多效蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計2021課件

1、多效蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容蒸發(fā)設(shè)備多效蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)工藝計算模型主要結(jié)構(gòu)尺寸計算蒸發(fā)系統(tǒng)的輔助設(shè)備選型蒸發(fā)設(shè)備操作特點常見的蒸發(fā)是間壁兩側(cè)分別為蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。蒸發(fā)操作特點：沸點升高蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在工作壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純?nèi)軇┑恼羝麎旱停谷芤旱姆悬c高于純?nèi)芤旱姆悬c，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點的升高。在加熱蒸汽溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儫釡夭?，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。物料的工藝特性蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時可能析出晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強(qiáng)的腐蝕性等。如何

2、根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題節(jié)約能源蒸發(fā)時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸汽。如何充分利用熱量，提高加熱蒸汽的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個問題圖4-1 蒸發(fā)裝置示意圖1加熱室； 2加熱管； 3中央循環(huán)管；4蒸發(fā)室； 5除沫器； 6冷凝器162345蒸發(fā)操作的分類按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使

3、用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā)。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸汽溫度較高，可作為下一效的加熱蒸汽加以利用。蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸汽，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和蒸發(fā)室（分離室）組成。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進(jìn)一步分離的除沫器，和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。蒸發(fā)器分類按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動情況：（1）循環(huán)型蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)

4、器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度，操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有：a.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，b.懸筐式蒸發(fā)器，c.外熱式蒸發(fā)器，d.列文式蒸發(fā)器，e.強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器其中，前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器。（2）單程型蒸發(fā)器 特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。優(yōu)點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。缺點：設(shè)計或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。此類蒸發(fā)器主要有：a.升膜式蒸發(fā)器，b.降膜式蒸發(fā)器，c.刮板式蒸發(fā)器多效蒸發(fā)加料方式物料與二次蒸汽同方向相繼通過各效。由于前效壓強(qiáng)較后效高，料液可藉此壓強(qiáng)差自動地流

5、向后一效而無須泵送。在多效蒸發(fā)中，最后一效常處于負(fù)壓下操作，完成液的溫度較低，系統(tǒng)的能量利用較為合理。但對于并流加料，末效溶液濃度高、溫度低、粘度大，傳熱條件較劣，往往需要較前幾效更大的傳熱面積。料液與二次蒸汽流向相反，各效的濃度和溫度對液體粘度的影響大致相抵消，各效的傳熱條件大致相同。逆流加料時溶液在各效之間的流動必須泵送圖4-23 平流加料三效蒸發(fā)流程二次蒸汽多次利用，但料液每效單獨進(jìn)出。此種加料方式對易結(jié)晶的物料較為適合多效蒸發(fā)加料方式圖4-25a所示為機(jī)械壓縮，一般可用軸流式或離心式壓縮機(jī)完成；圖4-25b所示為蒸汽動力壓縮，即使用蒸汽噴射泵，以少量高壓蒸汽為動力將部分二次蒸汽壓縮井混

6、合后一起進(jìn)入加熱室作加熱劑用。妥善設(shè)計的蒸汽再壓縮蒸發(fā)器的能量利用率可勝過35效的多效蒸發(fā)裝置。此種蒸發(fā)器只在啟動階段需要加熱蒸汽，故在缺水地區(qū)、船舶上尤為適用。蒸發(fā)系統(tǒng)能量利用多效蒸發(fā)的末效多處于負(fù)壓操作，二次蒸汽的溫位過低而難以再次利用。但是，可以在前幾效蒸發(fā)器中引出部分二次蒸汽（稱為額外蒸汽）移作它用蒸發(fā)系統(tǒng)能量利用排出的冷凝水減壓，使減壓后的冷凝水因過熱產(chǎn)生自蒸發(fā)現(xiàn)象。汽化的蒸汽可與二次蒸汽一并進(jìn)入后一效的加熱室，于是，冷凝水的顯熱得以部分地回收利用。濃縮液熱量利用1）預(yù)熱料液-換熱器2）分級減壓閃蒸-閃蒸蒸汽補(bǔ)充到相應(yīng)各效的二次蒸汽系統(tǒng)加以利用，同時使?jié)饪s液繼續(xù)濃縮，提高排出濃度多效

