蒸发器的结构与设计

  

  汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝。当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或会严重污染冷却水时，应采用间壁式冷却器，如列管式、板式、螺旋板式及淋水式等热交换器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用非间接接触式冷凝器。二次蒸汽与冷却水非间接接触进行热交换，其冷却效果好、结构相对比较简单、操作便捷、价格低，因此被普遍的使用，故在本设计中选用非间接接触式冷凝器。

  因加热管固定在管板上，考虑到管板厚度占据的传热面积，计算 时的管长用（L-0.1）m。为完成传热任务所需的最小实际管数n只有在管板上排列加热管后才能确定。

  （2）循环管的截面积是根据使循环阻力最好能够降低的原则来考虑的。其截面积可以取加热管总截面积的40％～100％，若以表示 循环管内径，则：

  这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。

  U——蒸发体积强度， ，即每立方米分离室每秒钟产生的二次蒸汽量，一般允许值为 。

  蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到初步分离，但为避免有用的产品损失或污染冷凝液体，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，故气液分离器又称为捕沫器或除沫器。其类型很多，设置在蒸发器分离室顶部的有简易式、惯性式及网式除沫器等，在蒸发器外部的有折流式、旋流式及离心式除沫器等。

  （3）加热室的内径取决于加热管和循环管的规格、数目及在管板上的排列方式。加热管在管板上的排列方式有三角形、正方形、同心圆等，目前以三角形居多。管心距t为相邻两管中心线之间的距离，t一般为加热管外径的1.25-1.5倍。目前在换热器设计中，管心距的数值已经标准化，管子规格确定后，相应的管心距则为定值。

  （5）根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，重新分配有效温度差，重复步骤（3)至（5），直到所求得各效传热面积相等为止。

  中央循环管式蒸发器主体分为加热室和分离室，加热室由直立的加热管束组成，管束中间为一根直径较大的中央循环管；分离室是汽液分离的空间。其主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管和循环管的规格，长度及在花板上的排列方式等。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。我们选取的中央循环管式蒸发器的计算方式如下：

  加热室内径和加热管数采用作图法来确定，具体做法是：先计算管束中心线上管束 ，管子按正三角形排列时，

  （4）分离室的直径和高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度有关。

  蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。

  若蒸发浓度或粘度较大的溶液，可采用降膜蒸发器，它的加热室与升膜蒸发器类似。原料液由加热室顶部加入，经管端的液体分布器均匀地流人加热管内，在溶液本身的重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流，并进行蒸发。为了使溶液能在壁上均匀布膜，且防止二次蒸汽由加热管顶端直接窜出，加热管顶部必须设置加工良好的液体分布器。

  随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现。在工业中常用的间接加热蒸发器分别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、悬框式、外加热式、列文式及强制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。我们要根据蒸发的操作条件及各项要求选择正真适合的蒸发器。我们以中央循环管式蒸发器为例。

  上述各种蒸发器的主要缺点是加热室内滞料量大，致使物料在高温下停滞时间长，特别不适于处理热敏性物料。在膜式蒸发器内，溶液只通过加热室一次即可浓缩到需要的浓度，停滞时间仅为数秒或十余秒钟。操作的流程中溶液沿加热管壁呈传热一)?升膜蒸发器?

  升膜蒸发器的结构如图所示，加热室由单根或多根垂直管组成，加热管长径之比为100～150，管径在25～50mm之间。原料液经预热达到沸点或接近沸点后，由加热室底部引入管内，为高速上升的二次蒸汽带动，沿壁面边呈膜状流动、边进行蒸发，在加热室顶部可达到所需的浓度，完成液由分离器底部排出。二次蒸汽在加热管内的速度不应小于l0m／s，一般为20～50m／s，减压下可高达100～160m／s或更高。??

  （1）根据工艺技术要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝器的压强），蒸发器的形Hale Waihona Puke Baidu、流程和效数。

  （3）根据经验假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。

  （1）加热管通常选用mm5.225×φ，mm5.238×φ，mm5.357×φ等几种规格的无缝钢管，长度一般为2-6m。管子长度的选择应根据溶液结垢的难易程度，溶液的起泡性和厂房的高度等因素综合考虑。本次设计加热管选用mm5.238×φ长度为3 m的无缝钢管。

  蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。

  多效蒸发工艺计算的主要是根据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸汽（生蒸汽）的消耗量，各效溶剂蒸发量，以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸汽的压强和冷凝器中的压强等。