化工設(shè)計(jì)說明書-蒸發(fā)器

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)說明書第一章 蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)蒸發(fā)器是一種特殊的傳熱設(shè)備，它與一般的傳熱設(shè)備的區(qū)別是：需要不斷地將蒸發(fā)所產(chǎn)生的二次蒸汽除去，因此，蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上除設(shè)有用于進(jìn)行熱量交換的加熱室之外，還設(shè)有氣液分離的蒸發(fā)室。此外，為了使蒸汽和液沫能有效地分離，還設(shè)有除沫器。隨著工業(yè)蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展，蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與型式亦不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，其種類繁多，結(jié)果各異。目前，工業(yè)上常用的為間接加熱蒸發(fā)器，根據(jù)溶液在蒸發(fā)器中流動的情況，大致可將其分為循環(huán)型與單程型兩類。循環(huán)型蒸發(fā)器包括中央循環(huán)管式、懸筐式、外熱式、列文式及強(qiáng)制循環(huán)式等；單程蒸發(fā)器包括升膜式、降膜式、升降膜式及刮板式等。這些蒸發(fā)器結(jié)

2、構(gòu)不同，性能各異，均有自己的特點(diǎn)和適應(yīng)場合。1.1 蒸發(fā)操作條件的確定蒸發(fā)操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強(qiáng)（或溫度），冷凝器的操作壓強(qiáng)（或溫度）的確定，正確選擇蒸發(fā)的操作條件，對保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。1.1 .1加熱蒸汽壓強(qiáng)的確定通常被蒸發(fā)的溶液有一個(gè)允許的最高溫度，若超過了此溫度物料就會變質(zhì)，破壞或分解，這是確定加熱蒸汽壓強(qiáng)的一個(gè)依據(jù)。應(yīng)使操作在低于最大溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，可以采用加壓蒸發(fā)，常壓蒸發(fā)或真空蒸發(fā)。蒸發(fā)是一個(gè)消耗大量加熱蒸汽而又產(chǎn)生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)充分利用二次蒸汽作為其它加熱用的熱源，即要求蒸發(fā)裝置能夠提供溫度較高的二次蒸汽。這樣既可以減少鍋爐

3、產(chǎn)生蒸汽的消耗量，又可以減少末效進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。因此，能夠采用較高溫度的飽和蒸汽作為加熱蒸汽是有利的，但是通常所用飽和蒸汽溫度不超過180，超過時(shí)相應(yīng)的壓強(qiáng)就很高，這將增加加熱的設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用。一般加熱蒸汽壓強(qiáng)在500700kPa范圍之內(nèi)。通過上述的規(guī)定，選擇530kPa作為加熱蒸汽壓強(qiáng)。1.1.2冷凝器操作壓強(qiáng)的確定若一效采用較高壓強(qiáng)的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸發(fā)，此時(shí)末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的溫度，可以全部利用。而且各效操作溫度高時(shí)，溶液黏度低，傳熱好。若一效加熱蒸汽壓強(qiáng)低，末效采用真空操作。此時(shí)各效產(chǎn)生的二次蒸汽溫度低，進(jìn)入冷凝器需要消耗大量冷卻水，

4、而且溶液黏度大，傳熱差。根據(jù)以上論述選冷凝器的真空度取75kPa。1.1.3 進(jìn)料狀況的確定單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水量越多，蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力越好，所以，盡量使熱量盡可能多的用于蒸發(fā)水量。而進(jìn)料熱狀況可以影響蒸發(fā)水量。進(jìn)料狀況影響蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力：（1）低于沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點(diǎn)，因而降低了生產(chǎn)能力；（2）沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分， 生產(chǎn)能力有所增加；（3）高于沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，使生產(chǎn)能力有所增加。根據(jù)以上論述本設(shè)計(jì)采用沸點(diǎn)進(jìn)料。為了便于計(jì)算本設(shè)計(jì)假設(shè)冷凝水在飽和溫度下排出并且二次蒸汽全部用于下次應(yīng)用。1. 1. 4 多效蒸發(fā)效數(shù)的確定蒸發(fā)過