7、蒸發(fā)系統(tǒng)實例蒸發(fā)工藝計算模型1、系統(tǒng)物料恒算I效：II效：III效：閃蒸1：2、系統(tǒng)熱量恒算I效：II效：III效：閃蒸1：閃蒸2：閃蒸3：蒸發(fā)工藝計算模型蒸發(fā)工藝計算模型飽和水的汽化潛熱可用多項式進(jìn)擬合: kJ/kg飽和水的比熱容可用多項式進(jìn)行擬合:溶液的焓或相同溫度下飽和水的焓值估算圖形離散化建立方程3、加熱器傳熱面積的計算（傳熱速率方程）I效：II效：III效：在蒸發(fā)設(shè)計時，為了設(shè)計和制造的方便，常使各效的傳熱面積相等，即對于有效溫差的計算，必須考慮溫差損失（溶液濃度引起沸點升高、液層靜壓力對沸點的影響以及2次蒸汽流動壓降引起的溫差損失），故有效溫差的計算方法按1）、溶液沸點升高引起的溫

8、差損失用吉辛科法或杜林經(jīng)驗法則，需要查閱手冊的圖表或通過實驗測定也可參考已有工程經(jīng)驗進(jìn)行估算2）、液層靜壓引起的溫差損失靜壓強(qiáng)導(dǎo)致溶液沸點升高，其值即為液層靜壓引起的溫差損失結(jié)合溶液沸點-壓力關(guān)系，可以求出。經(jīng)驗上，一般在13，鑒于第III效溶液密度最小，也最小，在保證在13 的范圍內(nèi)，第III效最小，其余各效依次增加。I效：II效：III效：3）、2次蒸汽流動壓降引起溫差損失2次蒸汽由前一效流入下一效的過程中，克服阻力造成壓強(qiáng)降低，由于壓強(qiáng)降低引起的溫差損失。通常根據(jù)經(jīng)驗，一般為0.51.5， 常取,i24、氣液相溫度平衡方程5、求解多效蒸發(fā)的參數(shù)對于n效蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計計算，已知量通常為物料進(jìn)

9、口量、進(jìn)料濃度，料液初始溫度，生蒸汽的溫度（壓力），末效蒸汽的溫度（壓力），出料料液濃度，各效傳熱系數(shù)，聯(lián)立物料系統(tǒng)恒算方程（n個），系熱量恒算方程（4n-2個），氣液相溫平衡方程（n個），傳熱速率方程（3n-1個），構(gòu)成一（9n-3個）非線性方程組，即可求解出多效蒸發(fā)的參數(shù)。MATLAB工具箱函數(shù)求解非線性方程組分2步：先建立待求解的非線性方程組的m函數(shù)；然后憑經(jīng)驗設(shè)置初始點和選擇項options，用函數(shù)fslove求解方程組。蒸發(fā)器的型式總傳熱系數(shù)K, W / (m2K)標(biāo)準(zhǔn)式（自然循環(huán)）6003000標(biāo)準(zhǔn)式（強(qiáng)制循環(huán)）12006000懸筐式6003000升膜式12006000降膜式120

10、03500常用蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗值主要結(jié)構(gòu)尺寸計算加熱器固定管板式換熱器分離器分離器設(shè)計類型：立式和臥式分離器設(shè)計工作原理分類：重力沉降分離：由于氣體與液體的密度不同，液體在與氣體一起流動時，液體會受到重力的作用，產(chǎn)生一個向下的速度，而氣體仍然朝著原來的方向流動，也就是說液體與氣體在重力場中有分離的傾向，向下的液體附著在壁面上匯集在一起通過排放管排出。折流分離：由于氣體與液體的密度不同，液體與氣體混合一起流動時，如果遇到阻擋，氣體會折流而走，而液體由于慣性，繼續(xù)有一個向前的速度，向前的液體附著在阻擋壁面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。旋流分離：由于氣體與液體的密度不同，液體

