化工原理蒸發(fā)

第5章蒸發(fā)5.0概述5.1蒸發(fā)設(shè)備5.2單效蒸發(fā)5.3多效蒸發(fā)2/4/202315章蒸發(fā)5.0概述在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或物理性操作過(guò)程經(jīng)常得到一些含溶質(zhì)的稀溶液，為了得到符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，常將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。5.0.1蒸發(fā)分離的依據(jù)利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實(shí)現(xiàn)分離。2/4/202325章蒸發(fā)5.0.2蒸發(fā)操作的目的獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品脫除溶劑。此過(guò)程常伴隨有結(jié)晶過(guò)程去除雜質(zhì)。2/4/202335章蒸發(fā)5.0.3蒸發(fā)操作的應(yīng)用在工業(yè)上，有三種情況：(1)制取液體產(chǎn)品。燒堿生產(chǎn)，蒸發(fā)18%的NaOH，到32%，作為成品堿；(2)生產(chǎn)固體產(chǎn)品。將稀溶液濃縮達(dá)到飽和狀態(tài)，然后冷卻使溶質(zhì)結(jié)晶與溶液分離，從而獲得固粒產(chǎn)品。例如，食鹽精制、制糖、制藥等。(3)制取純?nèi)軇２捎谜舭l(fā)方法使溶劑汽化并冷凝，使不揮發(fā)性雜質(zhì)分離而得到純?nèi)軇?，例如海水淡化制取淡水等。本章僅討論水溶液的蒸發(fā)。2/4/202345章蒸發(fā)用來(lái)進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器和冷凝器，基本流程如圖。蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，由加熱室和分離室兩部分組成。冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。