5、程中總的有效溫度差是給定的，它是過程中最大的溫度差，是加熱蒸汽的冷凝溫度和末效被蒸發(fā)溶液沸點(diǎn)溫度之間的差數(shù)。由于沸點(diǎn)升高，每效都有溫度差損失，它使傳熱的有效溫度差降低。裝置的效數(shù)越多，有效溫度差越小。效數(shù)有一定的限度，不能超越定的總的溫度差。此外，效數(shù)增加，蒸發(fā)設(shè)備的投資也增加。因此，工業(yè)上堿液蒸發(fā)裝置多取三效蒸發(fā)。1. 1. 5 多效蒸發(fā)流程的選擇按溶液與蒸汽相對流向的不同，可分為并流、逆流、平流及錯(cuò)流四種。1.并流 并流是工業(yè)上最常見的加料模式優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)溶液從壓力和溫度較高的蒸發(fā)器流向壓力和溫度較低的蒸發(fā)器，故溶液在效間的輸送可以利用效間的壓差，而不需要泵送。同時(shí)，當(dāng)前一效溶液流入溫度和

6、壓力較低的后一效后，會產(chǎn)生閃蒸，因而可以多產(chǎn)生一部分二次蒸汽。此外，此法操作簡便，工藝條件穩(wěn)定。隨著溶液從前一效逐效流向后面各效，其組成增高，而溫度反而降低，致使溶液的黏度也增加，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)下降。并流法操作只使用于黏度不大的料液蒸發(fā)。2. 逆流 料液與蒸汽呈逆流操作。優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)隨著料液濃度的提高，其溫度相應(yīng)提高，使料液黏度增加較小，各效的傳熱系數(shù)相差不大，故可生產(chǎn)較高濃度的濃縮液。逆流操作需設(shè)置效見料液輸送泵，動力消耗較大，操作比較復(fù)雜。各效均在低于沸點(diǎn)下進(jìn)料，沒有自蒸發(fā)，與并流相比，所產(chǎn)生的二次蒸汽量較小。對濃縮液在高溫時(shí)易分解的料液，不宜采用此流程。適合于黏度隨溫度和組成變化較大的

7、溶液，不適合于處理熱敏性物料。3. 平流 各效都加入料液又都引出濃縮液。此法除用于有結(jié)晶析出的料液外，還可用于同時(shí)濃縮兩種以上不同水溶液。4. 錯(cuò)流 它是并、逆流的結(jié)合。其特點(diǎn)是兼有并逆流的優(yōu)點(diǎn)避免缺點(diǎn)，但操作復(fù)雜，控制困難，應(yīng)用不多。根據(jù)上述比較，對于堿溶液（黏度變化不大），本設(shè)計(jì)采用并流的方法進(jìn)行蒸發(fā)。1.2 蒸發(fā)器的類型蒸發(fā)器類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)中央循環(huán)管式中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的加熱室由一垂直的加熱管束構(gòu)成，在管束中央有一根直徑較大的管子，稱為中央循環(huán)管結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠循環(huán)速度較低、溶液的沸點(diǎn)高、有效溫度差減小、設(shè)備的清洗和檢修不方便懸筐式加熱室像個(gè)懸筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部

8、，可由頂部取出，便于清洗與更換。加熱介質(zhì)由中央蒸汽管進(jìn)入加熱室，而在加熱室外壁與蒸發(fā)器殼體的內(nèi)壁之間有環(huán)隙通道適用于蒸發(fā)易結(jié)垢或有晶體析出的溶液結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面積需要的設(shè)備材料量較大外熱式加熱室與分離室分開便于清洗與更換可以降低蒸發(fā)器的總高度溶液的循環(huán)速度大列文加熱室的上部增設(shè)一沸騰室循環(huán)速度大，傳熱效果好、適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液設(shè)備龐大，需要的廠房高、由于液層靜壓力大，故要求加熱蒸汽的壓力較高強(qiáng)制循環(huán)利用外加動力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動傳熱系數(shù)大，對于黏度較大或易結(jié)晶、結(jié)垢的物料，適應(yīng)性較好動力消耗較大升膜加熱室由一根或數(shù)根垂直的長管組成適用于蒸發(fā)量較大（即稀