11、與氣體混合一起旋轉(zhuǎn)流動時，液體受到的離心力大于氣體，所以液體有離心分離的傾向，液體附著在分離壁面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。分離器設(shè)計填料分離：由于氣體與液體的密度不同，液體與氣體混合一起流動時，如果遇到阻擋，氣體會折流而走，而液體由于慣性，繼續(xù)有一個向前的速度，向前的液體附著在阻擋填料表面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。絲網(wǎng)分離：由于氣體與液體的微粒大小不同，液體與氣體混合一起流動時，如果必須通過絲網(wǎng)，就象過篩一樣，氣體通過了，而液體被攔截而留在絲網(wǎng)上，并在重力的作用下下流至分離器底部排出。微孔過濾分離：由于氣體與液體的微粒大小不同，液體與氣體混合一起流動

12、時，如果必須通過微孔過濾，就象過篩一樣，氣體通過了，而液體被攔截而留在微孔過濾器上，并在重力的作用下下流至分離器底部排出。分離器設(shè)計設(shè)計原則選型要求分離效果好分離要求比較低的，選擇重力沉降分離適應(yīng)的分離負(fù)荷范圍非常寬分離要求一般的，選擇普通的折流分離（擋板分離）或者普通的離心分離（旋流分離）體積小要求較高的，選擇填料分離阻力小要求高的，選擇絲網(wǎng)分離工作穩(wěn)定要求很高的，選擇微孔過濾分離分離器設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：HGT20570.8-95氣液分離器設(shè)計分離器中的氣速浮動（沉降）流速液體密度氣體密度系數(shù)分離室直徑的計算式為分離器直徑，m氣體最大體積流量，m3/h分離器中氣體流速，m/s分離室高度的

13、計算式為停留時間，min液體體積流量，m3/h液體高度，m分離室入口接管的計算式為分離室出口接管氣相出口不小于等于連接管道的直徑液相出口流速1m/s分離器簡化計算分離室體積的計算式為分離室的高度和直徑的確定蒸發(fā)體積強(qiáng)度一般允許值為二次蒸汽密度為方便起見，各效分離室的尺寸可取一致二次蒸汽流量，kg/h其他接管介質(zhì)體積流量，介質(zhì)流速，m/s蒸發(fā)系統(tǒng)的輔助設(shè)備選型氣液除沫器泵換熱器儲罐設(shè)計原始資料1NaOH溶液5000kg/h初始濃度5%，完成液濃度50%加熱蒸汽壓力（表壓）：1.27MPa末效二次蒸汽壓力（表壓）：0.01MPa設(shè)計任務(wù)：多效（3效）蒸發(fā)計算范廣顥陳嘉杰許晟源設(shè)計原始資料2NaOH

14、溶液5000kg/h初始濃度5%，完成液濃度50%加熱蒸汽壓力（表壓）：1.1MPa末效二次蒸汽壓力（表壓）：0.01MPa設(shè)計任務(wù)：多效（3效）蒸發(fā)計算王君吳義連任培林設(shè)計原始資料3NaOH溶液5000kg/h初始濃度5%，完成液濃度50%加熱蒸汽壓力（表壓）：1.0MPa末效二次蒸汽壓力（表壓）：0.01MPa設(shè)計任務(wù)：多效（3效）蒸發(fā)計算艾木拉江徐蘅設(shè)計原始資料4NaOH溶液5500kg/h初始濃度6%，完成液濃度45%加熱蒸汽壓力（表壓）：1.27MPa末效二次蒸汽壓力（表壓）：0.01MPa設(shè)計任務(wù)：多效（3效）蒸發(fā)計算肖開提謝軍設(shè)計原始資料5NaOH溶液5500kg/h初始濃度6%，完成液濃度45%加熱蒸汽壓力（表壓）：1.0MPa末效二次蒸汽壓力（表壓）：0.01MPa設(shè)計任務(wù)：多效（3效）蒸發(fā)計算鐘晨嘉黃兵設(shè)計原始資料6NaOH溶液5500kg/h初始濃度6%，完成液濃度45%加熱蒸汽壓力（表壓）：0.8MPa末效二次蒸汽壓力（表壓）：0.01MPa設(shè)計任務(wù)：多效（3效）蒸發(fā)計算巴特力張正中設(shè)計原始資料7NaOH溶液6000kg/h初始濃度4%，完成液濃度40%加熱蒸汽壓力（表壓）：1.2