5.0.4蒸發(fā)的流程冷凝水加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液水冷卻水不凝性氣體1.加熱室2.加熱管3.中央循環(huán)管4.分離室5.除沫器6.冷凝器2/4/202355章蒸發(fā)蒸發(fā)操作時(shí)，溶液由分離室底部加入，沿中央循環(huán)管流向加熱室，在加熱室垂直管束內(nèi)通過(guò)時(shí)與飽和蒸汽間接換熱，被加熱至沸騰狀態(tài)，汽液混合物沿加熱管上升，達(dá)到分離室時(shí)蒸汽與溶液分離。為與加熱蒸汽相區(qū)別，產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽，二次蒸汽進(jìn)入冷凝器被除去。溶液仍在中央循環(huán)管與加熱管中進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)達(dá)到濃度要求后稱為完成液，從蒸發(fā)器底部排出。冷凝水加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液水冷卻水不凝性氣體1.加熱室2.加熱管3.中央循環(huán)管4.分離室5.除沫器6.冷凝器2/4/202365章蒸發(fā)5.0.5蒸發(fā)的分類按操作壓強(qiáng)分：加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：1.減壓下溶液沸點(diǎn)t1降低，使蒸發(fā)器的傳熱推動(dòng)力Δt=T-t1增大，因而，對(duì)一定的傳熱量Q，可節(jié)省蒸發(fā)器的傳熱面積S。2.蒸發(fā)操作的熱源可采用低壓蒸汽或廢熱蒸汽，節(jié)省能耗。P↓,T↓,Δt一定，Q不變3.適于處理熱敏性物料，即在高溫下易分解、聚合或變質(zhì)的物料。4.減少蒸發(fā)器的熱損失。真空操作的缺點(diǎn)：1.溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增大，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)下降2.動(dòng)力消耗大。因需要有造成減壓的裝置。2/4/202375章蒸發(fā)按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)、沸騰蒸發(fā)自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點(diǎn)的溫度條件下汽化。汽化只在溶液表面進(jìn)行，汽化面積小，傳熱速率低，汽化速率低沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液的各個(gè)部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高按二次蒸汽是否被利于分：?jiǎn)涡д舭l(fā)、多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作多效蒸發(fā)：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作本章討論沸騰傳熱2/4/202385章蒸發(fā)5.0.6蒸發(fā)的特點(diǎn)蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是傳熱。蒸發(fā)器也是一種換熱器。蒸發(fā)具有下述特點(diǎn)：傳熱性質(zhì)：傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè)為溶液進(jìn)行沸騰，故屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過(guò)程。溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過(guò)程中有晶體析出、易結(jié)垢和產(chǎn)生泡沫；溶液的粘度在蒸發(fā)過(guò)程中逐漸增大，腐蝕性逐漸加強(qiáng)。這些性質(zhì)將影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)。2/4/202395章蒸發(fā)溶液沸點(diǎn)的改變(升高)：含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下純水的低，即在相同的壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，所以當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差，兩者之差稱為溫度差損失，而且溶液濃度越高，溫度差損失越大泡沫挾帶：二次蒸汽中常挾帶大量泡沫，冷凝前必須設(shè)法除去。否則既損失物料，又污染冷凝設(shè)備。能源利用：蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽，含有許多潛熱，應(yīng)合理利用這部分潛熱。2/4/2023105章蒸發(fā)5.1蒸發(fā)設(shè)備5.1.1常用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)蒸發(fā)器組成：加熱室：加熱溶液使之汽化分離室：分離二次蒸汽和完成液化工生產(chǎn)中常用的間接加熱蒸發(fā)器按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的流動(dòng)情況，分為兩大類：循環(huán)型(非膜式)單程型(膜式)2/4/2023115章蒸發(fā)5.1.1.1循環(huán)型(非膜式)蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，溶液濃度接近于完成液濃度。根據(jù)引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因，分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn)生密度差而引起的循環(huán)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)制循環(huán)：依靠外力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng)2/4/2023125章蒸發(fā)1.中央循環(huán)管式(標(biāo)準(zhǔn)式)蒸發(fā)器加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)隙內(nèi)溶液：管內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：溶液循環(huán)好傳熱效率高結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠缺點(diǎn)：循環(huán)速度低溶液粘度大、沸點(diǎn)高不易清洗適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性小的溶液2/4/2023135章蒸發(fā)2.懸筐式蒸發(fā)器加熱蒸汽：管間溶液：管內(nèi)優(yōu)點(diǎn)：溶液循環(huán)速度高，改善了管內(nèi)結(jié)構(gòu)情況傳熱速率較高缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高占地面積大加熱管內(nèi)溶液滯留量大適于處理易結(jié)垢，有晶體析出的溶液2/4/2023145章蒸發(fā)3.