9、溶液）、熱敏性及易起泡沫的溶液，但不適于高黏度、有晶體析出或易結(jié)垢的溶液降膜原料液由加熱管的頂部加入，每根加熱管的頂部均需設(shè)置液體布膜器蒸發(fā)組成較高的溶液、適用于黏度較大的物料不適用易結(jié)垢或易結(jié)晶的溶液、傳熱系數(shù)較小升降膜升膜和降膜蒸發(fā)器裝在一個(gè)外殼中適用于蒸發(fā)過程中溶液的黏度變化很大，水分蒸發(fā)量不大和廠房高度有一定限制的場合刮板薄膜利用旋轉(zhuǎn)刮片的刮帶作用，使液體分布在加熱管壁上對物料的適應(yīng)性很強(qiáng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動力消耗大、傳熱面積選用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)考慮一下原則：（1） 要有較高的傳熱系數(shù)，能滿足生產(chǎn)工藝的需求。（2） 生產(chǎn)能力大。（3） 結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便。（4） 能適應(yīng)所處理物料的工藝特

10、性。NaOH溶液是腐蝕性溶液，通過比較上述各種蒸發(fā)器的特點(diǎn)，選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。第二章 三效蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)過程的計(jì)算多效蒸發(fā)工藝計(jì)算的主要項(xiàng)目有：加熱蒸汽（生蒸汽）消耗量、各效水分（或溶劑）蒸發(fā)量及各效傳熱面積。計(jì)算的已知參數(shù)為：進(jìn)料液的流量、溫度和濃度、最終完成液的濃度、加熱蒸汽的壓強(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。其變量受物料衡算、熱量衡算、傳熱速率方程以及相平衡等基本關(guān)系的支配。21 各效蒸發(fā)量和完成液組成的估算設(shè)計(jì)任務(wù)條件是：NaOH溶液的處理量39.8 kt/a，原料液濃度12%，完成液的濃度為30%。原料液的溫度為30 ，通過預(yù)熱器原料液在第一效的沸點(diǎn)下加入蒸發(fā)器。第一效的加熱蒸汽壓力為53

11、0 kPa，冷凝器中的絕壓為25 kPa。原料液加料量 F=5527.8 kg/h總蒸發(fā)量 W=F(1-)=5527.8×（1-）=3316.7 kg/h式中：W 總蒸發(fā)量, kg/hF 進(jìn)料流量, kg/hx0 原料液濃度xn 完成液濃度因并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸汽引出，假設(shè)各效蒸發(fā)量相等，即 kg/h、分別表示第一效、第二效、第三效蒸發(fā)量。各效完成液的濃度為：其中：x1 第一效完成液濃度 x2 第二效完成液濃度 第三效完成液濃度22估算各效二次蒸汽溫度加熱蒸汽壓強(qiáng)P1和冷凝器中的操作壓強(qiáng)Pn是已知的，其它各效二次蒸汽的壓強(qiáng)可按各效間蒸汽壓強(qiáng)降相等的假設(shè)來確定。即各效加熱蒸汽壓強(qiáng)與

12、二次蒸汽壓強(qiáng)之差為： 故第i效二次蒸汽壓強(qiáng)為： kPa第一效 : kPa第二效: kPa第三效 : kPa利用 、可以從手冊中查得相應(yīng)的二次蒸汽的溫度及汽化潛熱見表2-1：表21 不同壓力下蒸汽溫度和汽化潛熱 效 數(shù) 參 數(shù)加熱蒸汽第效第效第效二次蒸汽壓強(qiáng) /KPa530361.7193.425二次蒸汽的溫度/153.8139.9119.063.3氣化潛熱 KJ/Kg2106.62149.12207.82594.323計(jì)算各效傳熱溫度差各效傳熱溫度差計(jì)算公式為： 式中為前一效二次蒸汽的溫度（即第i效加熱蒸汽溫度），為第i效溶液沸點(diǎn)，其計(jì)算式為: 式中為第i效二次蒸汽溫度，為第i效溫度差損失。各

