四效蒸发器设计.doc

福建农林大学材料工程学院

课 程 设 计

授课时间：2011——2012年度 第 1 学期

题 目： 四效中央循环管式蒸发器设计
课程名称： 化工原理课程设计
专业年级： 化学工程与工艺2009级
学 号： 091060001
姓　　名： 蔡金俊
成 绩：
指导教师： 廖益强 卢泽湘

2011年1月22日

材料工程　学院　　班级：2009级　化学工程与工艺　　　
课程名称： 化工原理课程设计 填写时间：_2011_年_12_月_30_日
课程设
计任务
设计条件：设计一套四效蒸发流程，将每小时25000kg 的20 ℃NaOH溶液从10 %（质量%）浓缩至50 %（质量%）。加热蒸汽压力950 kPa（绝压），冷凝器的操作压力为20 kPa（绝压），各效的传热系数为：K1＝3400 W·m-2·K-1、K2＝2700 W·m-2·K-1、K3＝2000 W·m-2·K-1、K4＝1500 W·m-2·K-1，为了制造方便，要求每一效传热面积相同。加热管长可选取短管2～3m；中等管3～4m。
学生
姓名学号
091060001 蔡金俊 091060002钟毅铭
参 考
文 献
[1] 匡国柱. 化工单元过程及设备课程设计. 北京：化学工业出版社，2006
[2] 贾绍义，柴诚敬主编. 化工原理课程设计. 天津：天津大学出版社，2002
[3] 蕲明聪，程尚模，赵永湘. 换热器. 重庆：重庆大学出版社，1990
[4] 聂清德编. 化工设备设计. 北京：化学工业出版社，1991
[5] 袁林根. 机械工程手册（第二版）. 北京：机械工业出版社，1997
[6] 王顺平. 烧碱蒸发系统的技术改造. 中国氯碱，2005，（1）：27
[7] 时钧等主编. 化学工程手册. 北京：化学工业出版社，1996

设计的基本要求、任务
课程设计是本课程教学中综合性和实践性很强的环节，是理论联系实际的桥梁。通过课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通、独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容和设计步骤，掌握化工单元设计的程序和方法，具备分析和决工程实际问题的能力。
完成设计方案的简介、蒸发器的工艺设计计算、绘制工艺流程图

设 计
进 度
安 排
1月4日～1月5日，布置任务，查阅、收集相关设计资料、参考文献等；
1月6日～1月12日，完成设计计算；
1月13日～1月15日，完成设计说明书及设计图纸。

设计的基本要求、任务、研究的问题
课程设计是本课程教学中综合性和实践性很强的环节，是理论联系实际的桥梁。通过课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通、独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容和设计步骤，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和决工程实际问题的能力。
完成设计方案的简介、蒸发器的工艺设计计算、蒸发器的主要尺寸的计算、绘制蒸发器的装配图、蒸发工艺流程图、辅助设备（冷凝器、加热器）的设计选型，并进行设计评述。研究Na(OH)蒸发操作的工艺条件。

设 计
进 度
安 排
12月12日12月13日，布置任务，查阅、收集相关设计资料、参考文献等；
12月14日12月25日，完成设计计算，设计说明书；
12月26日-12月31日，完成各种图纸绘制，设计评述；
1月1日-1月3日，考核和答辩。

指导教师（签名）：______ ____ _____职称：__ _ _

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…………………………………………………………………………………………………………4
第三章 蒸发工艺设计计算………………………………………………………………………………………4
§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 ……………………………………………………………9
§3.4蒸发器的传热面积　………………………………………………………………………………10
§3.5有效温差的再分配　………………………………………………………………11
§3.5.1重新分配各效的有效温度差………………………………………………………………………11
§35.2重复上述计算步骤 ……………………………………………………………………………11
§3.6计算结果列表 ……………………………………………………………………………………………………14
第四章 蒸发器工艺尺寸计算…………………………………………………………………………………14
§4.1加热管的选择和管数的初步估计 ……………………………………………………………………14
§4.1.1 加热管的选择和管数的初步估计…………………………………………………………………14
§4.1.2 循环管的选择………………………………………………………………………………………15
§3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定…………………………………………………………………15
§4.1.4 分离室直径与高度的确定…………………………………………………………………………15
§4.2 接管尺寸的确定…………………………………………………………………………………………15
§4.2.1 溶液进出…………………………………………………………………………………………16
§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………………………………………………………………………………………………17
§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………………………………………………………………………………………18
§5.3泵的选型…………………………………………………………………………………………………18
§5.3.1离心泵的选择……………………………………………………………………………………………………18
§5.3.2预热器的选择 …………………………………………………………………………………………………18
第六章 主要设备强度计算及校核…………………………………………………………………………………………18
第七章 参考文献……………………………………………………………………………………………………………20
第八章 课程设计心得………………………………………………………………………………………………………21

