合肥工业大学化工原理课程设计说明书Word文档格式.docx
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内
容
一、具体工艺参数如下：
原料加料量F＝5859.375kg/h。
料液：
原料液：
＝10％（质量分数），20℃进料。
完成液=40％。
蒸发器热损失为本效加热蒸汽供热的3％。
末效真空度：
0.8atm。
冷却水温度：
进口20℃，出口40℃。
二、工艺操作条件：
间接蒸汽加热，压力为0.4MPa（表压）。
当地大气压：
760mmHg。
三、主要内容：
1、设计方案的选择及流程说明
2、工艺计算
先预估各效蒸发量，再预估各效由于温度差损失而造成的沸点升高，从而获得各效溶液沸点，接下来初步计算加热蒸汽消耗量及各效蒸发水量。
下一步计算总传热系数K，再计算传热面积S，若不符合要求需再次进行温度差分配。
3、主要设备工艺尺寸设计
（1）加热管管长及管径，管数。
（2）中央循环管管径。
（3）加热室直径和分离室直径。
（4）接管尺寸（料液进出口，加热蒸汽进口与二次蒸汽出口，冷凝水出口接管）
4、设计结果汇总
5、工艺流程图及一效蒸发器总装图
指
导
教
师
评
语
建议：
从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。
签名：
2011年月日
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4t%溶液浓缩至%，采用中央循环管式。
我们计算所得面积为40.3；
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57无缝钢管,管长2m；
中央循环管选用；
加热管数目为162根；
分离室直径、高度；
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：
Evaporationoperationisthewaythatheatingthesolutionwhichcontainingnon-volatilesolutetoboil,separatingthevolatilesolvent.Thepurposeistogainpartialvaporizationconcentratingto40%,wechoosetheevaporatorwithcentralcirculationdowncomer.
Wecalculatedthearea40.3.Thedesignedtechnicalandprocessparametersareasfollowing.HeatingTube:
adoptingtrianglepermutation,steeltubeof
57,length2m,thenumberis162;
Theevaporatorwithcentralcirculationdowncomer:
steeltubeof.SeparationChamber:
diameter1.15m,height2.3m.Thediameterofthecondenserfor429.3mm.Watersprayplateloadedtake4pieces.
Keywords:
Evaporation,centralcirculationdowncomer,triple-effectforwardevaporationsystem.
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；
（4）操作温度低，热损失较小。
在加压蒸发中，所得到的二次蒸汽温度较高，可作为下一效的加热蒸汽加以利用。
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。
1.3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汽，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，和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器。
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.刮板式蒸发器
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，其循环速度一般在0.4～0.5m/s以下；
蒸发器内溶液浓度始终接近完成液浓度；
清洗和维修也不够方便。
1.4蒸发流程示意图
第二章.蒸发工艺设计计算
2.1完成液浓度计算
总蒸发量：
因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设
2.2各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差
设各效间压力降相等，则总压力差为
各效间的平均压力差为
由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，即
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气化潜热列于下表中。
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