外熱式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：降低了整個(gè)蒸發(fā)器的高度，便于清洗和更換循環(huán)速度較高，使得對(duì)流傳熱系數(shù)提高結(jié)垢程度小適于處理易結(jié)垢、有晶體析出、處理量大的溶液2/4/2023155章蒸發(fā)4.列文蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)阻力小循環(huán)速度高傳熱效果好加熱管內(nèi)不易堵塞缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高廠房高，耗用金屬多適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液2/4/2023165章蒸發(fā)5.強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度高晶體不易粘結(jié)在加熱管壁對(duì)流傳熱系數(shù)高缺點(diǎn)：動(dòng)力消耗大對(duì)泵的密封要求高加熱面積小適于處理粘度大，易結(jié)垢、有晶體析出的溶液。2/4/2023175章蒸發(fā)5.1.1.2單程型(膜式)蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液只通過(guò)加熱管一次蒸發(fā)即可達(dá)到要求的濃度。特點(diǎn)：溶液停留時(shí)間短，操作時(shí)沿加熱管壁呈膜狀流動(dòng)，由于操作要求成薄膜流動(dòng)且一次蒸發(fā)完成，因此對(duì)設(shè)計(jì)和操作要求嚴(yán)格。適用于：熱敏性物料的蒸發(fā)。2/4/2023185章蒸發(fā)1.升膜蒸發(fā)器適于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液，熱敏性和易生泡沫的溶液；不適于濃度高、粘度大、有晶體析出溶液的蒸發(fā)。2/4/2023195章蒸發(fā)2.降膜蒸發(fā)器需設(shè)置良好的液體分布器，以保證溶液均勻成膜和防止二次蒸汽從加熱管頂部穿出。常用的膜分布器見P299圖5-7。適于處理濃度、粘度較大的溶液不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。2/4/2023205章蒸發(fā)3.升－降膜式蒸發(fā)器適于處理濃縮過(guò)程中粘度變化大的溶液、廠房有限制的場(chǎng)合。2/4/2023215章蒸發(fā)4.刮板薄膜蒸發(fā)器缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，傳熱面積小，處理能力低。適于處理易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度的溶液2/4/2023225章蒸發(fā)5.1.1.3直接加熱蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要固定的傳熱面，熱利用率高適于處理易結(jié)垢、易結(jié)晶或有腐蝕性的溶液。不適于處理不能被燃燒氣污染及熱敏性的溶液。2/4/2023235章蒸發(fā)5.1.2蒸發(fā)器的輔助設(shè)備蒸發(fā)器的輔助設(shè)備主要包括除沫器和冷凝器。1.除沫器目的：用于去除二次蒸氣中的霧沫和液滴，防止有用產(chǎn)品的損失或冷凝液污染冷凝器。安裝位置：分離室頂部或蒸發(fā)器外部。2/4/2023245章蒸發(fā)2.冷凝器和真空裝置冷凝器的作用：將二次蒸汽冷凝成水后排出。冷凝器分類：間壁式和直接接觸式兩類。當(dāng)二次蒸氣為有價(jià)值的產(chǎn)品需要回收，或會(huì)嚴(yán)重污染冷卻水時(shí)，應(yīng)采用間壁式冷凝器；否則可采用直接接觸式冷凝器。真空裝置作用：將冷凝液中的不凝性氣體抽出，維持蒸發(fā)操作所需的真空度。真空裝置適于：蒸發(fā)器采用減壓操作；真空裝置安裝位置：冷凝器后常用的真空裝置：噴射泵、往復(fù)式真空泵以及水環(huán)式真空泵等。2/4/2023255章蒸發(fā)5.1.3蒸發(fā)器的選型蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，選用時(shí)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程的蒸發(fā)任務(wù)，選擇適宜的蒸發(fā)器型式。選型時(shí)，一般考慮以下原則：溶液的粘度：蒸發(fā)過(guò)程中，溶液粘度變化的情況，是選型時(shí)很重要的因素。高粘度的溶液應(yīng)選用對(duì)其適應(yīng)性好的蒸發(fā)器，如強(qiáng)制循環(huán)型、降膜式、刮板攪拌薄膜式等；溶液的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差的物料，應(yīng)選用滯料量少，停留時(shí)間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器2/4/2023265章蒸發(fā)有晶體析出的溶液：選用溶液流動(dòng)速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在加熱管內(nèi)停留時(shí)間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器易發(fā)泡的溶液：泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應(yīng)選用溶液湍動(dòng)程度劇烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)式、升膜式等；條件允許時(shí)，也可將分離室加大。有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質(zhì)制成，或內(nèi)壁襯以耐腐蝕材料。若溶液不怕污染，也可采用浸沒燃燒蒸發(fā)器2/4/2023275章蒸發(fā)易結(jié)垢的溶液：蒸發(fā)器使用一段時(shí)間后，就會(huì)有污垢產(chǎn)生，垢層的導(dǎo)熱系數(shù)小，從而使傳熱速率下降。應(yīng)選用便于清洗和溶液循環(huán)速度大的增大器，如懸筐式、強(qiáng)制循環(huán)式、浸沒燃燒式等溶液的處理量：溶液的處理量也是選型時(shí)應(yīng)考慮的因素。處理量小的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處理量大的，選用尺寸適宜的多效蒸發(fā)。不同類型的蒸發(fā)器，各有特點(diǎn)，對(duì)溶液的適應(yīng)性也不相同，見P302表5-1。2/4/2023285章蒸發(fā)5.2單效蒸發(fā)5.2.1溶液的沸點(diǎn)和溫度差損失1.溶液的沸點(diǎn)含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下純水的低，即在相同的壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，所以當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差，兩者之差稱為溫度差損失，而且溶液濃度越高，溫度差損失越大蒸發(fā)溶液溫度差：Δt=T-t蒸發(fā)純水溫度差：ΔtT=T-T′∵P一定時(shí)，t>T′∴

