化工原理课程设计
–––––三效蒸发装置设计
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指导老师:
- 1 -
化工原理课程设计任务书
设计题目：三效标准（外加热）式蒸发器的设计
原始数据：
1、
处理量（kg/h）：
3500
2、
初始温度（�C）：
20
3、
初始浓度（%）：
10
4、
完成液浓度（%）：
45
工艺特点：
1、
并流操作；
2、
进料温度；
3、
抽出额外蒸汽量：
E1=0；E2=0；
4、
加热蒸汽压强（kg/cm
2
绝压）
6
5、
末效真空度（mmHg 表压）
620
设计内容：
1、
蒸发器的工艺计算和结构设计
2、
混合冷凝器的设计或选型
3、
预热器的设计或选型
4、
泵的设计或选型
设计要求：
1、
画一张详细（最好带控制点的）工艺流程图
2、
编写一份规范的设计说明书
目录
第一章 蒸发装置的设计…………………………………………………………( 1 )
第一节 设计方案简介…………………………………………………………( 2 )
第二章 工艺流程草图及说明…………………………………………………… ( 4 )
第三章 工艺计算及主体结构计算………………………………………………( 5 )
第一节 多效蒸发的工艺计算…………………………………………………( 5 )
第二节 蒸发器的主要结构尺寸计算……………………………………………… ( 14 )
第四章 蒸发装置的辅助设备……………………………………………………( 19 )
第五章 主要设备强度计算及校核………………………………………………( 22 )
第六章 设计一览表及总结………………………………………………………( 23 )
参考文献……………………………………………………………………………………( 25 )
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第一章 蒸发装置的设计
本章符号说明
英文字母 希腊字母
c
— 比热容，kJ/(㎏·℃)； — 对流传热系数，W/(m
2
·℃)；
d — 管径, m； — 温度差损失，℃；
D — 直径, m； — 有限差值；
D — 加热蒸汽消耗量, kg/h； — 误差；
e — 单位蒸汽消耗量, kg/kg； — 热损失系数；
f — 校正系数； — 阻力系数；
F — 进料量, kg/h； — 导热系数，W/(m·℃)；
g — 重力加速度, m/s
2
； — 黏度，Pa·s；
h — 高度, m； — 密度，kg/ m
3；
H — 高度, m； — 总和；
k — 杜林线的斜率； — 系数。
K — 总传热系数, W/(m
2
·℃)； 下标
L — 液面高度，m； 1、2、3 — 效数的序号；
L — 淋水板间距, m； 0 — 进料量；
n — 效数； A — 仅考虑溶液蒸汽压降低；
n — 管数； i — 内侧的；
n — 第n效，效数序号； K — 冷凝器的；
p — 压强, Pa； L — 溶液的；
q — 热通量, W/ m
2
； m — 平均；
Q — 传热速度, W； o — 外侧的；
r — 汽化热, kJ/㎏； p — 压强；
R — 热阻, m
2
·℃/W； s — 污垢的；
S — 传热面积, m
2
；
s — 秒；
t — 溶液的沸点, ℃； V — 蒸汽的；
t — 管心距, m； W — 水的；
T — 蒸汽的温度, ℃； w— 壁面的。
u — 流速, m/s； 上标
U — 蒸发强度, kg/( m
2
·h)； △′— 二次蒸汽的；
V — 体积流量, m3/s； △′— 因溶液蒸汽压下降而引起的；
W — 蒸发量, kg/h； △″— 因液柱静压强而引起的；
W — 质量流量, kg/s；
x — 溶液的质量分数
�
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第一节 设计方案简介
蒸发操作是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，将其中的挥发性溶剂部分溶化，目的主
要是获得浓缩的溶液，有时也为得到纯净的溶剂。蒸发装置的设计任务是：确定蒸发的操作
条件、蒸发器的形式及蒸发流程；进行工艺计算，确定蒸发器的传热面积及结构尺寸。
一、 蒸发器的类型与选择
随着工业技术的发展，新型蒸发器不断出现。在工业中常用的间接加热蒸发器分为循环
型和单程型两大类。循环型的蒸发器中有中央循环管式、悬筐式、外加热式、列文式及强制
循环式等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升—
降膜式及刮板式等。本次实验主要探讨外加热式循环蒸发器，其结构特点和适用的场合如表1
-1所示。
表1-1 外加热蒸发器的结构特点与性能
形
式
结构特点
优点
缺点
外
加
热
式
料液在加热管中沸腾形成汽液两相流，与管中未
沸腾的料液间产生密度差，从而产生溶液的循环
。由于循环管在加热室外部，使溶液循环具有较
大的推动力
1、 便于清洗和更换，同
时降低了蒸发器总高
度
2、 循环速度大，加热面
积不受限制，可达数
百甚至上千平方米，
并可设置多个加热器
加热管较长，有
效温度差要求较
大，限制了多效
使用
随着医药、生物、食品等工业的飞速发展，蒸发设备及蒸发技术不断改进和创新。其发展趋
势大致有如下几个方面。
（一）开发新型、高效蒸发器
新型、高效蒸发器的研究开发有如下途径：
1、研制设备更加紧凑，提高液体速度，增加液膜湍动，缩短料液在设备中停留时间胡高
效、节能型蒸发器。2、通过改进加热表面形状来提高加热效果。3、在蒸发器中插入不同形
式的湍流元件，可使沸腾液体侧的对流传热系数提高50%以上。4、不同结构蒸发器的组合，
如长管降膜——短管自然循环组合式蒸发器，不但提高了传热速率，而且减缓胃结垢速率。
（二）蒸发与其他单元操作相结合
将蒸发与其他化工单元操作结合，构成集成式的工艺流程，如蒸发干燥、蒸发分馏、蒸
发结晶等。其中最具代表性胡是强制循环蒸发结晶器及奥斯陆型蒸发结晶器，可在一个系统
同时完成加热、蒸发及结晶等过程。
（三）蒸发器传热的强化及防除垢技术
蒸发器传热的强化及防除垢技术是科研工作者关注的课题之一。目前研究成果有：1、在
蒸发器内插入多种形式的湍流元件，通过改变加热表面形状或其他增加液膜湍动措施来强化
传热，并减缓结垢；2、通过改变料液性质来提高传热效果，如加入适当的表面活性剂可使总
传热系数成倍提高；加入适当阻垢剂，则可抑制结垢；3、气——液——
固三相流化床蒸发器在蒸发中的防除垢及强化传热效果十分显著，具有高效、多功能、易操