13、效溫度差損失： 2.3.1 由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失對于NaOH水溶液可采用杜林經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算：上兩式中： 指一定壓強(qiáng)下水溶液的沸點(diǎn)，；對應(yīng)壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)，；k和m 為常數(shù)，其值為：k=1+0.142xm=150.75x為溶液濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第1效： 第2效： 第3效： 2.3.2由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失某些蒸發(fā)器操作時(shí)，器內(nèi)需維持一定的液位，因而液體內(nèi)部壓強(qiáng)大于液面壓強(qiáng)，致使實(shí)際沸點(diǎn)較液面為高，兩者之差即為因溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失。為簡便計(jì)算溶液內(nèi)部沸點(diǎn)升高按液面與底層的平均壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)和二次蒸汽壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)差估算。因?yàn)楣荛L為三米,所以選液面高度則： = 式中：蒸

14、發(fā)器中液面與底層的平均壓強(qiáng)，Pa; 對應(yīng)下水的沸點(diǎn)，；二次蒸汽的壓強(qiáng)，Pa；對應(yīng)下水的沸點(diǎn)，；溶液的平均密度，kg/ ；L液層高度，m。各效溶液濃度見表2-2：表2-2 不同濃度下溶液的密度溶液濃度 溶液密度(kg/) 1130.911631219.11327.9第1效：下對應(yīng)的水的沸點(diǎn)=141.3 第2效：下對應(yīng)的水的沸點(diǎn)=141.3 第3效：下對應(yīng)的水的沸點(diǎn)=76.6 2.3.3由流動阻力而引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)中，各效二次蒸汽流到下一效加熱室時(shí)，由于管道阻力使其壓強(qiáng)降低，致使蒸氣的飽和溫度相應(yīng)降低，取經(jīng)驗(yàn)值=1 。計(jì)算數(shù)據(jù)見表2-3：表2-3 每一效傳熱溫度差損失 參 數(shù) 效 數(shù)第1

15、效61.41第2效8.92.491第3效15.513.312.3.4各效傳熱溫度差各效溫度差損失： 各效溶液沸點(diǎn)為： 、分別為第一效、第二效和第三效二次蒸汽的溫度，各效傳熱溫度差 ： 、分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽的溫度，計(jì)算結(jié)果見表2-4：表2-4 結(jié)果列表 效 數(shù) 參 數(shù)第一效第二效第三效二次蒸汽溫度139.9119.0163.3溫度差損失8.412.429.8溶液沸點(diǎn)148.3131.493.1傳熱溫度差5.58.525.912.4各效蒸發(fā)量Wi傳熱量Qi 2.4.1 各效蒸發(fā)量的計(jì)算由于水的比熱變化不大，可視為定值即=4.187 kJ/（kg）12%的NaOH的比熱=3.79

16、kJ/(kg·)第1效：原料液為沸點(diǎn)進(jìn)料，溶液的稀釋熱越大，熱損失系數(shù)越小。查表2-1，將數(shù)據(jù)代入下式： （a）第2效： （b）第3效： (c)又因: =+=27233.3 kg/h （d）式中：、分別為第一效、第二效和第三效的熱利用系數(shù)、分別為第一效、第二效和第三效溶液的沸點(diǎn)，、分別為第一效、第二效和第三效二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg 、分別為總的、第一效、第二效和第三效水的蒸發(fā)量，kg/hD1、D2、D3、分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽量，kg/h，當(dāng)無額外蒸汽抽出時(shí)，聯(lián)解式（a）至式（d），可得=1122.6 kg/h，=1150.3 kg/h，=1043.9 kg/h