Δt<ΔtT2/4/2023295章蒸發(fā)2.溫度差損失造成溫度差損失的主要原因是：(1)因溶質(zhì)存在，使溶液沸點(diǎn)升高導(dǎo)致與純水沸點(diǎn)之差Δ’

；(2)蒸發(fā)器操作時(shí)需維持一定液位，因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而使沸點(diǎn)升高Δ’’；(3)二次蒸汽由蒸發(fā)器分離室流動(dòng)到冷凝器(或下一效蒸發(fā)器加熱室)時(shí)產(chǎn)生壓強(qiáng)降，導(dǎo)致的溫度差損失Δ’’’(若T′指分離室溫度時(shí)，Δ’’’=0)?？偟臏囟炔顡p失為三項(xiàng)之和，即Δ=Δ’+Δ’’+Δ’’’2/4/2023305章蒸發(fā)1).因溶液蒸汽壓下降所引起的溫度差損失Δ′

設(shè)tA為僅考慮因溶質(zhì)存在時(shí)引起蒸汽壓下降時(shí)溶液的沸點(diǎn)，則Δ′=tA-T′。Δ值的大小與溶液的種類、濃度以及操作壓強(qiáng)有關(guān)，通常采用兩種方法計(jì)算：(1).經(jīng)驗(yàn)估算法(吉辛科法)對(duì)常壓下由于蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高Δa′進(jìn)行修正用于操作壓強(qiáng)下的溫度差損失。

Δ′=fΔa′

2/4/2023315章蒸發(fā)Δ′=fΔa′

式中：

Δa′—

常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高，Δa′=tA-100；

tA

—

常壓下溶液的沸點(diǎn)，℃，其值可從有關(guān)手冊(cè)查得；

f

—

校正系數(shù)，無(wú)因次，f=0.0162(T′+273)2/r′

T′，r′—分別為實(shí)際操作壓強(qiáng)下二次蒸汽溫度，℃和汽化潛熱，kJ/kg。2/4/2023325章蒸發(fā)(2).杜林規(guī)則法(直線規(guī)則法)杜林規(guī)則：說(shuō)明溶液的沸點(diǎn)和相同壓強(qiáng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液沸點(diǎn)之間呈線性關(guān)系。由于純水在各種壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)容易獲得，故一般選用純水為標(biāo)準(zhǔn)溶液，只要知道溶液和水在兩個(gè)不同壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)，在直角坐標(biāo)圖中以溶液沸點(diǎn)為縱標(biāo)，以純水沸點(diǎn)為橫標(biāo)，以溶液濃度為參數(shù)，即可得到一條直線。由此直線即可求得該溶液在其它壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)。溶液沸點(diǎn)，℃tA′tA純水沸點(diǎn)，℃tW′tWC%2/4/2023335章蒸發(fā)溶液沸點(diǎn)，℃純水沸點(diǎn)，℃C%求解方法有兩種：①查圖法已知p→T′→tA→Δ′=tA-T′②截距法在圖中杜林直線上任選兩點(diǎn)M、N，其對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)分別為pM、pN，對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)下溶液的沸點(diǎn)、水的沸點(diǎn)分別為tA

、tW

、tA′、tW′，如圖：tAT′tA′tAtW′tWMN則直線斜率為：2/4/2023345章蒸發(fā)若某壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)tW=0，則上式整理成截距計(jì)算式為：tA=tA′-ktW′=ym濃度不同的溶液之杜林直線互不平行，但斜率k與截距ym均為溶液質(zhì)量濃度x，即：

k=f(x)

