m，ρ=1060kg/m，ρ123=1239kg/m 3加热蒸汽压强: 500kPa(绝压) ，冷凝器压强为 20 kPa(绝压)22各效蒸发器的总传热系数:K=1500W/(m?K)，K=1000W/(m?K)，K=600W/123 2(m?K)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，并忽略热损失。
3、设备型式中央循环管式蒸发器4、厂址四川绵阳5、工作日:每年300天，每天24小时连续运行。
三、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7、设计结果汇总8、对设计过程的评述和有关问题的讨论9、编写课程设计说明书。
二、蒸发器的形式、流程、效数论证 1.蒸发器的形式:中央循环管式2(蒸发器的流程:三效并流加料3.效数论证:在工业中常用的加热方式有直接加热和间接加热。
第一章蒸发方案的确定1.1 加热蒸汽压的确定蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。
通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度，从节能观点出发，应充分利用二次蒸汽作为后续蒸发过程或者其他加热用的热源，因此采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽是有利的，但通常所用饱和蒸汽温度不超过180℃，超过时相应的压强，这将增加加热的设备费用和操作费用。
所以加热蒸汽压强在400-800℃范围之内。
故选择加热蒸汽压强500kPa(绝)。
1.2 冷凝器操作压强的确定若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效可采用常压或加压蒸发，此时末效产生的二次蒸汽具有较高温度，可以全部利用。
而且各效操作温度高时，溶液粘度低，传热效果好。
若一效加热蒸汽压强低，末效应采用真空操作，此时各效二次蒸汽温度低，进入冷凝器冷凝需消耗大量冷却水，而且溶液粘度大，传热差。
故冷凝器操作压强为20kPa（绝）。
1.3 蒸发器的类型蒸发器有很多类型，在结构和操作上必须有利于蒸发过程的进行，选型时考虑一下原则：1.尽量保证蒸发过程具有较大的传热系数，满足生产工艺过程的要求；2.生产能力大，能完善分离液沫，尽量减缓传热壁面上污垢的形成；3.结构简单，操作维修和清洗方便，造价低，使用寿命长；4.能适应所蒸发物料的一些特殊工艺特性根据以上原则选择中央循环管式蒸发器，其加热室由垂直的加热管束构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管，其截面积为加热管束总截面积的40%-100%。
当壳程的管间通入蒸汽加热时，因加热管（细管）内单位体积的受热面积大于中央循环管（粗管）内液体的受热面积，因此粗、细管内液体形成密度差，加之加热细管内蒸汽的抽吸作用，从而使得溶液在中央循环管下降、在加热管内上升的连续自然流动。
溶液在粗细管内的密度差越大，管子越长，循环速度越大。
主要的是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。
且这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，因此选择中央循环管式蒸发器。
【最新整理，下载后即可编辑】化工原理课程设计《蒸发》单元操作设计任务书班级 姓名一、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： 15000 kg/h NaOH 水溶液2、物料条件NaOH 水溶液的原料液（初始）浓度：X 0= 12 %(w) ； 浓缩（完成）液浓度： Xn= 38 %(w) ； 加料温度： 沸点 。
（原料液温度为第一效沸点温度）3、操作条件加热蒸汽压强： 500 kPa冷凝器压强： 16 kPa各效蒸发器的总传热系数：K 1=1600W/（m 2·℃)，K 2=1000W/（m 2·℃)，K 3=600W/（m 2·℃)。
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。
各效蒸发器中料液液面高度为：1.5m 。
每年按300天计，每天24小时连续运行。
厂址：宁波地区。
三、设备型式蒸发器： 中央循环管式蒸汽冷凝器：水喷射式冷凝器四、设计项目(说明书格式)1、封面、任务书、目录。
2、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。
3、蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。
4、蒸发器的主要结构尺寸设计。
5、主要辅助设备选型：物料泵、蒸汽冷凝器及气液分离器（除沫器）等选型。
6、绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。
7、对本设计进行评述。