17、，=1194.3 kg/h2.4.2各效傳熱量的計(jì)算 kW kW kW第一效加熱蒸汽量，kg/h W1、W2分別為第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/h、分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg2.4.3計(jì)算蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率方程得：傳熱系數(shù)見表2-5：表25 不同NaOH溶液濃度的傳熱系數(shù)效數(shù)第1效第2效第3效NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15 0.20 0.30傳熱系數(shù)，W /（m2）16001200600則各效蒸發(fā)器傳熱面積為 、分別為第一效、第二效和第三效的傳熱量,W、分別為第一效、第二效和第三效的傳熱溫度差，誤差1為，誤差較大，不符合要求。所以需要進(jìn)行校核。2.5計(jì)算結(jié)

18、果的核算 2.5.1有效溫差的再分配重新分配有效溫度差得 、分別為第一效、第二效和第三效的傳熱溫度差，S1、S2、S3分別為第一效、第二效和第三效蒸發(fā)器傳熱面積，m22.6重復(fù)上述計(jì)算步驟2.6.1計(jì)算各效料液的濃度 由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的濃度，即 =0.30原料液的濃度F 原料液的進(jìn)料量，kg/h、分別為總的、第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/h2.6.2計(jì)算各效料液的沸點(diǎn)第3效：因完成液濃度和冷凝器壓力均不變，各種溫度差損失及溶液沸點(diǎn)可視為恒定，即 故末效溶液的溫度仍為93.1,即: =93.1 第2效：第二效二應(yīng)次蒸汽的冷凝溫度=114.7，水蒸氣的汽化潛熱 =2129.3

19、kJ/kg，相的壓力為169.4 kPa. 下對應(yīng)的水的沸點(diǎn)=117.6 =1 第二效溶液的沸點(diǎn)為： 第1效：第二效二次蒸汽的冷凝溫度為=135.46，水蒸氣的汽化潛熱=2129.3kJ/kg相應(yīng)的壓力為341.8 kPa. 下對應(yīng)的水的沸點(diǎn)=139.5 =1 故第1效溶液的沸點(diǎn)為： 溫度差重新分配后各效溫度情況見表2-6：表26 溫度分配表 效數(shù) 參 數(shù) 第1效第2效第3效加熱蒸汽溫度，=153.8=137.9=114.7有效溫度差，8.0310.321.6溶液沸點(diǎn)，146.4 127.693.12.6.3 加熱蒸汽用量及各效蒸發(fā)量蒸汽溫度和汽化潛熱見表2-7：表2-7 不同壓力下蒸汽溫度和

20、汽化潛熱 效數(shù) 參 數(shù)加熱蒸汽第1效第2效第3效二次蒸汽壓強(qiáng) /kPa530341.8169.425二次蒸汽的溫度/153.8137.9114.763.3氣化潛熱 /(kJ/kg)2106.62129.32184.22594.3第1效： (e)第2效： (f)第3效： （g）又因 kg/h （h）、分別為第一效、第二效和第三效的熱利用系數(shù)、分別為第一效、第二效和第三效溶液的沸點(diǎn)，、分別為第一效、第二效和第三效二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg 、分別為總的、第一效、第二效和第三效水的蒸發(fā)量，kg/hD1、D2、D3、分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽量，kg/h，當(dāng)無額外蒸汽抽出時(shí)，聯(lián)解式（e）

21、至（h），可得=1122.4 ，=1163.4 ，=1030.9 ，=1183.9 各效傳熱量的計(jì)算第一效加熱蒸汽量，kg/h W1、W2分別為第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/h、分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg2.6.4各效蒸發(fā)器傳熱面積計(jì)算、分別為第一效、第二效和第三效的傳熱量,W、分別為第一效、第二效和第三效的傳熱溫度差，表28 計(jì)算結(jié)果總表 效數(shù)第1效第2效第3效冷凝器加熱蒸汽溫度，153.8137.9114.763.3操作壓力，kPa530341.8169.425溶液溫度（沸點(diǎn)），146.4127.693.1完成液濃度0.1510.2040.30蒸發(fā)量，kg