符号说明

希腊字母：

c——比热容，KJ/(Kg.h)
α――对流传热系数，Ｗ/m2.℃
d——管径，m
Δ――温度差损失，℃
D——直径，m
η――误差，
D——加热蒸汽消耗量，Kg/h
η――热损失系数，
f——校正系数，
η――阻力系数，
F——进料量，Kg/h
λ――导热系数，Ｗ/m2.℃
g——重力加速度，9.81m/s2
μ――粘度，Pa.s
h——高度，m
ρ――密度，Kg/m3
H——高度，m
∑――加和
k——杜林线斜率
φ――系数
K——总传热系数，W/m2.℃

L——液面高度，m
下标：1,2,3――效数的序号，0――进料的
L——加热管长度，m
n——第n效
L——淋水板间距，m
i――内侧
n——效数
m――平均
p——压强，Pa
o――外侧
q——热通量，W/m2
p――压强
Q——传热速率，W
s――污垢的
r——汽化潜热，KJ/Kg
w――水的
R——热阻，m2.℃/W
w――壁面的
S——传热面积，m2
W——蒸发量，Kg/h
t——管心距，m
W——质量流量，Kg/h
T——蒸汽温度，℃
上标：′：二次蒸汽的
u——流速，m/s
上标：′：因溶液蒸汽压而引起的
U——蒸发强度，Kg/m2.h
上标：〞：因液柱静压强而引起的
V——体积流量，m3/h
上标：'〞：因流体阻力损失而引起的
x——溶剂的百分质量,％

第一章 前言
§1.1 概述
§1.1.1 蒸发及蒸发流程
蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质（如盐类）的溶液沸腾，除去其中被汽化单位部分杂质，使溶液得以浓缩的单元操作过程。
蒸发的目的是为了使溶液中的溶剂汽化，故溶剂应具有挥发性而溶液中的溶质则是不挥发的。
蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性质的水溶液，是化工，医药，食品等工业中较为常见的单元操作。化工生产中蒸发主要用于以下几种目的：
1、 获得浓缩的溶液产品。
2、 将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用于获取固体产品。
3、 脱除杂质获得纯净的溶剂或半成品。
蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称为一次蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽。
§1.1.2　蒸发操作的分类
按操作方式可分为连续式或间歇式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作过程。
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、加压和减压蒸发。在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，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。
§1.1.3 蒸发操作的特点
从上述对蒸发过程的简单介绍可看出：常见的蒸发，实质上是在间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程。所以，蒸发器也就是一种换热器。然而，与一般的传热过程相比，蒸发需要注意以下特点。
沸点升高 蒸发的物料是溶有不挥发性的溶质的溶液，又乌拉尔定律可知；在相同温度下，其蒸汽压较纯溶剂为低，因此，在相同压力下，溶液的沸点就高于纯溶剂的沸点。当加热蒸汽温度一定时，蒸发溶液时的传热温度差就比蒸发纯溶剂时为小，而溶液的浓度越大，这种影响也越显著。
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。
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结垢或者析出结晶；有些热敏性物料在高温下易分解变质等。如何根据物料的这些特性和工艺要求，选择适宜的蒸发方法和设备，也是蒸发所必须考虑的问题。
4　蒸发设备—蒸发器
  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气，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，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。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00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，接近完成液的浓度且操作稳定。
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
(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。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。但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。
A升膜式蒸发器
B降膜式蒸发器
C刮板式蒸发器
5 蒸发设备的要求
蒸发设备的种类很多，但无论何种类型的蒸发设备，在构造上必须有利于过程的进行。因此设计蒸发设备时应考虑以下几个因素：
1、尽可能提高冷凝和沸腾给热系数。减缓加热面上污垢的生成速率，保证设备具有较大的传热系数
2、能适应溶液的某些特性，如粘性、起泡性、热敏性、腐蚀性等；
3、能完善汽化、液的分离；
4、能排除溶液在蒸发过程中所析的晶体。
从机械的工艺性、设备的投资、操作费用等角度考虑，蒸发设备的设计还应满足以下几项要求：
1、设备的材料消耗少，制造、安装方便合理；
2、设备的检修和清洗方便，使用寿命长；
3、有足够的机械强度。
6 蒸发设备的选型
本次设计要求采用的是四效中央循环管式蒸发器：在选型时应考虑的主要因素有：1、料液的性质；2、工程技术要求，如处理量、蒸发量，安装现场的面积和高度、连续或间歇生产等；3、利用的热源的冷却的情况；4、物料的黏度随蒸发过程中溶液温度、浓度的变化情况等。
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1～4m；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。
第二节 蒸发装置设计任务
§2.1设计题目
NaOH水溶液蒸发装置是设计
§2.2设计任务及操作条件
1）设计任务
处理量（Fo）：25000（Kg/h）
料液浓度（Xo）：10% 质量分率
产品浓度（X4）; 50% 质量分率
加热蒸汽温度（T1s）： 177.67 ℃。 末效冷凝器的温度T4s: 60.1 ℃。
2）操作条件
加料方式： 四效并流加料
原料液温度： 20℃。
各效蒸发器中溶液的平均密度：