8、参考文献成绩评定指导教师目录1 设计方案简介 (1)1.1 设计方案论证 (1)1.2 蒸发器简介 (1)2 设计任务 (3)2.1 估算各效蒸发量和完成液浓度 (3)2.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差 (3)2.2.1 各效由于溶液沸点而引起的温度差损失 (4)2.2.2 由于液柱静压力而引起的沸点升高（温度差损失）42.2.3 由流动阻力而引起的温度差损失 (5)2.2.4 各效料液的温度和有效总温差 (5)2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (6)2.4 蒸发器传热面积的估算 (7)2.5 有效温差的再分配 (7)2.6 重复上述计算步骤 (8)2.6.1 计算各效料液浓度 (8)2.6.2 计算各效料液的温度 (8)2.6.3 各效的热量衡算 (9)2.6.4 蒸发器传热面积的计算 (10)2.7 计算结果列表 (11)3 蒸发器的主要结构尺寸的计算 (12)3.1 加热管的选择和管数的初步估算 (12)3.2 循环管的选择 (12)3.3 加热室直径及加热管数目的确定 (12)3.4 分离室直径和高度的确定 (12)3.5 接管尺寸的确定 (13)3.5.1 热蒸汽进口，二次蒸气出口，其中Vs 为流体的体积流量 (13)3.5.2 溶液进出口，因为第一效的流量最大，所以取其为计算量 (13)3.5.3 冷凝水出口 (13)4 蒸发装置的辅助设备的选用计算 (15)4.1 气液分离器 (15)4.1.1 本设计采用的是惯性式除沫器，其主要作用是为了防止损失有用的产品或防止污染冷凝液体。
蒸发器课程设计[6页].doc蒸发器主体为加热室和分离室，蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径及高度；加热管的规格、长度及在花板上的排列方式、连接管的尺寸。
这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。
3.1加热管的选择和管数的初步估计3.1.1管子长度的选择根据溶液结垢的难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑。
本次设计选用外循环式蒸发器，国产外循环式蒸发器蒸发器的管长一般从2560到3000mm不等，具体参考《糖汁加热与蒸发》[1]第139页表6-1，再根据糖汁的黏度情况，选择加热管以及板管型号如下表3-1所示：管子规格(mm)管间距离(mm)管长(mm)15CrMoR型管板后度(mm)φ42×354300030因加热管固定在管板上，管板选择考虑到管板厚所占有的传热面积，以及因焊接所需要每端留出的剩余长度，则计算理论管子数n时的管长实际可以按以下公式计算：L=(L0-0.1)m=3-0.1=2.9 m前面已经计算求得各效面积A取500m2n= = =1307加热管的排布方式按正三角形排列，查《常用化工单元设备设计》[3]第163页表4-6，知道当管数为1303时，排布为a=19层，1307与1303相差不大，在这可以取19层进行计算。
其中排列在六角形内管数为=1027根，其余排列在弓形面积内，如果按标准间距即管间距离54mm排列，则有四根管排不下，四根管的总面积为：A3=3.1415926×0.042×2.9×3=1.53 m2鉴于前面已经取1.11的安全系数，如果现在取1303根管，则总面积为：=500-1.53=498.47 安全系数为 K= =1.108在安全系数范围内，所以可以不要三根管，取1303根。
3.1.2加热壳体的直径计算D=t(b-1)+2eD-----壳体直径，m；t------管间距，m；b-----沿直径方向排列的管子数目；e-----外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取e=(1.0～1.5)d0,在此取1.5。
化工原理课程设计三效蒸发在化工领域中，蒸发是一种常见的分离技术。
而三效蒸发是一种高效的蒸发方式，它在提高产能的同时，降低了能耗，具有很大的应用潜力。
本文将介绍三效蒸发的原理、设计和优势。
一、原理三效蒸发是利用多级蒸发器进行连续蒸发的过程。
它由三个蒸发器组成，分别是高效蒸发器、中效蒸发器和低效蒸发器。
其原理是通过将高浓度的溶液从高效蒸发器中的蒸发器底部引入中效蒸发器，再将中效蒸发器中的浓缩液引入低效蒸发器，最终得到浓缩度最高的产物。
二、设计三效蒸发的设计需要考虑多个因素，包括溶液的性质、蒸发器的尺寸和操作条件等。
首先，需要确定溶液的性质，包括溶质的浓度、沸点和热稳定性等。
这些参数将影响蒸发器的设计和操作条件的选择。
其次，需要确定蒸发器的尺寸，包括蒸发器的高度、直径和传热面积等。
这些参数将影响蒸发器的产能和能耗。
最后，需要确定蒸发器的操作条件，包括进料流量、蒸发温度和蒸发压力等。
这些参数将影响蒸发器的稳定性和效率。
三、优势相比于传统的单效蒸发，三效蒸发具有以下几个优势。
首先，三效蒸发可以实现连续操作，提高了生产效率。
在传统的单效蒸发中，溶液需要经过多次蒸发才能达到所需浓度，而三效蒸发可以一次完成，节省了时间和能源。
其次，三效蒸发可以降低能耗。
由于三效蒸发中的蒸发器是串联的，低效蒸发器的进料温度较高，可以利用高效蒸发器和中效蒸发器的余热，减少了能源的消耗。
