1、多效蒸发系统设计内容 蒸发设备 多效蒸发系统 蒸发工艺计算模型 主要结构尺寸计算 蒸发系统的辅助设备选型蒸发设备操作特点常见的蒸发是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。蒸发操作特点：沸点升高蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在工作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。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
2、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 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图4-1 蒸发装置示意图1加热室；2加热管；3中央循环管；4蒸发室；5除沫器；6冷凝器162345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
3、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。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。蒸发设备蒸发设备 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（分离室）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。蒸发器分类按溶液在蒸发器中的运动情况：（1）循环型蒸发器特点：溶液在蒸发器中
4、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.刮板式蒸发器多效蒸发加料方式物料与二次蒸汽同方向同方向相继通过各效。由于前效压强较后效高，料液
5、可藉此压强差自动地流向后一效而无须泵送无须泵送。在多效蒸发中，最后一效常处于负压下操作，完成液的温度较低，系统的能量利用较为合理。但对于并流加料，末效末效溶液浓度高、温度低、粘度大，传热条件较劣，往往需要较前几效更大的传更大的传热面积热面积。料液与二次蒸汽流向相反流向相反，各效的浓度和温度对液体粘度的影响大致相抵消，各效的传各效的传热条件大致相同热条件大致相同。逆流加料时溶液在各效之间的流动必须泵送泵送图4-23 平流加料三效蒸发流程二次蒸汽多次利用，但料液每效单独进出料液每效单独进出。此种加料方式对易结晶的物料对易结晶的物料较为适合多效蒸发加料方式图4-25a所示为机械压缩机械压缩，一般可用
6、轴流式或离心式压缩机完成；图4-25b所示为蒸汽动力压缩蒸汽动力压缩，即使用蒸汽喷射泵，以少量高压蒸汽为动力将部分二次蒸汽压缩井混合后一起进入加热室作加热剂用。妥善设计的蒸汽再压缩蒸发器的能量利用率可胜过胜过35效的多效蒸发效的多效蒸发装置装置。此种蒸发器只在启动阶段需要加热蒸汽，故在缺水地区缺水地区、船舶船舶上尤为适用。蒸发系统能量利用多效蒸发的末效末效多处于负压负压操作，二次蒸汽的温位过低而难以再次利用。但是，可以在前几效蒸发器中引出部分二次蒸汽（称为额额外蒸汽外蒸汽）移作它用蒸发系统能量利用排出的冷凝水减压，使减压后的冷凝水因过热产生自蒸发现象。汽化的蒸汽可与二次蒸汽一并进入后一效的加热
7、室，于是，冷凝水的显热显热得以部分地回收利用回收利用。浓缩液热量利用浓缩液热量利用1）预热料液-换热器2）分级减压闪蒸-闪蒸蒸汽补充到相应各效的二次蒸汽系统加以利用，同时使浓缩液继续浓缩，提高排出浓度多效蒸发系统实例蒸发工艺计算模型T0T2x0F0t0IIID0t01T3W3t3T2t2W2T1T1W1t1T2W4t2x3x2x1x4T0III废液闪蒸进料预热尾气冷凝冷却器tl2tl1t5闪蒸III效凝液闪蒸II效凝液闪蒸T3D3T3D2T3T31、系统物料恒算0001231()F xFWWW x000232()F xFWW x00033()F xFW x00012344()F xFWWWW
8、xI效：II效：III效：闪蒸1：2、系统热量恒算023121 10 0()()FWWhhWrD rI效：03232 21 1()()FWhhW rWr00133 3242()()F hhW rWW r0123124 2()()FWWWhHW r1142 3()W HhD r2243 3()W HhD rII效：III效：闪蒸1：闪蒸2：闪蒸3：蒸发工艺计算模型蒸发工艺计算模型饱和水的汽化潜热ir可用多项式进拟合:22466.9049 1.58430.0049iiirTTkJ/kg饱和水的比热容可用多项式进行拟合:9 3527.96 101.56 100.00144.2065wicttt溶液的
9、焓或相同温度下饱和水的焓值估算图形离散化建立方程3、加热器传热面积的计算（传热速率方程）iiiiQAKt0 0111D rK A t1 1222WrK At242333()WW rK AtI效：II效：III效：在蒸发设计时，为了设计和制造的方便，常使各效的传热面积相等，即123AAA对于有效温差的计算，必须考虑温差损失（溶液浓度引起沸点升高、液层静压力对沸点的影响以及2次蒸汽流动压降引起的温差损失），故有效温差的计算方法按1()iiiiiitTT 1）、溶液沸点升高引起的温差损失i用吉辛科法或杜林经验法则，需要查阅手册的图表或通过实验测定也可参考已有工程经验进行估算2）、液层静压引起的温差损
10、失i静压强导致溶液沸点升高，其值即为液层静压引起的温差损失,ii pmi pTT 2mglPP结合溶液沸点-压力关系，可以求出。经验上，一般在13，鉴于第III效溶液密度最小，i也最小，在保证在13 的范围内，第III效最小，其余各效依次增加。01231032FWWWF 0232032FWWF 033032FWF I效：II效：III效：3）、2次蒸汽流动压降引起温差损失i2次蒸汽由前一效流入下一效的过程中，克服阻力造成压强降低，由于压强降低引起的温差损失。通常根据经验，一般为0.51.5，常取1i,i24、气液相温度平衡方程(),1,2,3iiiiitTi 5、求解多效蒸发的参数对于n效蒸发
