某水溶液蒸發(fā)器的方案確定和整體設(shè)計案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u14988某水溶液蒸發(fā)器的方案確定和整體設(shè)計案例分析 1297531.1蒸發(fā)操作流程的確定 1153651.1.蒸發(fā)效數(shù)的確定 2233821.3蒸發(fā)器的類型及選擇 2229631.3.1類型及選擇影響因素 2185251.3.2單程型蒸發(fā)器 37811.3.3循環(huán)型蒸發(fā)器 4130871.4蒸發(fā)操作條件 7260991.5蒸發(fā)器的選擇 71.1蒸發(fā)操作流程的確定蒸發(fā)裝置流程是指多效蒸發(fā)器中蒸發(fā)器的數(shù)目及其組合排列方式。根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向多效蒸發(fā)器的流程可以分為并流、逆流、平流及混流四種。并流操作如圖2-1所示。料液在效間的傳輸利用各效間的壓差，不用泵來傳輸。由于效間沸點在進入下一效之后都會降低，前一效的料液進入后一效后，自動達到沸點蒸發(fā)。它的弊端是對料液的傳輸不利，因為隨著各效的壓力差依次減小，溫度隨之減小，而料液的濃度卻在不斷升高，黏度也增大。對于高黏度料液的加料不建議用并流方式。圖2-1并流蒸發(fā)操作流程圖流過程的料液從最后一個效加入，然后依次泵入前面的效。隨著料液濃度的增加，溫度越高。反過來，不同效的液料黏度差異也不會太大，傳熱系數(shù)也不會太大。平流操作適用于有晶體沉淀的物料，或同時濃縮兩種或兩種以上的水溶液?；炝鞑僮魇前巡⒘骱湍媪饕煌\用在各效間方法，具有并流和逆流的共同優(yōu)點，但是操作比較復雜。因為KNO3是熱敏性料液，逆流加料不可用;又因為出效黏度變化也不大，并流操作便可以滿足；同時因大型蒸器設(shè)計比較繁瑣,其操作非常復雜，一般情況也不采用混流。因為沒有沉淀，平流不合適于KNO3的蒸發(fā)。所以選擇并流比較好。1.1.蒸發(fā)效數(shù)的確定使用多效蒸發(fā)的目的是最大限度地利用熱能。通過二次蒸汽的回用，減少了蒸汽的消耗，提高了蒸汽的經(jīng)濟性。然而，更多效的并不意味著更好，通常還受到經(jīng)濟和計算因素的限制，因此在確定效數(shù)時，應(yīng)考慮設(shè)備和運營成本的最小總和，以確定最合適的一個。表2-1表示不同效數(shù)蒸發(fā)過程的單位蒸汽消耗量，可以借此作為選效參考。表2-1不同效數(shù)蒸發(fā)過程的單位蒸汽消耗量效數(shù)單效雙效三效四效五效理論蒸汽消耗量kg/h1.10.50.330.250.2實際消耗量kg/h1.10.570.40.30.27再增加效數(shù)可節(jié)約的蒸汽kg933025107蒸發(fā)運行時正常傳熱，各效溫差至少為5~7，電解液使用2~3效，非電解液使用4~6效。KNO3溶液是一種電解質(zhì)，使用三個效應(yīng)來確保每個效的加熱面積相同。1.3蒸發(fā)器的類型及選擇1.3.1類型及選擇影響因素由于工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段不斷出現(xiàn)各種新型蒸發(fā)器。據(jù)調(diào)查，工業(yè)上常用的間接加熱蒸發(fā)器分為單程式和循環(huán)式兩種，單程式又分為升膜式、降膜式、升降膜式等。循環(huán)式蒸發(fā)器分為中央循環(huán)式、外加熱式、懸框式、強制循環(huán)式管式蒸發(fā)器等。選擇蒸發(fā)器時要考慮的因素很多。(1)溶液的組成；(2)產(chǎn)量和生產(chǎn)能力；(3）溶液的初始濃度和進料溫度；(4)產(chǎn)品最終溶液的最終溫度和要求；(5)材料的熱穩(wěn)定性；(6)溶液沸點升高；(7)溶液的發(fā)泡性、表面張力、液體粘度等；（8）產(chǎn)生水垢的成分（硫酸鈣、磷酸鈣、硅等）；（9）可用熱源（蒸汽、電等）；（10）技術(shù)條件、場地條件（經(jīng)營面積和程度）、投資限額、運行方式（間歇或連續(xù)）和運行成本。1.3.2單程型蒸發(fā)器其特點是溶液以液膜形式通過加熱室，不循環(huán)。其優(yōu)點是溶液停留時間短，特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)，溫差損失小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。缺點是如果設(shè)計或操作不當，成膜不易，熱流明顯減少。不適用于易結(jié)晶和結(jié)垢的材料的蒸發(fā)。升膜蒸發(fā)器升膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量大的溶液（如稀溶液）、對熱敏感、易起泡的溶液，但不適用于高粘度、結(jié)晶或易受污染的溶液。