22、/h1122.41163.41030.9蒸汽消耗量D，kg/h1183.9傳熱面積，m253.953.754.5與第一次計(jì)算結(jié)果比較，其相對誤差為:，誤差較小，符合要求。 計(jì)算相對誤差均在0.04以下，故各效蒸發(fā)量的計(jì)算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無明顯變化，不需重新計(jì)算。根據(jù)要求最終選面積為: 計(jì)算結(jié)果見表2-8：第三章 蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)工藝尺寸的設(shè)計(jì)下面就中央循環(huán)管式蒸發(fā)器為例說明蒸發(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)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸包括：加熱室和分離室的直徑和高度；加熱管與中央循環(huán)管的規(guī)格、長度及在管板上的排列方式。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。3.1加熱管的

23、選擇和管數(shù)的初步估計(jì)3.1.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)蒸發(fā)器的加熱管通常選用25×2.5 mm、38×2.5 mm、57×3.5 mm等幾種規(guī)格的無縫鋼管。一般為加熱管的長度為0.2-6.0 m。由于對工廠等綜合因素的考慮，本設(shè)計(jì)選用管長L=3 m， 38×2.5 mm 的無縫鋼管。由以下初步估計(jì)所需的管子數(shù)n（根）式中：蒸發(fā)器的傳熱面積，由前面的工藝計(jì)算決定。加熱管的外徑，。加熱管的長度，。因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占的傳熱面積，則計(jì)算管子數(shù)時(shí)的管長應(yīng)取。3.1.2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考慮的。中央循環(huán)

24、管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的40%-100%。加熱管的總截面積可按計(jì)算，循環(huán)管內(nèi)徑表示，則：對加熱面積較小的蒸發(fā)器，應(yīng)取較大的百分?jǐn)?shù)。本設(shè)計(jì)選取管子的直徑為42614 mm，循環(huán)管管長與加熱管管長相同均為3 。3.1.3加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱室的內(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又三角形、正方形、同心圓等，目前以三角形排列居多。管心距t為相鄰兩管中心線之間的距離，t一般為加熱管外徑的1.251.5倍。目前在換熱器設(shè)計(jì)中，管心距的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要管子規(guī)格確定，相應(yīng)的管心距則為確定值。表3-1摘錄了管心距的數(shù)據(jù)加熱管外徑

25、d019253857管心距t，mm25324870加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用做圖法來確定，具體做法是：先計(jì)算管束中心線上管束，管子按正三角形排列時(shí)：;管子按正方形排列時(shí)：,式中：n總加熱管數(shù). 初估加熱管內(nèi)徑用。然后用容器公稱直徑，試選一內(nèi)徑作為加熱室內(nèi)徑，并以此內(nèi)徑和循環(huán)管外徑作同心圓，在同心圓的環(huán)隙中，按加熱管的排列方式和管心距作圖。作圖所得管數(shù)n必須大于初估值，如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至適合為止。殼體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸列于表3-2中，以供參考。表3-2 殼體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體內(nèi)徑mm400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚mm8101214經(jīng)過

26、作圖，排列的加熱管數(shù)為181根，大于計(jì)算的管數(shù)（174根），實(shí)際管數(shù)大于初估值，符合要求。正三角形排列初步估算加熱室內(nèi)徑，取 取D=900 mm3.1.4分離室直徑與高度的確定分離室的直徑和高度取決于分離室的體積，而分離室的體積又與二次蒸汽流量及蒸發(fā)體積的強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積的計(jì)算：式中：水蒸汽密度見表3-1：表3-1 不同壓強(qiáng)下水蒸汽的密度效 數(shù)加熱蒸汽第1效第2效第3效二次蒸汽壓強(qiáng)（KPa）530341.8169.425蒸汽密度（kg/）2.81771.86520.91960.1608所以，。取H：D=2則 對中央循環(huán)管，其分離室高度不小于,以保證足夠的霧沫分離高度。分離室直徑也不能太小，

