黑液蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

1、南京林業(yè)大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué) 院（系）： 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 制漿造紙機(jī)械與設(shè)備 學(xué) 生 姓 名： 彭莉莉 學(xué)號(hào)： 111502114 課程設(shè)計(jì)題目： 黑液蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 起 止 日 期： 2014.6.232014.7.6 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 50808 指 導(dǎo) 教 師： 汪 洋 目錄一、設(shè)計(jì)條件2二、流程圖選擇3三、工藝計(jì)算（一）估算各效的水分蒸發(fā)量，各效蒸汽壓力4（二）根據(jù)各效濃度和二次蒸汽溫度計(jì)算各效溫度差損失6（三）求各效的沸點(diǎn)及總有效溫度差7（四）蒸發(fā)器的焓衡算7四、設(shè)備結(jié)構(gòu)計(jì)算（一）確定加熱管數(shù)及其在管板上的排列方式，固定方法14（二）加熱室尺寸計(jì)算14（三）分離室計(jì)

2、算16（四）花板計(jì)算16（五）進(jìn)料室17（六）黑液管路計(jì)算17（七）蒸汽管路計(jì)算18（八）封頭和法蘭19(九) 平蓋手孔21（十）視鏡21五、附屬設(shè)備及選型（一）多層多孔板冷凝器21（二）預(yù)熱器的傳熱面積23（三）真空泵選型24（四）支架24（五）除沫器27參考文獻(xiàn) 造紙廠堿回收車間四效長(zhǎng)管蒸發(fā)器設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)條件：1、 處理量 ：4800 kg/h2、 進(jìn)料濃度：13 Be(15)出料濃度：37 Be(15)3、 加熱蒸汽壓力: 0.2 MPa4、 末效真空度 ： 80 kPa5、 各效傳熱系數(shù) ： 1200 W/(K) 720 W/(K) 870 W/(K) 1200 W/(K) 6、 黑液比

3、熱： 7、 熱利用系數(shù)： 8、 蒸汽流向： ààà 黑液流向： ààà9、 黑液進(jìn)，前均有預(yù)熱器的加熱至低于溶液沸點(diǎn)2 10、進(jìn)料溫度：5011、預(yù)熱器的傳熱系數(shù)： 12、加熱管采用廠方提供的5136000碳素鋼管二 .流程圖 圖1 流程圖注釋： 氣體：由效進(jìn)入效再到效最后到效后進(jìn)入冷凝器三 工藝計(jì)算 （一）估算各效的水分蒸發(fā)量，各效蒸汽壓力1. 黑液濃度換算： （-波美度 -濃度） 2. 總蒸發(fā)量 3.各效的蒸汽壓力(表壓) ； 由各效的壓力差可求的各效的加熱室的壓力由各效二次蒸汽壓力，查教材續(xù)表10知相應(yīng)蒸汽的溫度和汽化潛熱 表1

4、 各效汽化熱及有效溫度差值表 參數(shù) 效數(shù) 較數(shù)IIIIIIIV加熱蒸汽壓強(qiáng)P（）351.33273.83196.33118.83溫度T（）138.89130.11119.54104.21汽化熱r（)2152.022177.152206.382247.54二次蒸汽壓強(qiáng)P'（）273.83196.33118.8341.33溫度（）130.11119.54104.2175.82汽化熱（)2177.152206.382247.542311.18(2） ：根據(jù)各效的濃度和二次蒸汽的溫度計(jì)算各效溫度差損失 15與20之間的波美度的換算 : (1)因黑液沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失由各效完成液的濃度查制

5、漿原理與工程圖7-3見(jiàn)下表： 表2 各效因黑液沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失IIIIIIIV黑液濃度x 33.53 49.25 20.47 25.42（15）23.553614.2417.29（20）23.2935.7413.9817.034.819.212.343.05(2)因液柱靜壓力引起的溫度差損失查林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)手冊(cè)上 表4-7見(jiàn)下表 表3 各效黑液濃度對(duì)應(yīng)比重IIIIIIIV黑液濃度x 33.53 49.25 20.47 25.42比重1.1931.3321.1081.135 . 由平均壓力可查表得到對(duì)應(yīng)飽和溫度為：表4 各效因液柱靜壓力引起的溫度差損失參數(shù) 校數(shù) I II III IV（）