圖2-2升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)高濃度的溶液，也適用于高粘度的物料。但是，它不適用于易于結(jié)晶或易受污染的溶液。另外，由于液膜不易均勻分布在管內(nèi)，傳熱系數(shù)比升膜蒸發(fā)器小。升——降膜蒸發(fā)器殼體內(nèi)裝有升膜和降膜蒸發(fā)器，組成升膜蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器。預(yù)熱后的原料液首先在升膜加熱室上升，然后由降膜加熱器下降，然后與二次蒸汽分離，得到成品液。這類蒸發(fā)器主要用于蒸發(fā)過程中溶液粘度變化較大，蒸發(fā)水量不大，廠房高度受限的場合。圖2-3升——降膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)1.3.3循環(huán)型蒸發(fā)器特點是溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近完成液的濃度。操作穩(wěn)定。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器圖2-4中央循環(huán)管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)中央循環(huán)管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖所示，又稱標準蒸發(fā)器，主要由加熱室、蒸發(fā)室、中央循環(huán)管和除霧器組成。加熱室垂直配置。在加熱管束（沸騰管束）中，管束的中心是一根中央循環(huán)管，其截面積占總管束截面積的40-100%。當液體因密度不同而被加熱至沸騰時，溶液從中心循環(huán)管下降，在加熱管內(nèi)上升，然后循環(huán)，使沸騰液面的傳熱系數(shù)增大和加強。這種蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱好、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。（2）懸框式蒸發(fā)器圖2-5懸框式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)由于蒸發(fā)器外殼與低溫沸騰的液體接觸，因此熱量損失較少。它適用于蒸發(fā)容易結(jié)垢或結(jié)晶的溶液。缺點是結(jié)構(gòu)復雜，單位傳熱面需要大量的設(shè)備材料。（3）外加熱式蒸發(fā)器圖2-6外加熱型蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)加熱室與分離室分開，便于清洗與更換，而且可以降低蒸發(fā)器的總高度。因其加熱管較長，循環(huán)管內(nèi)的溶液不被加熱，故溶液的循環(huán)速度大。（4）列文式蒸發(fā)器圖2-7列文蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)該蒸發(fā)器的優(yōu)點是循環(huán)率高，傳熱效果好。由于溶液在加熱管內(nèi)不沸騰，可避免加熱管內(nèi)結(jié)晶析出，故適用于結(jié)晶析出或固溶處理。缺點是設(shè)備大，占用空間大。另外，由于液層靜壓大，加熱蒸汽的壓力必須高。（5）強制循環(huán)蒸發(fā)器圖2-8強制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)這類蒸發(fā)器的優(yōu)點是傳熱系數(shù)大，對粘度高或易結(jié)晶污染的物料適應(yīng)性好，但功耗大。1.4蒸發(fā)操作條件根據(jù)任務(wù)書給出條件，介質(zhì)是KNO3水溶液，原料液濃度為X0=15%，產(chǎn)品濃度為Xn=45%，沸點溫度，本次設(shè)計的壓力為400kPa(a)，冷凝器壓力為20kPa(a)，處理量為10萬噸/年，考慮停工檢修等因素每年按300天計，每天運行24小時。1.5蒸發(fā)器的選擇表2-2常用蒸發(fā)設(shè)備選型準則表--蒸發(fā)器型式水平管式標準式外加熱式強制循環(huán)式升膜式降膜式制造價格較低較低較低高較低較低總傳熱系數(shù)稀薄溶液0.001-0.05pa.s較高較高高高高高高粘度溶液0.1pa.s較低較低低高低較高停留時間長長較長較短短短料液循環(huán)與否否是是是否是收縮液濃度是否能恒定可可可可尚可尚可濃縮比高高良好高良好良好設(shè)備處理量大大