27、否則二次蒸汽流速過大將導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。3.2接管尺寸的確定3.2.1溶液的進(jìn)出口管對并流三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設(shè)備尺寸一致的話，根據(jù)第一效溶液流量確定接管。溶液的適宜流速按強(qiáng)制流動（u=0.8-1.5 m/s）考慮，設(shè)計(jì)上進(jìn)出口直徑可取為一致。根據(jù)進(jìn)料液的濃度x=0.12查表得對應(yīng)密度為1130.9 kg/,適宜流速u=1.0 m/s.溶液進(jìn)出口管：根據(jù)管規(guī)格，選取50×4.0mm的不繡鋼管。核算流速u：所選的不繡鋼管符合要求。3.2.2加熱蒸汽與二次蒸汽接管（1）加熱蒸汽D由表3-1查得加熱蒸汽的密度=2.8177 kg/，u=40 m/s(2) 第1效二次蒸汽

28、W1由表3-1查得加熱蒸汽的密度1=1.8652kg/,u=40m/s（3）第2效二次蒸汽W2由表3-1查得加熱蒸汽的密度2=0.9196 kg/, u=40 m/s（4）第3效二次蒸汽W3由表3-1查得加熱蒸汽的密度3=0.1608 kg/, u=70 m/s所以，加熱蒸汽和前兩效二次蒸汽的流速取u=40 m/s,第3效二次蒸汽的流速取u=70 m/s,最后加熱蒸汽和二次蒸汽的接管取194×8 mm的不銹鋼管。510下，=152.4 時(shí)，3.2.3冷凝水出口管（1）第1效冷凝水冷凝水的流量D1=1183.9 kg/h,冷凝水溫度T=153.8 ,=913.3 （2）第2效冷凝水冷凝

29、水的流量W1=1122.4 kg/h冷凝水溫度T=137.9 ,=927.9 （3）第3效冷凝水冷凝水的流量W2=1163.4 kg/h冷凝水溫度T=114.7 ,=947.3 綜上計(jì)算：取 選擇 mm的不銹鋼管。第四章 蒸發(fā)器裝置的輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)蒸發(fā)裝置的設(shè)備主要包括氣液分離器和蒸汽冷凝設(shè)備，還需要真空泵，疏水器等輔助設(shè)備。4.1氣液分離器蒸發(fā)操作時(shí)，二次蒸汽中夾帶大量液體，雖在分離室得到了初步分離，但是為了防止有用的產(chǎn)品損失或污染冷凝液體，還需設(shè)置氣液分離設(shè)備，以使霧沫中的液體凝聚與二次蒸汽分離，故氣液分離器又稱除沫器。其類型較多，在分離室頂部設(shè)置的有簡易式，慣性式及網(wǎng)式除沫器等，在蒸發(fā)器

30、外部設(shè)置的有折流式，旋流式及離心式除沫器等。慣性式除沫器是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變方向時(shí)，液滴因慣性作用而與蒸汽分離，它的結(jié)構(gòu)比較簡單。因此，本次設(shè)計(jì)采用慣性式除沫器。慣性式除沫器主要尺寸的計(jì)算：式中： 所以，以上除沫器內(nèi)管選用無縫鋼管,除沫器外罩管選用的無縫鋼管。4.2 蒸汽冷凝器4.2.1冷凝器主要類型冷凝器的主要作用是用冷凝水將二次蒸汽冷凝。冷凝器分為直接接觸式冷凝器和間壁式冷凝器，當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時(shí)，可采用直接接觸式冷凝器，使二次蒸汽與冷凝水直接接觸進(jìn)行熱交換，其冷凝效果好，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，造價(jià)低廉，因此，本次實(shí)驗(yàn)采用直接接觸式冷凝器。直接接觸式冷凝器包括多孔板

