化工原理课程设计三效逆流蒸发器
如图7-6所示降膜式蒸发器。料液由加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。汽液混合物由加热管下端引出，经汽液分离即得完成液。为使溶液在加热管内壁形成均匀液膜，且不便二次蒸汽由管上端窜出，须良好地设计液体分布器。
适用于：粘度大的物料
不适用于：易结晶的物料，固形成均匀的液膜较难，K不高。 （3）升-降膜式蒸发器
蒸发器由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器的底部封头内有一隔板，将加热管束分成两部分。溶液由升膜管束底部进入，流向顶部，然后从降膜管束流下，进入分离室，得到完成液。 适于处理浓缩过程中粘度变化大的溶液、厂房有限制的场合。 （4）刮板薄膜式蒸发器
如图5-11所示。专为高粘度溶液的蒸发而设计。料液自顶部进入蒸发器后，在刮板的搅动下分布于加热管壁，并呈模式旋转向下流动。汽化的二次蒸汽在加热管上端无夹套部分被旋刮板分去液沫，然后由上部抽出并加以冷凝，浓缩液由蒸发器底部放出。
特点：借外力强制料液呈膜状流动，可适应高粘度，易结晶、结垢的浓溶液蒸发
缺点：结构复杂，制造要求高，加热面不大，且需要消耗一定的动力。
（三）其它蒸发器
1 . 直接加热蒸发器（浸没燃烧式）
将一定比例的燃烧气与空气直接喷入溶液中，燃烧气的温度可高达1200～1800℃，由于气、液间的温度差大，且气体对溶液产生强烈的鼓泡作用，使水分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽与烟道气一同由顶部排出。
优点：结构简单，不需要固定的传热面，热利用率高适于处理易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液。不适于处理不能被燃烧气污染与热敏性的溶液。 2.螺旋管蒸发器
在螺旋加热管中，要被蒸发的液体从顶部流向底部，同时，沸腾膜与蒸汽并
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流流动，由于加热管当然螺旋形状，在中等高度的设备中可以容纳很长的管子，经过很长的管道流动中产生的蒸汽对液膜施加一个很高的剪切力。为此，弯曲的螺旋管将引起二次流，二次流被施加在沿管轴的流动上，这此作用可促进湍流并强化高粘情况下的热传递。
适用于达到高浓度和高粘度。为获得高的蒸发比，这类蒸发器在高温度差下和单程操作。
（四）蒸发器的选型
蒸发器的结构形式较多，选用和设计时，要在满足生产任务要求，保证产品质量的前提下，尽可能兼顾生产能力大，结构简单，维修方便与经济性好等因素。
表5-1列出了常见蒸发器的一些重要性能，可供选型的参考。 （五）过程和设备的强化与展望
纵观国内外蒸发装置的研究，概括可分为以下几个方面： 1、开发新型蒸发器；
2、改善蒸发器内液体的流动状况； 3、改进溶液的工艺性质； 4、优化设计和操作。
1.2.2蒸发器的辅助设备
（一）除沫器（汽液分离器）
蒸发操作时产生的二次蒸汽，在分离室与液体分离后，仍夹带大量液滴，尤其是处理易产生泡沫的液体，夹带更为严重。为了防止产品损失或冷却水被污染，常在蒸发器内（或外）设除沫器。图5-12为几种除尘器的结构示意图。图中（a）～（d）直接安装在蒸发器顶部，（e）～（g）安装在蒸发器外部。
（二）冷凝器和真空装置 1. 冷凝器
冷凝器的作用是冷凝二次蒸汽。
冷凝器有间壁式和直接接触式两种。倘若二次蒸汽为需回收的有价值物料
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图5-12 除沫器的主要型式
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或会严重污染水源，则应采用间壁式冷凝器。否则通常采用直接接触式冷凝器。后一种冷凝器一般均在负压下操作，这时为将混合冷凝后的水排出，冷凝器必须设置得足够高，冷凝器底部的长管称为大气腿。
2. 真空装置
当蒸发器在负压下操作时，无论采用哪一种冷凝器，均需在冷凝器后安装真空装置。
需要指出的是，蒸发器中的负压主要是由于二次蒸汽冷凝所致，而真空装置仅是抽吸蒸发系统泄漏的空气、物料与冷却水中溶解的不凝性气体和冷却水饱和温度下的水蒸汽等，冷凝器后必须安真空装置才能维持蒸发操作的真空度。常用的真空装置有喷射泵、水环式真空泵、往复式或旋转式真空泵等。
1.3三效蒸发工艺流程
采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。
1.3.1多效蒸发流程
1.并流流程 即加热蒸气和原料液均顺次流经各效。这种加料的特点是前一效到后一效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度会随效数的增加而增大，使传热系数逐效下降，所以并流加料不适宜处理随浓度增加而增加较高的物料。
2.逆流流程 即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度随温度变化较大的物料。
3.平流流程 即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
4.错流流程 本流程的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。兼有并、逆流的优点，但是 操作复杂，适于料液粘度随浓度显著增加的场合。
由于本次设计所处理的物料为烧碱溶液，才用一般的并流操作即可。
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1.3.2工艺流程图
2、工艺计算与主体结构计算
2.1三效蒸发工艺计算 2.1.1三效蒸发器设计流程
用试差法求解的具体计算采取以下步骤：
1、设各效蒸发量W1 ,W2，…和各效压力p1，p2，…为初值。各效蒸发量的初值可按各效蒸发量相等的原则确定，也可以根据具体蒸发过程的经验数据确定。各效的操作压力可按各效压差相等计算，即取相邻两效间的压差相等计算。
2、根据各效蒸发量的初值，应用物料衡算就确定各效溶液溶液浓度xi。 3、根据各效压力的初设值与计算出的溶液浓度xi，确定各效的温度差损失Δi和溶液沸点Ti。
4、应用热量衡算，解出加热蒸汽用量D与各效蒸发量W1 ,W2，…。 5、应用传热速率方程式，计算各效所需的传热面积Ai。
6、检验各效蒸发量的计算值和初设值是否相等，各效传热面积是否相等，如果不相等，重设初值，重新计算。
一、物料衡算
第一效，设溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
Fx0?(F?W1)x1
水分蒸发量： W?F(1?x0) x1完成液的浓度： x1?式中：
F—原料液量，kg/h；
Fx0 F?W110 / 37
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W—蒸发水量，kg/h；
w0—原料液中溶质的浓度，质量分数； w1—完成液中溶质的浓度，质量分数。 第二效，同第一效，
(F?W1)x1?(F?W1?W2)x2 完成液的浓度： x2?
二、热量衡算
第一效，对蒸发器作热量衡算，当加热蒸汽在饱和温度下排出时，
D1r1?W1r1'?Fc0(T1?T0)
(F?W1)x1
F?W1?W2即 W1?D1r1?Fc0(T1?T0) 'r1式中 D —加热蒸汽消耗量，kg/h； r —加热蒸汽的冷凝热，J/kg； r'—水的汽化热，J/kg ；
c0—原料液的平均质量热容，J/（kg×K） ；
T—温度，（℃）
考虑到稀释热和热损失，需要引入热利用系数η，则： W1?D1r1?Fc0(T1?T0)η1
r1'溶液稀释热越大，η越小，对于NaOH溶液，可以利用下列经验公式计算： η= 0.98-0.007Δx
其中Δx为溶液在蒸发器中浓度的增高值，以质量分数表示。
第二效，同第一效，
W1r1'?W2r2'?(F?W1)c1(T2?T1)
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