ym=g(x)如NaOH水溶液：

k=1+0.142x

ym=150.75x2-2.71x2/4/2023355章蒸發(fā)計(jì)算過(guò)程：據(jù)質(zhì)量濃度x計(jì)算k,ym代入截距方程ym=tA′-ktW′解的tA′Δ′=tA′-tW′2/4/2023365章蒸發(fā)例7-2在中央循環(huán)管蒸發(fā)器內(nèi)將NaOH水溶液由10％濃縮到20％，求：(1)利用經(jīng)驗(yàn)估算法計(jì)算50kPa時(shí)溶液的沸點(diǎn)(2)利用杜林直線采用查圖法計(jì)算50kPa時(shí)溶液的沸點(diǎn)(3)利用杜林直線采用截距法計(jì)算50kPa時(shí)溶液的沸點(diǎn)解:(1)查P358附錄二十一得20％NaOH水溶液在101.33kPa下沸點(diǎn)升高值為Δa’=8.5℃查P338附錄十得50kPa時(shí)水的飽和溫度為T’=81.2℃，水的汽化熱r’=2304.5kJ/kg∴Δ’=fΔa’=0.8819×8.5=7.5℃溶液沸點(diǎn)：tA=Δ’+T’=7.5+81.2=88.7℃2/4/2023375章蒸發(fā)(2)據(jù)50kPa下水的沸點(diǎn)為81.2℃，查P296“NaOH水溶液的杜林線圖”的20％直線，得縱標(biāo)，即溶液沸點(diǎn)tA′=88℃(3)NaOH水溶液杜林直線：

k=1+0.142x=1+0.142×0.2=1.028

ym=150.75x2-2.71x=150.75×0.22-2.71×0.2=5.488∵ym=tA′-ktW′∴

tA′=ym+

ktW′=5.488+1.028×81.2＝88.96℃2/4/2023385章蒸發(fā)2).因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失Δ’’

某些蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)積有一定高度的液位，使得液面以下液體承受更大的壓強(qiáng)，因而導(dǎo)致沸點(diǎn)升高。液層內(nèi)部沸點(diǎn)與表面沸點(diǎn)之差即為因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失Δ’’。2/4/2023395章蒸發(fā)一般計(jì)算時(shí)取液層中部平均壓強(qiáng)pm下對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)tpm為依據(jù)。設(shè)分離室壓強(qiáng)為p′Pa，液面高度為L(zhǎng)m，則液層中部壓強(qiáng)為：對(duì)應(yīng)的溫度差損失：Δ″=tpm-tp′式中：

tpm

—

壓強(qiáng)pm下水的沸點(diǎn)，℃(因溶液沸點(diǎn)難于查取，故取該壓強(qiáng)下純水沸點(diǎn)近似作為溶液沸點(diǎn))；

tp′—與二次蒸汽壓強(qiáng)p′對(duì)應(yīng)的水的沸點(diǎn)，℃；

ρ

—

液體密度，kg/m3。2/4/2023405章蒸發(fā)3).由于管路流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失Δ’’’二次蒸汽由分離室流到冷凝器(或下一效加熱室)時(shí)，因管道流動(dòng)阻力使二次蒸汽的壓強(qiáng)有所降低，溫度也相應(yīng)下降，由此引起的溫度差損失即為Δ’’’。因二次蒸汽產(chǎn)生的壓強(qiáng)降，隨管路的布置情況而異，其計(jì)算較繁。通常根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值選?。?jiǎn)涡д舭l(fā)：蒸發(fā)器→冷凝器

Δ’’’=1～1.5℃。多效蒸發(fā)：蒸發(fā)器→冷凝器

Δ’’’=1～1.5℃。多效蒸發(fā)：蒸發(fā)器→下一效加熱室

Δ’’’=1℃。在三種溫差損失的計(jì)算中，以Δ′為最大，為一主要影響因素。2/4/2023415章蒸發(fā)5.2.2單效蒸發(fā)已知條件：原料液流量F(kg/h)，原料液濃度xo(質(zhì)量分率)和溫度to(℃)，完成液的濃度x1(質(zhì)量分率)(生產(chǎn)要求)過(guò)程選定：加熱蒸汽壓強(qiáng)p(或溫度T)，冷凝器操作壓強(qiáng)p′(或溫度T′)；計(jì)算內(nèi)容：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水分蒸發(fā)量W(kg/h)，加熱蒸汽用量D(kg/h)，蒸發(fā)器的傳熱面積S(m2)。求解上述問題應(yīng)用物料衡算方程、熱量衡算方程和傳熱速率方程。2/4/2023425章蒸發(fā)5.2.2.1蒸發(fā)量W如圖以蒸發(fā)器為衡算范圍，取1h為衡算基準(zhǔn)，作物料衡算：總物料：F=W+G溶質(zhì)：Fx0=Gx1蒸發(fā)室加熱室W,T’,H’F,x0,t0,h0D,T,HD,T,hwG,x1,t1,h12/4/2023435章蒸發(fā)5.2.2.2加熱蒸汽消耗量D以蒸發(fā)器為衡算范圍，衡算基準(zhǔn)為1h，對(duì)進(jìn)出蒸發(fā)器的熱量進(jìn)行衡算：DH+Fh0=WH′+(F-W)h1+Dhc+QL(7-1)蒸發(fā)室加熱室W,T’,H’F,x0,t0,h0D,T,HD,T,hcF-WQLG,x1,t1,h1式中：

H、H′、hc

—加熱蒸汽、二次蒸汽和冷凝水焓值，kJ/kg；

h0、h1

—原料液、完成液焓值，kJ/kg；

QL

—

蒸發(fā)器的熱損失，W。在具體計(jì)算時(shí)，根據(jù)溶液特性分為兩種方法進(jìn)行熱量衡算求加熱蒸汽用量。2/4/2023445章蒸發(fā)1.溶液的稀釋熱可以忽略當(dāng)溶液的稀釋熱不大，可以忽略不計(jì)時(shí)，溶液的焓值可用比熱計(jì)算。以0℃的液體為基準(zhǔn)，則：原料液：h0=C0(t0-0)完成液：h1=C1(t1-0)冷凝水：hc=CW(T-0)因此，式(7-1)熱量衡算式可寫為：D(H-CWT)=WH′+(F-W)C1t1-FC0t0+QL