加热蒸汽压强：950KPa （绝压） 冷凝器压强为： 20KPa （绝压）
各效蒸发器的总传热系数：K1 =3400W*m2 K-1 K2 =2700W*m2 K-1 K3=2000W*m2 K-1 K4=1500W*m2 K-1
传热面积相等
§2.3设备型号：中央循环管式蒸发器
第三章 蒸发工艺设计计算

图1 四效并流蒸发器
§3.1 各效蒸发量和完成液浓度的计算
四效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸气的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸气的压强和冷凝器中的压强等。
蒸发器的设计计算步骤多效蒸发的计算一般采用试算法：
（1） 根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及冷凝器的压强），蒸发器的形式、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浓度。
（3） 根据经验假设蒸气通过各效的压强降相等，估算个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），直到所求得各效传热面积误差小于5%为止。
物料衡算：由 FX0 =（F — W）X4 得 W = F—（FX0/X4）
代入数据计算总蒸发量:
并流加料蒸发中无额外蒸汽引出,可设
W1：W2：W3：W4 = 1：1.1：1.2：1.3
而W=W1+W2+W3 +W4=4.6W1=20000kg/h
由以上三式可得：
W1=4347.83kg/h W2=4782.61kg/h
W3=5217.3kg/h W4=5652.17kg/h
再由公式 FX0 = （F—W1—W2—……—Wi）Xi (i ≥ 2)得：

=0.5
§3.2各效溶液沸点和有效温度差的确定
各效的二次蒸汽压使用经验公式估算，最简便的估算方法是设各效间的压强降相等，则总压强差为：

各效间的压强差可求得各效蒸发室的压强：
P1/= P0—Pi =950-232.5=717.5 KPa
P2/ = P0—2Pi =950-2232.5=485 KPa
P3/= P0—3Pi = 950-3232.5=252.5KPa
P4/= P0—4Pi = 950-4232.5=20KPa
由各效的二次蒸汽压强从（《化工原理》第三版上册附录8.9查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中

第一效
第二效
第三效
第四效
二次蒸汽压强Pi/(KPa)
717.5
485
252.5
20
二次蒸汽温度 Ti/(℃)
(即下一效加热蒸汽温度)
166
150.7
127.8
60.1
二次蒸汽的汽化潜热(即下一效
加热蒸汽的ri/)
2068.5
2116.8
2184.5
2355

多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：
有效总温度差
….式中 -----有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃。
-----第一效加热蒸气的温度，℃。
-----冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度，℃。
-------总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃，

其中
式中 --- 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃，
---由于蒸发器红溶液的静压强而引起的温度差损失，℃，
----由于管道流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，℃，
§3.2.1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失/
根据Ti/(即相间压强下水的沸点)和各效完成液浓度xi由[化工原理 P252] NaOH水溶液的杜林线图查得各效溶液的沸点分别为:
℃ ℃ ℃ ℃
则各效由于溶液蒸气压下降所引起的温度差损失为
℃
℃
℃
℃
得：℃
§3.2.2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失
为简便起见，日夜内部的沸点可按液面和底层的平均压强来查取，平均压强近似按静力学方程估算：

