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（2） 逆流法
图2 三效蒸发逆流加料流程
如图2所示，原料液由末效流入，而由泵打入前一效。逆流法的优点在于溶液的浓度愈大时蒸发的温度亦愈高，使各效溶液均不致出现粘度太大的情况，因而传热系数也就不致过小。其缺点是，除进入末效的溶液外，效与效之间皆需用泵输送溶液，且各效进料温度（末效除外）都较沸点为低，故与并流法比较，所产生的二次蒸汽量减少。 （3） 平流法
图3 三效蒸发平流加料流程
此法是按各效分别进料并分别出料的方式进行的，如图3所示。此法适用于在蒸发过程中同时有结晶体析出的场合。例如食盐溶液，当蒸发至27%左右的浓度即达饱
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和，若继续蒸发，就有结晶析出；此结晶不便在效与效之间输送，故可采用此种流程将含结晶的浓溶液自各效分别取出。
（4） 错流法
此法的特点是在各效间兼用并流和逆流加料法。例如在三效蒸发设备中，溶液的流向可为3 1 2或2 3 1。此法的目的是利用以上并流法和逆流法的优点，克服或减轻二者的缺点，但其操作比较复杂。
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气加以利用。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。
1.3 蒸发操作的特点
从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发时间壁两侧分别为蒸气冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，蒸发操作又有如下特点 :
(1)沸点升高 蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在港台压力下溶液的蒸气压较同温度下纯溶剂的蒸气压低，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升高。在加热蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。
(2)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析出晶体，或易于结垢；有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发工艺设计时必须要考虑的问题。
(3)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气。如何充分利用热量，提高加热蒸气的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。
1.4蒸发设备
蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分汽化，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，接近于完成液的浓度。操作稳定。此类蒸发器主要有：
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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 其中，前四种为自然循环蒸发器。 （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。
优点：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。
缺点：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。
此类蒸发器主要有:
a.升膜式蒸发器 b.降膜式蒸发器 c.刮板式蒸发器
2设计条件及设计方案说明
2.1设计方案的确定以及蒸发器选型
本次设计要求采用中央循环管式蒸发器，在工业上被称为标准蒸发器（如图4所示）。其特点是结构紧凑，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。它的加热室由垂直的加热管束组成，在管束中央有一根直径很大的管子，称为中央循环管。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。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1～2m；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。
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在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，每效分配到的温差不能小于5～7℃。通常，对于沸点升高较大的电解质溶液，应采取2～3效。由于本次设计任务是处理KNO3溶液。这种溶液是一种沸点升高较大的电解质，故选用三效蒸发器。另外，由于KNO3溶液是一种粘度不大的料液，故多效蒸发流程采用并流操作。
多效蒸发器工艺设计的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸气(生蒸气)的消耗量，各效溶剂蒸发量以及各效的传
热面积等。多效蒸发器的计算一般采用迭代计算法。
图4 中央循环管式蒸发器
2.2工艺流程简介
图5 蒸发工艺流程简图
如图5所示，20℃的原料液三台列管式换热器换热后达到泡点进入第Ⅰ效蒸发器，在
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生蒸汽的给热下蒸发大量水蒸气形成二次蒸汽，同时生蒸汽损失热量发生相变冷凝成水，但此时其温度仍很高，是品味很高的热源，可做为第Ⅲ换热器的热流体，由并流加料法的特点知第Ⅱ效蒸发器压力较第Ⅰ效为低，故第Ⅰ效中产生的大量二次蒸汽作为第Ⅱ效的加热蒸汽进入第Ⅱ效，经加热料液冷凝成冷凝水，但较第Ⅰ效的冷凝水温度为低，作为第Ⅱ换热器的热源对原料液进行预热。第Ⅱ效料液的沸点较第Ⅰ效为低，故第Ⅰ效的完成液一进入第Ⅱ效便成过热状态而立即蒸发出大量二次蒸汽，同理，该二次蒸气作为加热蒸汽进入第Ⅲ效蒸发器，其冷凝水温度进一步降低，只能作为第Ⅰ 换热器的热源，对常温下的原料液进行初步的预热。第Ⅲ效蒸发器的二次蒸汽经冷却器冷却，冷凝成水后回收利用。从第三效蒸发器出来的料液已达到所需浓度要求，可输送到储槽储存利用。为实现能量利用的最大化，选择泡点进料，但经换热器Ⅰ～Ⅲ预热后的原料液无法达到泡点，故用高温的过热蒸汽在换热器Ⅳ中对原料液进行进一步加热使其达到泡点。
3. 物性数据及相关计算
3.1蒸发器设计计算
图6 并流加料三效蒸发的物料衡算及热量衡算图
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三效蒸发器相关课程设计