(7-2)式中兩比熱使用不便，改用原料液比熱C0代替完成液比熱C1。2/4/2023455章蒸發(fā)溶液的比熱可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：C=Cw(1-x)+CBx其中：Cw

、CB－－分別為水和溶質(zhì)的比熱，kJ/kg。則：C0=Cw(1-x0)+CBx0=Cw+(CB-Cw)x0C1=Cw(1-x1)+CBx1=Cw+(CB-Cw)x12/4/2023465章蒸發(fā)若冷凝液在飽和溫度下排出，且忽略溶液濃度變化對(duì)焓值的影響，即：H-CWT=rH′-CWt1=r′

則：忽略稀釋熱時(shí)加熱蒸汽消耗量計(jì)算式2/4/2023475章蒸發(fā)〖說(shuō)明〗(1)從上式可以看出加熱蒸汽提供的熱量Dr用于：將原料液由t0升溫到沸點(diǎn)t1：FC0(t1-

t0)蒸發(fā)水分：Wr′

過(guò)程熱損失：QL2/4/2023485章蒸發(fā)(2)若原料液預(yù)熱到沸點(diǎn)，即t0=t1，并略去熱損失，QL≈0，則有D/W=r’/r≈1，即每蒸發(fā)1kg水分大約需要1kg加熱蒸汽，實(shí)際過(guò)程有熱損失，常在1.1左右。e=D/W稱為單位蒸汽消耗量，為每蒸發(fā)單位質(zhì)量水分時(shí)，加熱蒸汽的消耗量，kg/kg。e值是衡量蒸發(fā)裝置經(jīng)濟(jì)程度的指標(biāo)。(3)當(dāng)x0<0.2時(shí)：C0=Cw(1-x0)2/4/2023495章蒸發(fā)例題5-2在連續(xù)操作的蒸發(fā)器中，將2000kg/h的某無(wú)機(jī)鹽水溶液由0.1濃縮到0.3(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。蒸發(fā)器的操作壓力為40kPa，相應(yīng)的溶液沸點(diǎn)為80℃。加熱蒸汽的壓力為200kPa。已知原料液的比熱為3.77kJ/(kg·℃)，蒸發(fā)器的熱損失為12000W。設(shè)溶液的稀釋熱可以忽略，試求1.水的蒸發(fā)量；2.原料液分別為30℃、80℃、120℃時(shí)的加熱蒸汽消耗量。解：2/4/2023505章蒸發(fā)2/4/2023515章蒸發(fā)2.溶液稀釋熱不可忽略對(duì)某些水溶液(如CaCl2、NaOH等)在稀釋時(shí)有顯著的放熱效應(yīng)，因而蒸發(fā)時(shí)除供給汽化水分所需汽化潛熱時(shí)，還需提供與稀釋熱相應(yīng)的濃縮熱，且溶液濃度愈大，溫度愈高，這種影響愈顯著。因此式(7-1)中的h0、h1應(yīng)由相應(yīng)的焓濃圖查取，計(jì)算結(jié)果才準(zhǔn)確。

2/4/2023525章蒸發(fā)

據(jù)(7-1)熱量衡算式，得加熱蒸汽用量：若冷凝液在飽和溫度下排出，(H-hc)=r為飽和蒸汽冷凝潛熱，kJ/kg。因此：2/4/2023535章蒸發(fā)5.2.2.3傳熱面積S0Q=K0S0Δtm1.平均溫度差Δtm蒸發(fā)屬兩相均有相變的恒溫傳熱過(guò)程，故傳熱的平均溫度差為Δtm=T-t其中：t=Δ+T′2/4/2023545章蒸發(fā)2.總傳熱系數(shù)K0公式計(jì)算：選用經(jīng)驗(yàn)值：P310表5-2?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定2/4/2023555章蒸發(fā)3.蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q條件不同，熱負(fù)荷的計(jì)算也不同，若加熱蒸汽在飽和溫度下排出：稀釋熱不可以忽略時(shí)：Q=Dr=WH′+(F-W)h1-Fh0+QL

,W稀釋熱可以忽略時(shí)：Q=Dr=Wr′+FCp0(t1-t0)+QL

,W2/4/2023565章蒸發(fā)例5-3將10%的NaOH水溶液蒸發(fā)到45%，處理量為1800kg/h，原料液溫度60℃，比熱為3.4kJ/kg·℃，加熱蒸汽和分離室壓強(qiáng)分別為400kPa和50kPa，蒸發(fā)器內(nèi)液面高度為2m，溶液平均密度為1400kg/m3，總傳熱系數(shù)Ko為1500W/(m2·℃)，若熱損失為傳熱量的10%，忽略稀釋熱，試計(jì)算加熱蒸汽消耗量，水分蒸發(fā)量，產(chǎn)品量及所需傳熱面積。解：查附表十：p=400kPa下蒸汽T=143.4℃，r=2138.5kJ/kgp′=50kPa下二次蒸汽T′=81.2℃，r′=2304.5kJ/kg(1)水分蒸發(fā)量2/4/2023575章蒸發(fā)(2)產(chǎn)品量G=(F-W)=1800-1400=400kg/h(3)加熱蒸汽用量Dr=Wr′+FCp0(t1-t0)+QL∵QL=0.1Dr∴Dr=1.1[Wr′+FCp0(t1-t0)]其中：t1=T’+Δ=81.2+Δ’+Δ’’Δ’’’2/4/2023585章蒸發(fā)①Δ’的計(jì)算采用杜林規(guī)則的截距法：因溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)接近完成液，故取x=0.45k=1+0.142x=1+0.142×0.45=1.0639ym=150.75x2-2.71x=150.75×0.452-2.71×0.45=29.31∵tA′=ym+

