四效蒸发器操作指南-工作原理

操作指南-四效蒸发器工程原理工作原理文章---多效蒸发器食品工程原理课程设计规范设计主题: 蔗糖水溶液的设计二效蒸发器设计者: 课堂设计结果: 日期与固体5％蔗糖水溶液应通过两效真空蒸发装置进行浓缩. 最终产品浓度为49％，原料液体的温度为第一效沸点，加热蒸汽压力为500 kPa（绝对压力），冷凝器为15 kPa，日处理能力为20,000吨/年，每天工作时间为24小时. 尝试设计蒸发过程. 假设使用中央循环管蒸发器，采用双效并流进给，效果之间的流动温度损失设置为1K，第一个效果使用自然循环，传热系数为1200w /（m2k），第二个效果使用强制循环. 热系数为800w /（m2k），每个效果蒸发器中液体的液位相同，每个效果的加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，每个效果的传热面积假设相等，并且热量损失被忽略. 蒸发是单元操作过程，其中将包含非杂质的溶液煮沸以除去汽化单元中的一些杂质，以便可以浓缩溶液. 蒸发操作被广泛用于浓缩各种非物质的水溶液，并且是化学，制药和食品工业中相对常见的单元操作. 在化学生产中，蒸发主要用于以下目的: 2.将溶液蒸发浓缩后，冷却并结晶，得到固体产品，例如苛性钠，抗生素，糖等产品； 3.去除杂质，获得纯溶剂或半成品，例如脱盐.

执行蒸发操作的设备称为蒸发器. 蒸发器中应有足够的加热区域以使溶液沸腾. 由于各处的密度差异，溶液在蒸发器中形成一定的循环流，被浓缩至指定的浓度，并从蒸发器中排出. 蒸发器中有足够的分离空间以去除被蒸汽蒸发夹带的薄雾和液滴，或采用合适的除雾器形式以去除液体泡沫. 如果不再使用排出的蒸汽，则应将其冷凝. 在蒸发过程中，经常使用饱和蒸汽分配加热. 用作热源的蒸汽通常称为一次蒸汽，从溶液中蒸发的蒸汽称为二次蒸汽. 根据操作方式，可分为间歇式和连续式. 工业上大多数蒸发过程是连续且稳定的操作过程. 根据二次蒸汽的利用情况，可分为单效蒸发和多效蒸发. 如果不使用产生的二次蒸汽，则将其直接通过冷凝器冷凝并排出. 此操作称为单效蒸发. 如果将次级蒸汽作为加热蒸汽引入到另一个工作压力较低的蒸发器中，并串联使用多个蒸发器，则此操作称为多效蒸发. 在多效蒸发中，充分利用了二次蒸汽的潜热，提高了加热蒸汽的利用率. 根据工作压力，可分为常压，加压或减压蒸发. 真空蒸发具有许多优点: 1.在低压下运行，溶液的沸点低，这有助于增加蒸发的传热温差，减少加压蒸发中的蒸发，所产生的二次蒸汽温度较高，可以用作下一个使用有效的加热蒸汽.

因此，单效蒸发主要是真空蒸发；多效蒸发的前效是加压或常压运行，后效是在真空下运行. 从上面对蒸发过程的简要介绍中可以看出，蒸发时间壁的共同侧面是蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，而蒸发器也是热交换器. 但是，与一般的传热过程相比，蒸发操作具有以下特征: 蒸发溶液的沸点包含非溶质. 在相同温度下，香港和台湾压力下溶液的蒸气压低于纯溶剂. 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增加. 在加热蒸汽温度恒定的条件下，蒸发溶液时的传热温度差必须小于加热唇形溶剂的纯热温度差四效蒸发器，并且溶液浓度越高，该效果越显着. 材料的工艺特性蒸发溶液本身具有某些特性. 例如，某些材料可能在浓缩过程中使晶体沉淀，或易于结垢；有些粘度大或腐蚀性强. 如何根据材料的特性和工艺要求选择合适的蒸发工艺和设备是蒸发操作必须相互考虑的问题. 为了节省能量，在蒸发过程中蒸发的溶剂量很大四效蒸发器，并且需要消耗大量的加热蒸汽. 如何充分利用热量并提高加热蒸汽的利用率是蒸发操作中要考虑的另一个问题. 蒸发设备的作用是加热进入蒸发器的原料液体并将其部分汽化以获得浓缩的成品液体. 同时，需要排出二次蒸气并与夹带的液滴和雾气分离.