最后，三效蒸发可以提高产品质量。
由于三效蒸发可以在较低的温度下进行，可以减少溶质的热分解和挥发，提高产品的纯度和稳定性。
四、应用三效蒸发在化工领域中有广泛的应用。
它可以用于浓缩溶液、回收溶剂和提取有价值的成分等。
例如，在果汁生产中，三效蒸发可以用于浓缩果汁，提高果汁的浓度和口感。
在制药工业中，三效蒸发可以用于回收溶剂，减少废物的产生。
在化肥生产中，三效蒸发可以用于提取有机成分，提高产品的价值。
总之，三效蒸发是一种高效、节能的蒸发技术。
它通过多级蒸发器的连续操作，实现了溶液的快速浓缩。
化工原理课程设计三效蒸发装置设计班级:高073 （杏）姓名:韩彪_______________指导老师:朱国华化工原理课程设计任务书设计题目：三效标准（外加热）式蒸发器的设计原始数据：1、处理量（kg/h ）: 35002、初始温度（C）: 203、初始浓度（%）:104、完成液浓度（%）：45工艺特点：1、并流操作；2、进料温度；3、抽出额外蒸汽量：E1=0 ；E2=0 ；4、加热蒸汽压强（kg/cm 2绝压） 65、末效真空度（mmHg 表压）620设计内容：1、蒸发器的工艺计算和结构设计2、混合冷凝器的设计或选型3、预热器的设计或选型4、泵的设计或选型设计要求：1、画一张详细（最好带控制点的）工艺流程图2编写一份规范的设计说明书、目录第一章蒸发装置的设计................................... (1 •)…第一节设计方案简介............................................ (• 2 )•第二章工艺流程草图及说明............................. (-4第三章工艺计算及主体结构计算........................... (-5 第一节多效蒸发的工艺计算...................................... (5-)第二节蒸发器的主要结构尺寸计算 ............................... (-14 )第四章蒸发装置的辅助设备............................. (-19 )•第五章主要设备强度计算及校核............................ (-22-)第六章设计一览表及总结................................ (-23 •)•参考文献............................................... (25 •) ••…第一章 蒸发装置的设计希腊字母— 对流传热系数， W/(m 2•$— 温度差损失，C ； — 有限差值； — 误差； — 热损失系数； — 阻力系数； — 导热系数，W/(m 7; — 黏度，Pas;— 密度， kg/ m 3；— 总和；— 系数。
- -目录第一章设计方案的确定31.1 蒸发器的类型与选择31.2 蒸发操作条件的确定11.2.1加热蒸汽压强的确定11.2.2冷凝器操作压强的确定2第二章蒸发工艺的设计计算22.1 蒸发器的设计步骤22.2 各效蒸发量和完成液浓度的估算22.3溶液沸点和有效温度差的确定32.3.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失∆/42.3.2由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失∆''42.3.3由流动阻力而引起的温度差损失∆'''52.3.4各效溶液的沸点和有效总温度差62.4加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算62.5估算蒸发器的传热面积72.6温差的重新分配与试差计算82.6.1重新分配各效的有效温度差82.6.2重复上述计算步骤9第三章蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计143.1 加热管的选择和管束的初步估计143.1.1 循环管直径的选择153.1.2 加热室直径及加热管数目的确定153.1.3分离室直径和高度的确定163.2接管尺寸的确定153.2.1溶液的进出口管153.2.2加热蒸汽与二次蒸汽接管153.2.3冷凝水出口16第四章蒸发装置的辅助设备的设计174.1 气液分离器174.2蒸汽冷凝器主要类型174.3蒸汽冷凝器的设计与选用194.3.1工作水量的计算194.3.2喷射器结构尺寸的计算194.3.3射流长度的决定23第五章设计结果一览表22结束语错误!未定义书签。
主要参考文献错误!未定义书签。
第一章设计方案的确定蒸发是用加热的方法，在沸腾的状态下使溶液中具有挥发性的溶剂部分汽化的单元操作。
蒸发操作广泛用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。
蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。
1.1 蒸发器的类型与选择随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现。