式中 Pav—蒸发器中液面和底层的平均压强，
P/—二次蒸气的压强，即液面处的压强，
—溶液的平均密度，
-液层高度
g-重力加速度，
根据..取液位高度为2米
由 NaOH水溶液比重图可得下列数据:
NaOH水溶液密度(Kg/m3)

根据各效溶液平均压力从《化工原理》第三版上册陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋主编P226查得对应的饱和溶液温度为:

根据 ： △//= T/ Pav- T/i
式中 --根据平均压强求取的水的沸点℃，--根据二次蒸汽压强求得水的沸点℃
所以：△//1 = -
△//1 =
△//2 =
△//3 =
△//4 =

§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△///
由于管道流体阻力产生的压强降所引起的温度差损失在多效蒸发中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加热室的过程中由于管道阻力使其压强降低蒸汽的饱和温度 而引起的温度差损失即为，根据经验其值1℃, △1/// =△2/// =△3///=△4///=1℃。则

故蒸发装置总的温度差损失为：

溶液的沸点：

所以各效溶液的的温度：

从《化工原理》第三版上册附录九查得950KPa饱和蒸汽的温度为177.67℃，汽化潜热2027.9 KJ/Kg
有效总温差
§3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算
第i效的焓衡算式为：
\
有上式可求得第i效的蒸发量.若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发器的热损失时，尚需考虑热利用系数一般溶液的蒸发，可取得0.94-0.7△x（式中△x为溶液的浓度变化，以质量分率表示）。
第i效的蒸发量的 计算式为

式中 ------第i效的加热蒸汽量，当无额外蒸汽抽出时=
------ 第i效加热蒸气的汽化潜热 ------第i效二次蒸气的汽化潜热
-----------原料液的比热 ---------水的比热
，--------分别为 第i效及第i-1效溶液的沸点
-----------第i效的热利用系数无因次，对于加热蒸气消耗量，可列出各效焓衡算式并与式（3-2）联解而求得：

由相关手册查得 KJ/(Kg.℃) KJ/(Kg.℃)

第一效的焓衡量式为 ：
=0.9653D1 (a)
同理第二效的热衡算式为:
W2=
η2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98-0.7(0.158-0.121)=0.9541
所以

=0.9068+609 (b)
第三效的热衡算式为:
W3=

η3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.235-0.158)=0.9260

W3=0.865 W2—0.032W1+763 (c)
第四效的热衡算式为:
W4=

η3=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7(0.5-0.235)=0.7943

W4=0.6996 W3—0.037 W2—0.037W1+879 (d)
又 W1+ W2+ W3+ W4 =20000 (e)
联立以上方程式得： D1 =5543 Kg/h
W1=5246Kg/h
W2=5367Kg/h
W3=5237Kg/h
W4=4150Kg/h
§3.4蒸发器的传热面积
任意一效的传热速率方程为：
Si= () 得到：
Qi——第i效的传热速率，W Ki——第i效的传热系数，W/（m2*℃）
——第i效的传热温度差，℃ Si——第i效的传热面积，m2
在四效蒸发中，为了便于制造和安装，通常采用各效传热面积相等的蒸发器；即 S1=S2=S3=S4=S
各效蒸发器的总传热系数：
K1=3400W*m2*K-1 K2=2700 W*m2*K-1 K3=2000 W*m2*K-1 K4=1500 W*m2*K-1