蒸发的主要设备是蒸发器，其主要由加热室和蒸发室组成. 用于蒸发的辅助设备包括: 除雾器，可进一步分离液体泡沫；冷凝器，可冷凝所有二次蒸气. 减压操作也需要真空装置. 以下是: 由于生产要求的不同，蒸发设备具有多种不同的结构类型. 根据蒸发器中溶液的运动情况，常用的隔墙传热蒸发器大致可分为以下两类: 特点: 溶液在蒸发器中流动，蒸发器中溶液的浓度基本上为相同，接近完井液温度. 运行稳定. 这种蒸发器的主要优点是: 溶液的停留时间短，因此特别适合于热敏材料的蒸发；温差损失小，表面传热系数大. 缺点: 如果设计或操作不当，不易成膜，热流会大大减少；它不适用于易于结晶和结垢的材料的蒸发. 结构与原理: 下部加热室由垂直的管束组成，中间有直径较大的中央循环管. 当管中的液体被加热和煮沸时，中央循环管中的气液混合物的平均密度较大；其余加热管中气液混合物的平均密度较小. 在密度差的作用下，溶液从中央循环管下降，从加热管上升，形成自然循环流. 溶液的循环流增加了沸腾表面的传热系数并增强了蒸发过程. 该蒸发器结构紧凑，制造方便，传热性好，运行可靠. 它被广泛使用，被称为“标准蒸发器”. 为了使溶液良好地循环，中央循环管的截面积通常为其余加热管总截面积的40％至100％;加热管的高度一般为1-2m.

但是实际上，由于结构的限制，循环速度通常低于〜/ s；蒸发器中溶液的浓度始终接近完成液体的浓度；清洁和维护不够方便. 多效蒸发过程计算的主要依据是物料平衡，热量平衡和传热速率方程. 主要计算项目为: 加热蒸汽的消耗量，每种效果溶剂的蒸发量和每种效果的传热面积. 计算出的已知参数为: 进料液体的流量，温度和浓度，最终液体的浓度，加热蒸汽的压力以及冷凝器中的压力. 根据工艺要求和溶液的性质，确定蒸发的操作条件，蒸发器的形式，流量和效率. 根据经验，假定通过每种作用的蒸汽压降相等，并且估算每种作用溶液的沸点和有效总温度. 根据传热速率方程式，计算每个效应的传热面积. 如果获得的不同效果的传热面积不相等，则应根据以下介绍的方法重新分配有效温度差，并重复这些步骤，直到获得的每种效果的传热面积相等为止. 选择的是具有两效下游加热功能的蒸发装置. 已知条件为: 处理能力为F = 30000（吨/年），原料液体的浓度为200001000 2778（千克/小时）300 24 2584（千克/小时）用W 2778替代数据50下游操作的多重影响蒸发由于自蒸发，可以估算如下W1 W1 = 1230（Kg / h）W2 = 1254（Kg / h）0FW1 W2 W141671848 100％50％W1W24167 1848 2033在上式中: W--- -总蒸发量，Kg / h（1）为了获得每种效果的沸腾温度，需要假定压力. 通常，给出加热蒸汽的压力和冷凝器中的压力，并且根据等式假设确定的每种效果之间的蒸汽压力，可以降低其他效果的压力.

即Pk--最终效冷凝器中的二次蒸汽压力Kpa可从已知条件中获知: P1 = 500（Kpa）Pk = 15（Kpa）50015（Kpa）（Kpa）进入数据有: 终端冷凝装置中的压力为: Pk =15. 检查附录表以了解蒸汽温度. 根据已知条件，假设效果之间的流温差为1K，请检查饱和蒸汽表. 热参数值可以列出如下: （T1TK）有效总温差是每种效应的有效温差之和T1 Tk --------在此温度下二次蒸汽的饱和温度冷凝器的工作压力------由于管道流体的阻力而产生的压力温度差将导致温度差的损失，并且对应于糖液a不同质量分数的常压沸点为如下所示: 代入公式: T2当某些蒸发器在运行时，蒸发器中的溶液需要保持一定的液位，因此会蒸发容器中溶液的内部压力高于液面压力，这导致溶液内部的沸点高于液体表面的沸点. 可以通过液面和底层的平均压力进行检查，并且可以通过静态方程来近似平均压力: 在公式中: Pm -------液面和底层之间的平均压力在蒸发器中，Kpa tpmtp在公式中: tpm -------根据平均压力Pm的水的沸点，tp -------从水蒸气中获得的水蒸气的沸点二次蒸汽压力P，103kg / m（Kpa）2232 gh tpmtp 103（kg / m）223gh tpmtp在多效蒸发中，每个效应的次要效应在最终效应之前蒸汽流向下一个效应的加热室，由于管道的阻力，压力降低，蒸汽的饱和温度也相应降低.