ktW′∴Δ’=tA′-tW′

=ym+

(k-1)tW′=29.31+(1.0639-1)×81.2=34.5℃2/4/2023595章蒸發(fā)②Δ’’的計(jì)算：查得：pm=63.73kPa下水沸點(diǎn)tpm=87.2℃Δ″=tpm-tp′=87.2-81.2=6.0℃③取Δ’’’=1.2℃t=81.2+34.5+6.0+1.2=122.9℃故：D=1.1×[1400×2304.5+1800×3.4×(122.9-60)]/2138.5=1858kg/h2/4/2023605章蒸發(fā)(4)傳熱面積傳熱量:Q=Dr=1858×2138.5/3600=1103.7kW2/4/2023615章蒸發(fā)5.2.2.4管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)αi的關(guān)聯(lián)式1.標(biāo)準(zhǔn)型蒸發(fā)器適用于：溶液在加熱管進(jìn)口處的速度較低（0.2m/s左右）。常壓操作。2/4/2023625章蒸發(fā)2.強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器2/4/2023635章蒸發(fā)3.升膜蒸發(fā)器(1)熱負(fù)荷較低（表面蒸發(fā)）的情況適用條件：ReL按入口的液體流量計(jì)算，ReV按出口氣體的流量計(jì)算。2/4/2023645章蒸發(fā)(2)熱負(fù)荷較高（泡核沸騰）的情況適用條件：ReL按入口的液體流量計(jì)算，ReV按出口氣體的流量計(jì)算。ΦS：沸騰管材質(zhì)校正系數(shù)，鋼、銅為1，不銹鋼、鉻、鎳為0.7，磨光表面為0.4。2/4/2023655章蒸發(fā)4.降膜蒸發(fā)器2/4/2023665章蒸發(fā)適用條件：降膜蒸發(fā)器的αi還可用P313圖5-15計(jì)算。2/4/2023675章蒸發(fā)5.2.3蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度5.2.3.1蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力1.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量表示，即蒸發(fā)量W(kg/h)：可見生產(chǎn)能力與蒸發(fā)器傳熱面積，傳熱系數(shù)，原料液溫度，操作條件，熱損失等用關(guān)，它籠統(tǒng)地表示蒸發(fā)器生產(chǎn)量的大小，但不能確切表示蒸發(fā)器和蒸發(fā)過(guò)程的優(yōu)劣程度。2/4/2023685章蒸發(fā)2.蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的大小取決于通過(guò)傳熱面的傳熱速率Q，因此也可以用蒸發(fā)器的傳熱速率來(lái)衡量其生產(chǎn)能力：

Q=KAΔt＝KA(T-t1)

稀釋熱可以忽略，且熱損失不計(jì)時(shí)：

Q=Wr’+FCp0(t1-t0)2/4/2023695章蒸發(fā)說(shuō)明：1.當(dāng)t1＝t0時(shí)，即原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)：Q=Wr’：表明通過(guò)傳熱面所傳遞的熱量全部用于蒸發(fā)水分W∝Q

：表明蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和傳熱速率成正比2.當(dāng)t0<t1時(shí)，Wr’<Q，W↓：表明消耗部分熱量將冷溶液加熱至沸點(diǎn)，降低了蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力3.當(dāng)t0>t1時(shí)，Wr’>Q，W↑：表明由于部分原料液的自動(dòng)蒸發(fā)(閃蒸)，使蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力有所增加〖結(jié)論〗進(jìn)料溫度t0越高，則蒸發(fā)器生產(chǎn)能力W越大Q=Wr’+FCp0(t1-t0)2/4/2023705章蒸發(fā)5.2.3.2蒸發(fā)器的蒸發(fā)強(qiáng)度U指單位傳熱面積上單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量，kg/m2·h即：U是評(píng)價(jià)蒸發(fā)器在一定操作條件下性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。影響因素主要為總傳熱系數(shù)和傳熱溫度差?！卟僮鳁l件下r’為常量因此，提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑有二：2/4/2023715章蒸發(fā)提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑1.提高傳熱溫度差ΔtΔt=T-t1，方法：提高加熱蒸汽的壓強(qiáng)。加熱蒸汽壓強(qiáng)越高，對(duì)應(yīng)飽和溫度就越高，一般為0.3～0.5MPa，不超過(guò)0.8MPa，但受到供汽條件限制增大冷凝器的真空度，使溶液沸點(diǎn)t1降低。但此法增加了真空泵的功率消耗，且因溶液的沸點(diǎn)降低，使其粘度增高，導(dǎo)致沸騰傳熱系數(shù)下降。也受限制2/4/2023725章蒸發(fā)提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑2.增大總傳熱系數(shù)K增大管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)hi減少管內(nèi)側(cè)污垢熱阻定期清洗選用適宜的蒸發(fā)器型式采取強(qiáng)制循環(huán)，改進(jìn)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的晶體及時(shí)與溶液分離2/4/2023735章蒸發(fā)5.3多效蒸發(fā)在單效蒸發(fā)中，蒸發(fā)1kg水分需消耗1kg多的加熱蒸汽，在大規(guī)模生產(chǎn)中為了節(jié)省蒸汽用量，同時(shí)也為了使析出的晶體及時(shí)與溶液分離，一般采用多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)的操作原理是：將前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，這樣僅第一效需要消耗生蒸汽，同時(shí)要求后一效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)相應(yīng)降低，這時(shí)引入的二次蒸汽才仍能起到加熱作用，則后一效的加熱室成為前一效的冷凝器。如此將多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)一同操作的過(guò)程，組成了多效蒸發(fā)操作流程。2/4/2023745章蒸發(fā)采用多效蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是①降低能耗。由于各效(末效除外)的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，因而提高了加熱蒸汽的利用率；②便于分離晶體。當(dāng)蒸發(fā)過(guò)程溶液有晶體析出時(shí)，可使晶體在某一效間析出，然后與溶液分離后繼續(xù)蒸發(fā)，這樣就避免了單效操作時(shí)晶粒和完成液一起排出，可減少結(jié)垢、磨損現(xiàn)象，同時(shí)提高對(duì)流傳熱系數(shù)。③可強(qiáng)化傳熱過(guò)程提高蒸發(fā)效率。2/4/2023755章蒸發(fā)溶液的流向與蒸汽相同，均由第一效順序流至末效的蒸發(fā)流程，稱為并流加料流程，如圖。5.3.1.1多效蒸發(fā)流程完成液冷卻水原料液不凝氣加熱蒸汽水1.并流加料流程優(yōu)點(diǎn)：1.由于后一效操作壓強(qiáng)低于前一效，故溶液的輸送靠效間壓強(qiáng)差進(jìn)行，不另用泵；2.由于后一效溶液的沸點(diǎn)低于前一效，故前一效溶液進(jìn)入后一效時(shí)，會(huì)因過(guò)熱而自行蒸發(fā)，可使后一效產(chǎn)生較多的二次蒸汽，即水分蒸發(fā)量多；缺點(diǎn)：隨效數(shù)的增加，溶液濃度逐效增高而溫度逐效降低，致使溶液粘度增大較快，使傳熱系數(shù)逐效下降，傳熱效果一效不如一效。適于：熱敏性物料的蒸發(fā)2/4/2023765章蒸發(fā)2.逆流加料流程

