开达蒸发器大讲堂第七期：单效外循环蒸发器的工艺设计计算详解

开达结晶蒸发器，核心技术首领品牌

单效外循环蒸发器‌是一种常见的蒸发器类型，主要用于溶液的蒸发过程，其工作原理是：溶液在蒸发器中加热后，产生的蒸汽直接排出，不再利用，这种蒸发操作称为单效蒸发。单效外循环蒸发器由加热器、蒸发器、冷凝器等部件组成，适用于各种需要蒸发浓缩的液体物料‌。

在蒸发器系统工艺设计过程中，经常伴随着许多复杂的数值和计算，如传热量的计算、处理量与浓缩率的计算等等都是非常复杂的事情，一大堆的计算公式让很多蒸发器行业技术人员望而却步，更有甚者很多工程师仅凭借工作经验，就去估算数值，缺乏理论依据和科学数据支撑，最后发现造出来的蒸发器是错误的或者跟实际是有偏差的；这种情况在同行中普遍存在。

面对行业乱象，湖北开达结晶作为蒸发器系统核心技术工艺的设计者、指引者和传播者，多年以来专注于蒸发器节能增效工艺技术和产品的研究、应用及推广。为了让更多同行技术人员能够掌握精确的蒸发器工艺设计计算和科学的应用方法，开达结晶联合技术总工刘殿宇总工程师，推出公益知识讲座，希望促进行业共同进步。

下面结合刘殿宇总工程师的项目经验，以单效外循环蒸发器用于刺五加药液蒸发的应用为例，带大家详细了解一下《单效外循环蒸发器的工艺设计计算》原理吧。

(1)主要技术参数

生产能力:1000kg/h 进料质量分数:8%

进料温度:30℃ 进料黏度:10cP(10mPa·s)

蒸发温度:65℃ 进料密度:按1006kg/m3计

蒸汽压力:0.3MPa 冷却水进水温度:30℃

出水温度:按42℃计 物料pH值:6 出料质量分数:30%

流程如图5-1所示,蒸发状态参数如表5-1所示。

单效外循环蒸发器蒸发状态参数见表5-1。

(2)结构特点

本蒸发器凡与物料接触部位均采用S30408,2B板加工制造;加热管采用规格为φ19mmx1.5mmx1500mm卫生级无缝不锈钢管制造;加热室及分离器全部采用50mm厚的岩棉进行保温绝热处理;采用间壁列管式冷凝器冷凝末效二次蒸汽,采用水环真空泵抽真空保持系统的真空度,其流程如图5-1所示。

(3)设计蒸发器应掌握料液的基本参数

物料特性 设计蒸发器首先要了解并掌握物料的物理及化学特性,具体是指物料的组分,物料的黏度、比热容、密度以及常温下物料的沸点升高情况。重点要了解并掌握物料的组成,物料黏度随着浓度及温度的变化情况。有条件的要对陌生料液做蒸发实验,通过实验能够获得很多有用的数据,如在蒸发过程中不同浓度物料在不同条件下的沸点温度是多少:加热温度对物料品质的影响;物料组分是否有挥发性气体产生,挥发的程度怎样;黏度数值的变化情况;随着生产时间的延长结垢、结焦的程度等。为了防止有些物料在蒸发过程中结垢结焦比较严重,要注意清洗及时到位,蒸发器的结构设计不能留有死角,如蒸发器器底应该采用锥形封头。而不宜采用椭圆封头。椭圆封头最容易造成浓缩料液的沉积,滞留时间久了就会影响产品品质。

进料参数是设计的依据 了解并掌握物料特性后,进料参数则是设计蒸发器的依据,用户必须提供的参数为:a.生产能力,即水分蒸发量;或者是提供物料处理量,如本例水分蒸发量为1000kg/h。水分蒸发量是指蒸发器在蒸发本物料过程中从料液中要蒸发掉的水分量,而不是以水代料从水中蒸发掉的水分量,有的生产制造厂家在验收设备时也曾提出要以水为介质来检验设备的生产能力,这是错误的,有合同特别约定除外。b.进、出料浓度即进、出料质量百分数一般是给定的,也有的给出的是一个比较小的浓度范围值,计算蒸发器时要以最大进料量进行计算,这样计算比较安全。c.进料温度。进料温度是由生产工艺给出,这是进行热量衡算的依据,不能自己随便设定。d.黏度。用户最好能提供不同温度及不同浓度下料液的黏度数值,以便确定选择蒸发器时参考。e.使用蒸汽压力。使用蒸汽压力是指蒸发器在正常工作时蒸发器加热壳程的压力。使用蒸汽压力一般是由设计制造方提出,用户根据蒸汽压力及蒸汽耗量确定并选择其蒸汽源的大小。蒸发器在工作中其进蒸汽压力不得低于经过减压后的正常工作压力值。过去由于蒸汽压力的问题用户与设备生产厂家争执时有发生,其实这类重要技术参数必须一并写入合同,作为合同技术附件进行约束。f冷却水的温度。冷凝器的进水温度是设计冷凝器的重要参数,是决定蒸发器使用效果的一个关键因素,用户必须给出当地冷却水温的年平均值及最高值,设计冷凝器应按当地最高温度值计算冷凝器的换热面积。

(4)设计计算过程

为安全起见,实际蒸发器的换热面积按理论计算值的1.25倍选取,即实际换热面积为:F =1.25x11.7=14.6(㎡),取15㎡。这是在0.2MPa工作压力下的加热面积,如果压力发生改变蒸发量也会随之发生改变,不可能在低于设计压力的情况下也能达到生产能力,除非换热面积余量足够大,也就是说进汽压力越低换热面积越大,考虑料液在蒸发过程中结垢或结焦等因素的影响,一般蒸汽压力控制不超过设计压力值,换热面积要有设计余量。传热系数的计算选取是关键,影响传热的因素很多,在蒸发器设计过程中传热系数的计算十分烦琐,有些系数又很难准确确定,计算的结果往往又与实际应用相差甚远,传热系数一般是在实际中反复应用获得或测定。材料、温度、物料等一经发生改变,传热系数都会随之发生变化。因此,这就需要设计者在实践中不断地积累经验。

(5)分离器结构尺寸确定

分离器直径按下式计算:

(6)冷凝器换热面积

进入冷凝器的未效二次蒸汽量的热量:

好了，关于单效外循环蒸发器的工艺设计计算我们就讲解到这里，各位同行可以试着应用一下，如有疑问欢迎联系我们交流探讨（刘工13971250228）。

下期课程，我们再见，敬请期待哦。

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