6、 133.2 121.2 104.2 65.7（） 0.96 0.92 1.82 4.75（3）管路流動(dòng)阻力引起的溫度差損失取=1 （三）求各效的沸點(diǎn)及總有效溫度差（1）各效料液的溫度得 （2）蒸發(fā)裝置的總溫度差損失(3)有效總溫度差（4） 表5 各效有效溫度差I(lǐng)IIIIIIV（）2.640.8312.8432.63（四） 蒸發(fā)器的焓衡算 (1)計(jì)算和第三效： 其中有： 熱損失有： 第四效：由于有 因?yàn)槠渲校核詿釗p失有：同理，可得： 代入數(shù)據(jù)，并化簡(jiǎn)得：解出方程： （2）各效傳熱面積 為了便于蒸發(fā)器的安裝和操作，通常使傳熱面積相同，即(3)重新分配有效溫度差 （4）重新計(jì)算各效溫度差損失表6

7、 各效因溶液沸點(diǎn)升高引起的溫度差 I II III IV黑夜?jié)舛?32.33 50.71 18.47 23.29 23.41 36 13.92 17.22 23.15 35.74 13.66 16.96 2.0 6.8 0.9 1.1 4.80 9.21 0.96 1.82 表7 各效因液柱靜壓力引起的溫度差 黑夜23.413613.9217.22209.4284.3241.6721.331.1941.3321.1071.1361.21.21.21.2216.4592.1648.1928.02123.6797.2180.5165.69122.4194.3176.2760.951.262.904

8、.244.74 表8 各效汽化熱及有效溫度差值表 參數(shù) 效數(shù)效數(shù)IIIIIIIV加熱蒸汽138.83121.4193.3175.272150.112195.432275.812315.99二次蒸汽122.4194.3176.2760.952193.212271.892310.342352.08溫度差損失4.809.210.961.821.262.904.244.741111溶液沸點(diǎn)（）128.47106.4281.4767.51有效溫度差t（）10.3614.9911.84 7.76將所計(jì)算的數(shù)據(jù)代入方程并化簡(jiǎn)得：聯(lián)立上述方程，可以解得： 并進(jìn)一步可以求得： 為了便于蒸發(fā)器的安裝和操作，通常使

9、傳熱面積相同，即取平均面積為 四、結(jié)構(gòu)計(jì)算（一）、確定加熱管數(shù)及其在管板上的排列方式，固定方法1求管數(shù)n 采用碳鋼管為安全 1.253.31=62.77 65.32取n= 66 根 加熱管按正三角形排列，安裝方法采用焊接法（正三角形錯(cuò)列） 2.求管心距t取t=65mm求管束中心線上的管數(shù)8.97 取=9 圖2 加熱管排列圖（二）加熱室尺寸計(jì)算1.求加熱室內(nèi)徑 為最外層管心至管殼內(nèi)壁的距離 取 取59 638 取700 2.最小壁厚s,按外壓容器計(jì)算壁厚查表取s=143.求臨界長(zhǎng)度 1.17700按長(zhǎng)圓筒計(jì)（麥草漿）E材料彈性模數(shù) 臨界壓力（）4.穩(wěn)定性計(jì)算：所有鋼為A3，查得E=20400()

10、（） 臨界應(yīng)力考慮到圓筒形狀不能絕對(duì)圓，材料不均勻等因素，臨界壓力必須有一定的安全強(qiáng)度。 m=3(穩(wěn)定系數(shù)) p為最大設(shè)計(jì)壓力合格5.求壁厚鋼板公差（查?。?=0.8腐蝕強(qiáng)度 =1加工過(guò)程減蕩量 =2.5 取3.0 取壁厚 =14（三）分離室計(jì)算1.分離室的壁厚因分離室的直徑要大于加熱室 故取2.直徑和高度計(jì)算 二次蒸汽體積 取 即H=2D 允許的蒸發(fā)體積強(qiáng)度 取1.3表9 分離室的直徑與高度IIIIIIIVW964.77911.72794.31784.881.20800.50250.28120.14810.1800.4340.7741.4720.4450.5970.7240.897取整D45

11、0600800900H=2D900120016001800（四）花板計(jì)算 S:管壁厚度（） 筒體內(nèi)徑（） a常數(shù)一般取17 b常數(shù)一般取0.0083:系數(shù)，一般取中最大一個(gè)：制造系數(shù)，焊接 =1.00：結(jié)構(gòu)系數(shù) 管內(nèi)介質(zhì)壓力 取1.00：壓力系數(shù) 取1.00= 取s=32（五）進(jìn)料室直徑與加熱室相同，為700，高度H=300400取H=400（六）黑液管路計(jì)算黑液比重稀黑液u=1.01.5， 濃黑液 u=0.50.8取效 u3=1.2 ，u4=1.0 ，u1=0.8 ，u2=0.6 黑液流送管徑d（出料管）效出料管=0.029=29 查表取32 效出料管 效出料管 查表取32 效出料管 查表取