溶液的流向與蒸汽相反，由第末效流至第一效的蒸發(fā)流程，稱為逆流加料流程，如圖。優(yōu)點(diǎn)：隨著溶液濃度的逐效提高，溫度也相應(yīng)升高，因而各效溶液粘度大致接近，所以各效傳熱系數(shù)差別不大；

缺點(diǎn)：1.效間溶液輸送需用泵；2.各效進(jìn)料溫度均低于沸點(diǎn)，產(chǎn)生的二次蒸汽量較并流法少。適于：粘度隨溫度和濃度變化較大的溶液蒸發(fā)2/4/2023775章蒸發(fā)3.平流加料流程

溶液分別由各效加入并排出完成液，各效溶液流向互相平行的流程稱為平流加料流程，如圖5-19。適于：粘度隨溫度和濃度變化較大的溶液蒸發(fā)

在實(shí)際蒸發(fā)中，除了采用這些基本流程外，常根據(jù)具體情況進(jìn)行合并和組合。

2/4/2023785章蒸發(fā)5.3.2多效蒸發(fā)和單效蒸發(fā)的比較5.3.2.1溶液的溫度差損失若單效和多效蒸發(fā)操作條件(即加熱蒸汽壓強(qiáng)和冷凝器的操作壓強(qiáng))相同時(shí)，其理論傳熱溫差相同而和效數(shù)無(wú)關(guān)，多效蒸發(fā)只是將此傳熱溫差分配到各效而已。由于多效蒸發(fā)的每一效中都存在傳熱溫差損失，因而總的有效傳熱溫差必小于單效時(shí)，使得傳熱推動(dòng)力下降。效數(shù)愈多，總有效溫差愈小，當(dāng)效數(shù)增加到一定程度時(shí)，可使總有效溫度差為零，此時(shí)蒸發(fā)將無(wú)法進(jìn)行，即為效數(shù)的最大極限。2/4/2023795章蒸發(fā)5.3.2.2加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性當(dāng)蒸發(fā)水分量相同時(shí)，多效蒸發(fā)所需加熱蒸汽消耗量比單效明顯減少，因而提高了加熱蒸汽的利用率，即經(jīng)濟(jì)性。因此在蒸發(fā)大量水分時(shí)，應(yīng)采用多效。2/4/2023805章蒸發(fā)5.3.2.3.蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和蒸發(fā)強(qiáng)度無(wú)論是生產(chǎn)能力還是生產(chǎn)強(qiáng)度，其大小取決于蒸發(fā)器的傳熱速率，當(dāng)操作條件一定時(shí)，單效的傳熱速率為Q=KSΔt，而多效的傳熱速率Qn=KSΣΔti(設(shè)T1，Tn′及K，S相同)。很明顯，由于Δt>ΣΔti，將使Q>Qn，即多效的生產(chǎn)能力小于單效時(shí)的生產(chǎn)能力，又因多效傳熱面積為單效時(shí)的n倍，因而多效時(shí)生產(chǎn)強(qiáng)度遠(yuǎn)較單效時(shí)為小?？梢姸嘈д舭l(fā)是以犧牲生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度為代價(jià)換取加熱蒸汽的利用率。2/4/2023815章蒸發(fā)5.3.2.4多效蒸發(fā)效數(shù)的限制和選擇(1)技術(shù)上的限制隨著效數(shù)的增加，總的有效溫差因溫度差損失的增加而減小，除使設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度降低外，在技術(shù)上受到總的有效溫差的限制，否則效數(shù)過(guò)多導(dǎo)致蒸發(fā)不能操作下去。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分配到每效蒸發(fā)器的有效溫差不應(yīng)小于7～10℃，因而效數(shù)有一限制。2/4/2023825章蒸發(fā)(2)經(jīng)濟(jì)上的限制隨著效數(shù)的增加，雖然D/W在不斷降低，但這種降低不與效數(shù)成正比而在逐漸減少。將單效增為雙效時(shí)，每蒸發(fā)1kg/h水所需加熱蒸汽降低率為(1.1-0.57)/1.1=50%，而由四效增為五效時(shí)，這種降低率僅(0.3-0.27)/0.3=10%，而設(shè)備費(fèi)用則幾乎是成倍增加，所以當(dāng)增加的設(shè)備費(fèi)已大于減少的加熱蒸汽費(fèi)用時(shí)，就再無(wú)必要增加效數(shù)。由此可看出效數(shù)的增加在經(jīng)濟(jì)上也有一限制。2/4/2023835章蒸發(fā)(3)多效蒸發(fā)效數(shù)的選擇根據(jù)以上分析，效數(shù)的確定在滿足技術(shù)上的要求外，原則上應(yīng)根據(jù)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和最小進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算來(lái)選擇最佳效數(shù)。實(shí)際的蒸發(fā)過(guò)程，效數(shù)并不多。一般對(duì)電解質(zhì)溶液的蒸發(fā)，象NaOH，NH4NO3等水溶液，因沸點(diǎn)升高較大通常僅2～3效；對(duì)非電解質(zhì)溶液，如糖水溶液，有機(jī)溶液等的蒸發(fā)，由于沸點(diǎn)升高較小采用4～5效；海水淡化的溫差損失極小，可用20～30效進(jìn)行蒸發(fā)。2/4/2023845章蒸發(fā)5.4蒸發(fā)器的工藝設(shè)計(jì)1.確定適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件與操作方法蒸發(fā)操作條件與操作方法主要根據(jù)溶液的性質(zhì)、生產(chǎn)任務(wù)、產(chǎn)品質(zhì)量要求和經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合考慮后進(jìn)行確定。內(nèi)容包括加熱蒸汽壓強(qiáng)、冷凝器壓強(qiáng)；加壓還是真空蒸發(fā)；單效蒸發(fā)或者多效蒸發(fā)；多效蒸發(fā)效數(shù)、流程等。一般應(yīng)在滿足工藝要求的條件下通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算，多方案比較和結(jié)合實(shí)際情況作出選擇。2/4/2023855章蒸發(fā)2.選擇合適的蒸發(fā)器型式和附屬設(shè)備的型式蒸發(fā)器型式的選擇主要從溶液的特性和蒸發(fā)器主要性能(見表7-1)兩方面考慮。溶液的粘度是首要考慮的因素，其余有溶液的濃度、濃縮比、熱穩(wěn)定性、是否有晶體析出、發(fā)泡性、腐蝕性、結(jié)垢性等以及溶液處理量、設(shè)備造價(jià)、傳熱效果等方面加以確定。3.對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行物料、熱量衡算，確定加熱蒸汽用量以及傳熱面積傳熱面積的計(jì)算要選擇合適的傳熱系數(shù)。對(duì)多效蒸發(fā)，通過(guò)計(jì)算判斷所選效數(shù)，流程在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是否可行合理，必要時(shí)對(duì)上述選擇進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。2/4/2023865章蒸發(fā)4.蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)工藝尺寸的設(shè)計(jì)以中央循環(huán)管式蒸發(fā)器為例介紹蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器主體為加熱室和分離室；加熱室由直立的加熱管束組成，管束中間為一根直徑較大的中央循環(huán)管；分離室是汽液分離的空間。其主要結(jié)構(gòu)尺寸包括：加熱室和分離室的直徑和高度；加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、長(zhǎng)度及在花板上的排列等。這些尺寸的確定取決于工藝計(jì)算結(jié)果，主要是傳熱面積。2/4/2023875章蒸發(fā)(1)加熱管的選擇和管束的初步估計(jì)加熱管通常選用25×2.5mm、38×2.5mm、57×3.5mm等幾種規(guī)格的無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度一般為0.6～6m。管子長(zhǎng)度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢的難易程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來(lái)考慮。易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)宜采用短管。當(dāng)加熱管規(guī)格與長(zhǎng)度確定后，可由下式初估所需管數(shù)n′：n′=Sπdo(L-0.1)因加熱管固定在管板上，考慮到管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，計(jì)算n′時(shí)的管長(zhǎng)用(L-0.1)m。為完成傳熱任務(wù)所需的最小實(shí)際管數(shù)n只有在管板上排列加熱管后才能確定。2/4/2023885章蒸發(fā)(2)循環(huán)管的選擇循環(huán)管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減少的原則來(lái)考慮的。其截面積可取加熱管總截面積的40%～100%，若以Di表示循環(huán)管內(nèi)徑，則：對(duì)加熱面積較小的蒸發(fā)器，應(yīng)取較大的百分?jǐn)?shù)。按上式計(jì)算出Di后，應(yīng)從管規(guī)格表中選取管徑相近的標(biāo)準(zhǔn)管，只要n與n′相差不大，循環(huán)管的規(guī)格可一次確定。循環(huán)管的管長(zhǎng)與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計(jì)入傳熱面積中。2/4/2023895章蒸發(fā)(3)加熱管的直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱管的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、數(shù)目及在管板上的排列方式。加熱管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心