湖南师范大学。
化工原理》课程设计说明书。
设计题目年产量112000吨naoh水溶液蒸发装置的设计
学生姓名周鹏。
指导老师罗大志。
学院树达学院。
学号200721180135
专业班级07制药工程1班
完成时间2023年10月。
化工原理》课程设计成绩评定栏。
说明： 评定成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(<60)
目录。1前言1）
2设计任务2）
2.1设计任务2）
2.2操作条件2）
3设计条件及设计方案说明3）
4物性数据及相关计算3）
4.1估计各效蒸发量和完成液浓度3）
4.2估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差………4）
4.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算………7）
4.4蒸发器传热面积的估算8）
4.5有效温度的再分配8）
4.6重复上述计算步骤9）
4.7计算结果列表12）
5主体设备计算和说明12）
5.1加热管的选择和管数的初步估计………13）
5.2循环管的选择13）
5.3加热管的直径以及加热管数目的确定………13）
5.4分离室直径和高度的确定15）
5.5接管尺寸的确定16）
6附属设备的选择18）
6.1气液分离器18）
6.2蒸汽冷凝器18）
7三效蒸发器主要结构尺寸和计算结果………20）
8参考文献22）
9后记及其他22）
10附录23)
1 前言。蒸发器可广泛用于医药、食品、化工、轻工等行业的水溶液或有机溶媒溶液的蒸发，特别适用于热敏性物料(例如中药生产的水、醇提取液等)。同时，蒸发操作也可对溶剂进行**。
蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。蒸发有它独特的特点：从传热方面看，原料液和加热蒸气均为相变过程，属于恒温传热；从溶液特点分析，有的溶液有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合、粘度高，腐蚀性强；从传热温差上看，因溶液蒸气压降低，沸点增高，故传热温度小于蒸发纯水的温度差；从泡沫夹带情况看 ，二次蒸气夹带泡沫。
需用辅助仪器除去；从能源利用上分析，可以对二次蒸气重复利用……这就要求我们从五个方面考虑蒸发器的设计。
随着工业蒸发技术的发展，蒸发器的结果和型式也不断的改进。目前，蒸发器大概分为两类：一类是循环型，包括**循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；另一类是单程型，包括升膜式、降膜式、升—降膜式等。
这些蒸发器型式的选择，要多个方面综合得出。
现在化工生产实践中，为了节约能源、提高经济效益，很多厂家采用的蒸发设备是多效蒸发。因为这样可以降低蒸气的消耗量，从而提高蒸发装置的各项热损失。多效蒸发流程可分为：
并流流程、逆流流程、平流流程以及错流流程。在选择型式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。
通过上学期学习《化工原理》和本学期学习《化工原理课程设计》，我对蒸发器有了一定的了解和熟悉。我相信这些基础理论知识能帮助我很好的完成本次课程设计任务。虽然不可避免地会遇到很多的问题与困难，但是我将在解决问题中收获很多！
我一定认真地完成好，让自己可以有更大的提高！
2.设计任务。
2.1设计任务。
1）蒸发器处理能力为年产112000吨naoh水溶液；
2）每年按照300天计，每天24小时；
3）naoh水溶液的原料浓度为12％，完成液体浓度为30％；
4）蒸发器的设备形式为**循环式管式蒸发器；
5）厂址选为长沙地区。
2.2操作条件。
1）加热汽压力为500 kpa（绝热），冷凝器的绝压为20 kpa（绝热）；
2）各效蒸发器的总传热系数分别为。
k1=1800 w/（m2·℃）k2=1200 w/（m2·℃）k3=600 w/（m2·℃）
3）三效蒸发器中各效平均密度依次为。
1120 kg/m kg/m kg/m3；
4）原料液的比热容为3.77 kj /（kg/0c），原料液温度为第一效沸点温度；
5）蒸发器中溶液的液面高度为1.2 m；
6）各效加热蒸发汽的冷凝液在饱和温度下排出，忽略热损失。
3设计条件及设计方案说明。
本次设计要求采用**循环管式蒸发器，在工业上被称为标准蒸发器。其特点是结构紧凑、制造方便、操作可靠等。它的加热室由一垂直的加热管束构成，在管束**有一根直径较大的管子，为**循环管。
在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，每一效的温差不能小于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naoh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naoh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。
4 物性数据及相关计算。
4.1估计各效蒸发量和完成液浓度。
年产量：112000吨 ，且每年按照300天计算，每天24小时。
总蒸发量：因并流加料，蒸发中无额外蒸气引出，可设。
4.2 估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差。
设各效间压力降相等，则总压力差为。
各效间的平均压力差为。
由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，即。
由各效的二次蒸气压力，从手册中可查得相应的二次蒸气的温度和气化潜热列于下表中。
表4.1 二次蒸气的温度和气化潜热。
1)各效由于溶液沸点而引起的温度差损失。
根据各效二次蒸气温度(也即相同压力下水的沸点)和各效完成液的浓度，由水溶液的点杜林线图可查得各效溶液的沸点分别为。
则各效由于溶液蒸气压下降所引起的温度差损失为。
所以 2)由于液柱静压力而引起的沸点升高(温度差损失）
为简便计算，以液层中部点处的压力和沸点代表整个液层的平均压力和平均温度，则根据流体静力学方程，液层的平均压力为。
所以。由平均压力可查得对应的饱和温度为。
所以。3）由流动阻力而引起的温度差损失
取经验值，即，则。
故蒸发装置的总温度差损失为。
4）各效料液的温度和有效总温差。
由各效二次蒸气pi＇及温度差损失，即可由下式估算各效料液的温度，有效总温度差。
由手册可查得500kpa饱和蒸汽的温度为、气化潜热为，所以。
4.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算。
第ⅰ效的热量衡算式为。
对于沸点进料，，考虑到naoh溶液浓缩热的影响，热利用系数计算式为。
所以 第ⅱ效的热量衡算式为。
对于第ⅲ效，同理可得。
又因为。联解上面各式，可得。
4.4蒸发器传热面积的估算。
误差为，误差较大，应调整各效的有效温度差，重复上述计算过程。
4.5有效温度的再分配。
重新分配有效温度差，可得。
4.6重复上述计算步骤。
1）计算各效料液
由所求得的各效蒸发量，可求各效料液的浓度，即。
2）计算各效料液的温度
因末效完成液浓度和二次蒸气压力均不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液的温度仍为， 即。
则第ⅲ效加热蒸汽的温度（也即第ⅱ效料液二次蒸气温度)为。
由第ⅱ效二次蒸气的温度（）即第ⅱ效料液的浓度（0.196）查杜林线图，可得第ⅱ效料液的沸点为。有液柱静压力及流动阻力而引起的温度差损失可视为不变，故第ⅱ效料液的温度为。
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