根据经验，每种效应之间的管道阻力引起的温度损失为1. 计算每种效应中溶液的沸点: 根据公式: Titp tp --------沸点从二次蒸汽压力P获得的水蒸汽的总和T1tp T2tp S1rsV1r1 FcpF（T1 TF）可以得到位移项: W1 S1 rs（TT1）rs（TT1）1被称为第一效应的蒸发因子，含义是: 1Kg可以释放蒸汽冷凝时释放的热量. W1S1 W1S1 FcpF考虑到热量损失会影响V1，将公式乘以小于1的因子1，实际为: W1（S1 FcpF 1可以称为第一个效应的热利用因子. 类似地，根据用公式推导方法，我们可以得到第二个效应蒸发量的表达式W2 [S2（FcpF-cpWV1）由于上式中的V1 S2，W2 T1T2: W1，W2 -------第一蒸发量和二次效应，kg / h cpF -------原料液体比热，KJ / kg cpW -------水的比热，KJ / kg TFT1 T2 -------沸腾加热蒸汽的点，第一和第二效解r1，r2 ---- ---第一和第二效蒸汽的汽化热kJ / kg因此，从已知条件出发，原料液体从沸点即TF T1由公式W1（S1 FcpF cpFcpW（1 wF）W2 [W1（FcpF-cpWV1）+ = 2584S1（kg / h）W1（S1 FcpF与假设相比较）表示错误是l小于3％，因此无需为每种效果蒸发水，任何效果的传热速率方程为: QiKiAi ti效果传热系数W /（m2）Ai ---有效温差的分布是求得蒸发器的传热面积Ai，即A1 K1t1K2 t2 Q1S1r0 Q2 W1r1 t1T0 T1 t2T1 T2在多效蒸发中，为了便于制造和安装，每个效果通常是相等的蒸发器，即A1 A2如果获得的传热面积不相等，则应根据相等效果面积的原理重新分配每个效果的有效温度K1AK2A. 与公式比较: A2t2 A2t2 t211 t1T0 T1 t2T1 T2根据公式，K1 = 1200W /（m2）K2 = 800 W /（m2），我们可以得到: （m2）K1 t11200（m2）K2 8003600为了便于设备加工和制造，选择A1A2 A，首先选择A1A2，因此原始温度分布不正确，应重新调整.

根据公式重新分配. 如下: （T1TK）A1t1 A2 t2 T1一效沸点是: T2二效沸点是: 出于相同的原因，我们可以看到: 然后从公式W1（S1 FcpF cpFcpW（1 wF）W2 [W1 （FcpF-cpWV1）+ = 2584S1 =（kg / h）W1（根据公式S1 FcpF，并且K1 = 1200W /（m2）K2 = 800 W /（m2），我们可以获得: K1t11200 3600A2（m2）K2 t255 800 3600（T1TK）A1t1 A2 t2 T1一种效果沸点是: T212 T2两种效果的沸点是: 出于相同的原因，我们可以看到: 从公式W1（S1 FcpF cpFcpW（1 wF）W2 [W1（FcpF-cpWV1）W1（根据公式S1 FcpF，并且K1 = 1200W /（m2）K2 = 800 W /（m2），可以得出: K1t11200 33 3600 A2（m2）K2 8003600根据校准结果，A1A2满足每种效果均等的传热面积原则，蒸发器的加热管采用38种规格，不带接缝钢管，加热管长度为1m，所需管数n可以预先设定由以下公式估算a: d0L（1-21）其中: A——蒸发器的传热面积，m2，由上一过程计算得出固定; d0——加热管外径，m； L——加热臂的长度，m.

替换数据循环管的截面积基于最小化循环阻力的原理. 中央循环管蒸发器的循环管截面积可以是加热管截面积的40％. 加热管的总面积可以计算为n. 循环管的内径用D1表示，则: Di240％n 275mm查表，循环管的外径是两个相邻管的中心线之间的距离，t通常是外径的倍数只要确定加热管的规格，相应的芯距就是一定值. 在选择表（1-2）中，管距为t = 70mm. 通过计算方法计算出加热室的内径和加热管的数量. 具体方法如下: （D12t）2找到D0，然后将其四舍五入. 替代数据为: 174482（337 D0 = 900（mm））用于计算分离室容积V的计算公式为: 其中: V -------分离器容积m3； W --- ---- II在此选择二次蒸汽量Kg / h；即每立方米分离室容积每秒产生的二次蒸汽量U = /（）. 每个效果的大小不同，密度也不同，根据市场计算的分离室的体积也不同，通常最终效果的体积最大，为方便起见，每个分离室的大小效果取相同值，而分离室取较大值，这是第二个效果，因此对于第二效果分离室的体积计算: 3600U3600要选择分离室的高度H =，请代入H上式中获得D =和块.

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