11、系统设计计算，已知量通常为物料进口量、进料浓度，料液初始温度，生蒸汽的温度（压力），末效蒸汽的温度（压力），出料料液浓度，各效传热系数，联立物料系统恒算方程（n个），系热量恒算方程（4n-2个），气液相温平衡方程（n个），传热速率方程（3n-1个），构成一（9n-3个）非线性方程组，即可求解出多效蒸发的参数。MATLAB工具箱函数求解非线性方程组分2步：先建立待求解的非线性方程组的m函数；然后凭经验设置初始点和选择项options，用函数fslove求解方程组。蒸发器的型式总传热系数K,W/(m2K)标准式（自然循环）6003000标准式（强制循环）12006000悬筐式6003000升膜式1
12、2006000降膜式12003500常用蒸发器传热系数K的经验值主要结构尺寸计算 加热器 固定管板式换热器 分离器分离器设计 类型：立式和卧式分离器设计工作原理分类：重力沉降分离：由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。折流分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。旋流分
13、离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。分离器设计 填料分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡填料表面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。丝网分离：由于气体与液体的微粒大小不同，液体与气体混合一起流动时，如果必须通过丝网，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截而留在丝网上，并在重力的作用下下流至分离器底部排出。微孔过滤分离：由于气体与液体的
14、微粒大小不同，液体与气体混合一起流动时，如果必须通过微孔过滤，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截而留在微孔过滤器上，并在重力的作用下下流至分离器底部排出。分离器设计设计原则设计原则选型要求选型要求分离效果好分离要求比较低的，选择重力沉降分离适应的分离负荷范围非常宽分离要求一般的，选择普通的折流分离（挡板分离）或者普通的离心分离（旋流分离）体积小要求较高的，选择填料分离阻力小要求高的，选择丝网分离工作稳定要求很高的，选择微孔过滤分离分离器设计 结构设计 执行标准：HGT20570.8-95气液分离器设计 分离器中的气速0.5t=LGsGVK浮动（沉降）流速液体密度气体密度系数分离室直径的计算
15、式为0.5max0.0188()GeVDu分离器直径，m气体最大体积流量，m3/h分离器中气体流速，m/setuV分离室高度的计算式为247.1LLV tHD停留时间，min液体体积流量，m3/h液体高度，m分离室入口接管的计算式为分离室出口接管气相出口不小于等于连接管道的直径液相出口流速1m/s分离器简化计算 分离室体积的计算式为 分离室的高度和直径的确定 U3600WV 蒸发体积强度一般允许值为sm/m 1.5 1.133二次蒸汽密度3/kg m为方便起见，各效分离室的尺寸可取一致21 H:D12 2H1.83VD H4（）（）（）二次蒸汽流量，kg/h其他接管u4Vds介质体积流量，3/
16、mh介质流速，m/s蒸发系统的辅助设备选型 气液除沫器 泵 换热器 储罐设计原始资料1 NaOH溶液5000kg/h 初始浓度5%，完成液浓度50%加热蒸汽压力（表压）：1.27MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 范广颢陈嘉杰许晟源设计原始资料2 NaOH溶液5000kg/h 初始浓度5%，完成液浓度50%加热蒸汽压力（表压）：1.1MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 王君吴义连任培林设计原始资料3 NaOH溶液5000kg/h 初始浓度5%，完成液浓度50%加热蒸汽压力（表压）：1.0MPa 末效二次
17、蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 艾木拉江徐蘅设计原始资料4 NaOH溶液5500kg/h 初始浓度6%，完成液浓度45%加热蒸汽压力（表压）：1.27MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 肖开提谢军设计原始资料5 NaOH溶液5500kg/h 初始浓度6%，完成液浓度45%加热蒸汽压力（表压）：1.0MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 钟晨嘉黄兵设计原始资料6 NaOH溶液5500kg/h 初始浓度6%，完成液浓度45%加热蒸汽压力（表压）：0.8MPa 末效二次蒸汽压力
18、（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 巴特力张正中设计原始资料7 NaOH溶液6000kg/h 初始浓度4%，完成液浓度40%加热蒸汽压力（表压）：1.27MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 张露刘洪钦设计原始资料8 NaOH溶液6000kg/h 初始浓度4%，完成液浓度40%加热蒸汽压力（表压）：1.0MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 阿利玛斯李宁设计原始资料9 NaOH溶液6000kg/h 初始浓度4%，完成液浓度40%加热蒸汽压力（表压）：0.8MPa 末效二次蒸汽压力（表压）：0.01MPa 设计任务：多效（3效）蒸发计算 李海鹏陈奕婷