31、式，水簾式，填充塔式及水噴射式等。多孔多板式是目前廣泛使用的型式之一。冷凝器內(nèi)裝有4-9塊不等距的多孔板，冷凝水通過板上小孔分散成液滴與二次蒸汽接觸，接觸面積大，冷凝效果好。但多孔易堵塞，二次蒸汽在折流過程中壓力增大，所以也采用壓力較小的單層多孔板冷凝器，但冷凝效果差。水簾式冷凝器內(nèi)裝有3-4對固定的環(huán)形和圓形隔板，使冷卻水在隔板間形成水簾，二次蒸汽通過水簾式被冷凝。其結(jié)構(gòu)簡單，壓力較大。表4-1 各種型式蒸汽冷凝器的性能比較項(xiàng) 目型式多層多孔板式單層多孔板式水簾式填充塔式水噴射式水氣接觸面積大較小較大大最大壓強(qiáng)降1067-2000Pa小，可不計(jì)1333-3333Pa較小大塔徑范圍大小均可不宜

32、過大二次蒸汽量結(jié)構(gòu)與要求較簡單簡單較簡單，安裝有一定要求簡單不簡單，加工有一定要求水量較大較大較大較大最大其它孔易堵塞適于腐蝕性蒸汽填充式冷凝器，塔內(nèi)上部裝有多孔板式液體分布板，塔內(nèi)裝填拉西環(huán)填料。冷水與二次蒸汽在填料表面接觸，提高了冷凝效果。適用于二次蒸汽量較大的情況及冷凝具有腐蝕性氣體的情況。水噴射式冷凝器，冷卻水依靠泵加壓后經(jīng)噴嘴物化使二次蒸汽冷凝。不凝氣也隨冷凝水由排水管排出。此過程產(chǎn)生真空，則不需要真空泵就可以造成和保持系統(tǒng)的真空度。但單位二次蒸汽所需的冷卻水量大，二次蒸汽量過大時(shí)不宜采用。各種型式蒸汽冷凝器的性能比較見表4-1。綜合考慮各種設(shè)備的性能，本設(shè)計(jì)選用水噴射式冷凝器。4.

33、2.2設(shè)計(jì)與選用1. 工作水量的計(jì)算：對以冷凝為主的水噴射式冷凝器，其冷卻水用量決定于被冷凝蒸汽的熱焓，冷卻水的進(jìn)出口溫度，可按下式計(jì)算：式中： 。其中：t1=18 ， ，噴射器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算：2. 噴嘴數(shù)及噴嘴直徑：工作水進(jìn)口壓強(qiáng)取0.5 MPa,吸入壓強(qiáng)為25 MPa，=0.95，=913.7 P=500-25=475 kPa通過一個(gè)噴嘴的水流速度為： 噴嘴直徑，在水質(zhì)清潔時(shí)可取后，噴嘴個(gè)數(shù)的確定為：文氏管喉部直徑：Pc=100-25=75 kPa式中：水噴射器其它各部尺寸為：文氏管喉部長度 文氏管收縮口直徑 文氏管收縮段長度 文氏管收縮角度 文氏管擴(kuò)散段直徑 文氏管擴(kuò)散段長度 文氏管擴(kuò)散段角度 進(jìn)水管直徑與進(jìn)蒸汽管直徑可按一般原則計(jì)算，但管內(nèi)水流速不宜太高，否則電耗增大，取12 m/s較好；蒸汽流速隨真空度不同而變化，當(dāng)真空度在72-95其最大流速為70120 m/s不等。第五章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總一、操作條件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用510 kPa的加熱蒸汽，冷凝器絕壓選用90 kPa.二、蒸發(fā)器類型因考慮蒸發(fā)料液的粘度、設(shè)備的操作費(fèi)和處理量等主要因素，本設(shè)計(jì)選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。三、效數(shù)的選取因氫氧化鈉水溶液隨蒸發(fā)的進(jìn)行沸點(diǎn)升高較大，影響傳熱，經(jīng)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選三效蒸發(fā)。四、流程的選擇考慮氫氧化鈉物性及操作條件，本設(shè)計(jì)選并流操作。五、工藝計(jì)算結(jié)果匯總表