12、40 查表取40 4條 管路統(tǒng)一取內(nèi)徑 （七） 蒸汽管路計(jì)算蒸汽密度T1= 138.83 T2=121.41 T3=93.31 T4=75.27查表得 蒸汽管徑d（進(jìn)汽管），采用離心式除沫室，u取25m/s.效進(jìn)汽管 查表取內(nèi)徑100效進(jìn)汽管 查表取內(nèi)徑125 效進(jìn)汽管 外徑133 查表取內(nèi)徑175 效進(jìn)汽管 外徑194 查表取內(nèi)徑225 外徑245四條管路統(tǒng)一取內(nèi)徑225， 外徑245（八）封頭和法蘭1.加熱室封頭 選擇橢圓形封頭尺寸如下公稱直徑DN（）700 曲面高度h1=150 直邊高度h2=40 內(nèi)表面積F=0.464 容積 V=0.0396 標(biāo)記： 分離室封頭 選擇橢圓形封頭表10

13、分離室封頭尺寸 I II III IV公稱直徑（）450600800900曲面高度（）112150200225直邊高度（）40404040內(nèi)表面積F（）0.2750.4640.7920.880容積V（）0.01830.03960.08710.121壁厚（）16161616標(biāo)記 圖3 分離室封頭 3.筒體法蘭光滑密封面(甲型平焊法蘭JB1158-73) =6公斤/表11 筒體法蘭尺寸DN（）法蘭螺栓DD1D2bd重量kg數(shù)量直徑400515480450251813.020M16600715680650251817.228M16800915880850301829.940M16圖4 筒體法蘭4.

14、管法蘭（平焊法蘭HG5010-58） =6公斤/,采用無(wú)縫鋼管表12 管法蘭尺寸DN（）管子法蘭螺栓焊縫dH（）S)DD1D2fbd重量數(shù)量直徑K H40453.513010080316141.2194M124 580894185150128310181.574M165 61001084205170148318182.894M16705 62002196315280258322186.078M16707 8圖5 管法蘭(9) 平蓋手孔（JB589-64）表13 平蓋手孔尺寸型式公稱直徑DD1Hb螺栓數(shù)量 規(guī)格A1501594.526022520312020168M1660A2502738370

15、335225140241812M1660（10） 視鏡(不銹鋼制視鏡JB593-64)表14 視鏡尺寸公稱直徑視鏡玻璃DD1Hb1螺栓數(shù)量 規(guī)格8095151451205025148M1032五、附屬設(shè)備及選型（一）多層多孔板冷凝器1. 冷凝器直徑（） W：被冷凝的二次蒸汽量()=784.88 =60.95 V：蒸汽的比容（）=0.1481 ：蒸汽在冷凝器的允許流速（） 在 取=0.245 =245 2. 淋水板的尺寸 淋水孔孔數(shù) 時(shí)，=25 淋水板小孔總面積 時(shí)，=5 取=3 取0.62 冷凝水消耗量 查表得=2608.05 =787.88 =45 =15 =15122.02 =0.0067

16、8=956.73 取n=9703.冷凝器中抽出的不凝性氣體體積 ()= =8.25 =22 由22 查表得=2.67 ，=21.33-2.67=18.66 則=37.69 (二)預(yù)熱器的傳熱面積 圖6 預(yù)熱器傳熱變化加熱蒸汽 138.83 =33.64 = =(49003.767-4.187794.31-4.187784.88）(124.36-65.93) =698453.81 =8.87 =324.85 III效 圖7 預(yù)熱器傳熱過(guò)程=25.83 Q=49003.767(79.47-50)=543966.10 =239.02 =1.5 37.69=56.54 （三）真空泵選型冷凝器 真空度=80 選用ZBE1型水環(huán)真空泵 （四）支架選用B型懸掛式支座（ JB116573），支座材料采用A3F 圖8 B型懸掛式支座結(jié)構(gòu)圖表15 支座相關(guān)數(shù)據(jù)公稱直徑支座的允許負(fù)荷（噸）支座的支撐面積（）支撐面上單位壓力（公斤/）重量（公斤）6006.0050811.821.1 表16 支座尺寸尺寸（mm）Labcdefhs33022020523534355010036014（五）除沫器金屬網(wǎng)的高度可用下式計(jì)算 金屬網(wǎng)的高度， 進(jìn)入除霧器的蒸汽量， 進(jìn)入蒸汽入口直徑，通常取為蒸發(fā)室直徑的 蒸汽流速 采用四層銅網(wǎng) H=50.75 參考文獻(xiàn)1 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組. 材料及零部件（上冊(cè)）.上海人民