蒸发器选型

化工原理课程设计－－－蒸发器设计（二）

默认分类2007-07-20 14:30:43 阅读3037 评论2 字号：大中小订阅

第二章蒸发器工艺计算

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第一节流程图及对设计流程图的说明

1.1 蒸发操作流程的确定

蒸发装置流程是指多效蒸发器中蒸发器的数目及其组合排列方式,物料和蒸汽的流向,以及附属设备的安排等.多效蒸发器的流程根据加热蒸汽与料液的流向不同可以分为并流、逆流、平流及混流四种。

1.1.1 一般情况下，生产中通常用并流。如图2-1所示。并流操作，料液在效间的传输可以利用各效间的压差进行，而不用另外用泵来传输。同时由于效间沸点依次降低，前一效的料液进入后一效时，会因过热而自动发生蒸发。但是并流操作也有自己的缺点。各效的压力差依次减小，温度也依次减小，而料液的浓度依次升高，黏度依次增大，这对料液的传输不利。特别是对于高黏度的料液不宜采用并流方式进料。

1.1.2 逆流流程料液由末效加入，依次用泵送入前一效，随着料液浓度升高温度也越高。依次各效间黏度相差不是太大，传热系数变化也不是很大。逆流加料适合于黏度随浓度变化较大的料液，而不适宜热敏性物料的蒸发。

1.1.3 平流操作适合于有结晶析出的物料,或用于同时浓缩两种以上的水溶液体系.如图2-2所示。

1.1.4混流操作是在各效间兼用并流和逆流的加料方法，其具有并流和逆流的有点，同时克服了他们的缺点，但是操作比较复杂。

鉴于糖汁是热敏性料液，不宜采用逆流；其出效黏度变化也比较小，在并流能满足的情

况下，为了操作简便和经济，设计管路比较繁琐,其操作比较复杂，一般情况也不采用混流。从以上又知道，平流不合适于糖汁的蒸发。所以选择并流比较经济。

1.2. 蒸发效数的确定

采用多效蒸发的目的在于充分利用热能。通过二次蒸汽的再利用，减少蒸汽的消耗量，提高蒸汽的经济性。但是并不代表效数越多越好，其还受到经济和计算因素的限制，因此在确定效数时，应该综合考虑设备费用和操作费用总和最小来确定最合适效数。表2-1表示不同效数蒸发过程的单位蒸汽消耗量，可以借此作为选效参考。

表2-1 不同效数蒸发过程的单位蒸汽消耗量（㎏蒸汽/㎏水）[1]

在蒸发操作中,为保证传热的正常进行,每一效的温差不能小于5~7℃,对于电解质,采用2~3效,对于非电解质,采用4~6效.糖汁溶质属于非电解质,我们采用4效,以利于确保每一效的加热面积相同。

1.3流程图及对设计流程图的说明

1.3.1从以上分析，可以确定蒸发的流程图，并加以对其的说明。流程图如图2-3所示（也可参见附录1）：

1.3.2 该蒸发流程采用四效并流工艺流程，料液和蒸汽从一效进效，每效的出效蒸汽（二效蒸汽）进入下一效继续进行加热蒸发，依次这样进行直到四效，每一效的二次蒸汽根据具体情况进行抽汽，抽汽方案具体见后面分析。出四效的二次蒸汽经冷凝罐冷凝，冷凝液向下排出，不凝性气体直接排空。

第二节蒸发器类型选择

2.1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：

2.1.1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.刮板式蒸发器

2.1.2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。

2.2 蒸发器的选型[1]

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，中间有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。

目前糖厂也大多中央循环管式蒸发器，技术比较成熟。但是这种蒸发器的加热面积较小，随着蒸发罐向大型化的发展，单一的中央循降液管很难保证罐内糖汁的循环，因此在中央循环管蒸发器的基础上，加以改进，发展了一种新型的外循环式蒸发器，其把循环管安装在加热室的外面，加热室的直径比汁汽室的直径稍小，加热室的蒸汽从周边进入，在加热室外壳从上方开有长方形汽隙，外面包以环形蒸汽通道，这样使进入汽鼓的汽汁分布比较均匀。外循环管有两根，其上端与位于加热室顶部外周的集汁环连接。其中一根较低，其下部与分配器相接，分配器有一漏斗与出汁管相连接。在汽鼓中央安装一根直径不是很大的不凝汽管，汽凝水从接近与下管板的四个出水口排除。

外循环管蒸发器的优点：在加热室有限的情况下尽可能增大加热面积，结构紧凑，罐底容积也较小，相对缩小糖汁在罐内的停留时间，糖汁进出口装置合理，入汁不会与出汁混合。因此本次采用我国生产的TWX型外循环蒸发器。

第三节蒸发器工艺计算

蒸发的工艺计算主要是在已知料液流量、温度、浓度及最终完成液的浓度、加热蒸汽压和冷凝器中的压强的前提下，通过计算确定：加热蒸汽消耗量、溶剂蒸发量以及蒸发器传热面积，最后确定出设备尺寸。

蒸发工艺计算基本步骤：

（1）根据生产任务算出总的蒸发水量，然后分配到各效，求出各效的蒸发水量。

（2）由加热蒸汽压强和末效压强，根据溶液的蒸汽压、液柱静压及流动阻力所引起的温度损失，算出总的有效温度差，再根据各效传热面积相等的原则，将总的有效温度差分配致各效，找出蒸发操作的温度条件。

（3）选用各效传热系数的经验值。

（4）按传热速率方程算出各效传热面积。

3.1估算各效溶液的沸点和有效温度差

进入第一效蒸发器加热蒸汽压力为1.5atm（绝压），第四效的二次蒸汽压力为0.14atm （绝压）。以下全部化为绝压进行计算，即：

根据一般经验，各效压差分配有一个比值，如表2-2所示：