Q1=D1r1=5543×2027.9103/3600=3.12106 W

Q2=W1r2’ =52462068.2103/3600 =3.01106 W

Q3=W2r3’=53672116.8103/3600=3.16106 W

Q4=W3r4’=52372184.5103/3600=3.18106 W

误差为： 1--
误差较大，应调整各效的有效温度差，重复上述步骤。
§3.5有效温度的再分配
平均传热面积：

§3.5.1重新分配各效的有效温度差：

==9.0℃

§3.5.2重复上述计算步骤
（一）计算各效溶液浓度
X1= ==0 .127
X2== =0.174
X3== =0.273
X3=0.5
（二）计算各效料液的温度
末效溶液沸点和二次蒸汽压强保持不变,各种温度差损失可视为衡值，故末效溶液的温度为111.5℃,即t4 =111.5 ℃ 则第四效加热蒸汽温度（即第三效二次蒸汽温度）为 由于第三效二次蒸汽温度为(128.9℃)及第三效料液的浓度(0.273)查杜林线图, =131 ℃.所得第三效料液的温度为
=131+1.86+1=133.86℃
同理:T3=T2/ =t3+△t3/ =133.86+12.9=146.76℃
由于T2/ =146.76℃，X2=0.174查杜林曲线得： =155℃
=155+1.05+1=157.05 ℃
同理:T2=T1/ =t2+△t2/ =157.05+9=166.05℃
由于T1/ =166.05℃，X1=0.127查杜林曲线得： =168.4℃
=168.4+0.7+1=170.1 ℃
说明溶液的温度差损失变化不打，不必重新计算，故有效总温度差不变,即=47.0 ℃
以上计算结果总结如下:
效数
第一效
第二效
第三效
第四效
加热蒸汽温度,℃
T1=177.7
T1/=166.05
T2/=146.76
T4=128.9
有效温差,(℃)
△t1/=7.6
△t2/=9
△t3/=12.9
△t4=17.4
料液温度(沸点),(℃)
170.1
157.05
133.86
111.5
（三）各效的热量衡算:
二次蒸汽的汽化潜热和二次蒸汽温度Ti/(℃)温度 如下表： 查附录九：
效数
第一效
第二效
第三效
第四效
二次蒸汽温度Ti/(℃)
166.05
146.76
128.9
60.1
二次蒸汽的汽化潜热KJ/kg
2067.1
2133.7
2181
2355

第一效：
=0.98－0.7×（0.127-0.1）=0.9614
=0.9614
第二效： η2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98－0.7×(0.174-0.127) =0.9469

=
=0.8934W1+591

第三效： η3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.273-0.174)=0.9104
W3=
=
=0.8502W2+955-0.0404W1
第四效： η4=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7×(0.5-0.273)=0.8213
W4=
=
=0.7276W3+771-0.033W1-0.033W2

因为： W 1+ W2+ W3+ W4=20000Kg/h
得: D1=5491Kg/h
得： W 1=5179Kg/h
W2=5335Kg/h
W3 =5276Kg/h
W4 =4215Kg/h
与第一次热量恒算所得结果进行比较的误差
W1:
W2
W3
W4

计算相对误差均在0.05以下.故各效蒸发量的计算结果合理 。其各效溶液浓度无明显变化,不需要重新计算。
（四）计算各效传热面积
Q1=D1r1=54912027.9103/3600=3.09106 W
=7.6

S1===120m2
Q2=W1r1’=51792067.1103/3600 =2.97106 W
=9
S2===122m2
Q3=W2r2’=53352133.7103/3600=3.16106 W
=12.9
S3== m2
Q4=W3r3’=52762181103/3600=3..20106 W
=17.4
S4== m2

误差为： 1--
在允许的误差范围内，所以误差允许取平均面积的S=(120+122+122.5+122.6)/4=121.8
§3.6计算结果列表
效数
1
2
3
4
冷凝器
加热蒸汽温度(℃)
177.7
166.05
146.76
128.9
60.1
操作压强Pi/ (KPa)
717.5
485
252.5
20
20
溶液沸点ti℃
170.1
157.05
133.86
111.54

完成液浓度(%)
12.7
17.4
27.3
50.00

蒸发水量Wi Kg/h
5179
5335
5276
4215

生蒸汽量D1 Kg/h
5491

传热面积Si m2
121.8
121.8
121.8
121.8

注：表中Pi/ 按T1/ =T2 =166.05℃查得, P2/按T2/ =T3 =128.9℃查得

第四章 蒸发器工艺尺寸计算

蒸发器的主要结构尺寸我们选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下。
§4.1加热管的选择和管数的初步估计
§4.1.1 加热管的选择和管数的初步估计
蒸发器的加热管通常选用φ38×2.5 mm 无缝钢管。
加热管长可选取短管 2～3 m；中等管 3～4 m。管子长度的选择应根据溶液结垢后的难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑，易结垢和易起泡沫溶液的蒸发易选用短管。根据我们的设计任务和溶液性质，我们选用以下的管子。
可根据经验我们选取：L=2 m φ38×2.5 mm，可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n’，
（根）
式中S=----蒸发器的传热面积，m2，由前面的工艺计算决定（优化后的面积）；
d0----加热管外径，m； L---加热管长度，m；
因加热管固定在管板上，考虑管板厚度所占据的传热面积，所以管长应用（L—0.1）m.
§4.1.2循环管的选择