雙效升膜蒸發(fā)器畢業(yè)設計說明書

1、Na(CQ)水溶液兩效蒸發(fā)裝置設計DESIGNDF2-EFFECTEVAPORATIONEQUIPMENTFORSODIUMCARBONARESOLUTION專業(yè)：過程裝備與控制工程姓名：指導教師：申請學位級別：學士論文提交日期：2013年6月8號學位授予單位:在化工、醫(yī)藥和食品等領域常涉及到關于溶液的濃縮和從溶液中制取溶劑的工藝，為實現(xiàn)這些工藝，常采用蒸發(fā)操作，即通過加熱的方法，使含有不揮發(fā)溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質組成提高的單元操作。進行蒸發(fā)操作的設備即為蒸發(fā)設備，蒸發(fā)設備的種類較多，特點不一，故根據不同的條件選取最優(yōu)的蒸發(fā)設備顯得尤為重要。本次設計為依據所需濃縮的溶液

2、、處理量、濃縮比、生蒸汽的壓強等條件設計合適的蒸發(fā)器和輔助設備。首先通過了解眾多蒸發(fā)設備的特點，再根據本次設計的前提條件選用較優(yōu)的蒸發(fā)設備，經過綜合分析本設計選用開膜式蒸發(fā)器。確定蒸發(fā)器類型后，根據相關資料和本次設計的前提條件對蒸發(fā)器的各項尺寸進行計算，并依此選取或設計各種部件，然后，再對重要部件進行強度校核，確保其能夠達到工藝要求。由于蒸發(fā)操作需要消耗大量的熱能，如何提高熱能的利用率就顯得比較重要，通過參閱大量的文獻，了解了許多節(jié)能措施，通過比較分析，本設計采用第一效蒸發(fā)器的冷凝水對原料液進行預熱，預熱設備選用套管式換熱器。由于本設計末效蒸發(fā)器采用真空蒸發(fā)，故需要采用真空設備對其進行抽真空，

3、為減少真空設備的抽氣量，即降低能耗，本設計對末效的二次蒸汽進行冷凝，米用混合式冷凝。蒸發(fā)操作屬于耗能較高的操作，蒸發(fā)設備將更多的趨于節(jié)能化。關鍵詞：蒸發(fā)器；開膜式蒸發(fā)器；雙效蒸發(fā)器ABSTRACTInthechemical,pharmaceuticalandfood,etc.ofteninvolvesaboutthesolutionofconcentratedandthesolventfromthesolutionprocessofpreparingfortherealizationoftheseprocesses,oftenwithanevaporationoperation,namely,

4、byamethodofheatingthenon-volatilesolutecontainingboilingvaporizationandremovedfromthesteam,therebyimprovingthecompositionofthesoluteunitoperation.Evaporationoperationofthedeviceistheevaporationplant,evaporationplantmoretypesofdifferentcharacteristics,soselectthebestunderdifferentconditionsofevaporat

5、ionequipmentisveryimportant.Thedesignisbasedonconcentratedsolutionrequired,thehandlingcapacity,concentrationratio,rawsteampressureandotherconditionstodesignsuitableevaporatorandauxiliaryequipment.First,byunderstandingthemanyfeaturesoftheevaporationplant,accordingtothedesignoftheoptimumchoiceprecondi

6、tionevaporationequipment,afteracomprehensiveanalysisofthedesignusesrisingfilmevaporator.Determinetheevaporatortype,accordingtotherelevantinformationandthedesignofthepreconditionsforthesizeoftheevaporatoriscalculated,andsoselectordesignofvariouscomponents,andthen,andthentheimportantpartsstrengthcheck

7、toensurethatitcanmeetprocessrequirements.Duetoevaporationoperationsconsumealotofenergy,howtoimprovetheutilizationofenergybecomesmoreimportant,byreferringtotheextensiveliterature,tounderstandthemanyenergy-savingmeasures,throughcomparativeanalysis,thedesignusesfirst-effectevaporatorcondensateliquidofr

8、awmaterialspreheatedequipmentselectionpipeheatexchanger.Sincethedesignoftheend-effectevaporatorusingvacuumevaporation,thedeviceneedstobevacuumevacuatedtoreducetheamountofvacuumsuctiondevice,whichreducesenergyconsumption,thedesignefficiencyoftheendofthesecondarysteamiscondensed,theuseofhybridcondensa

9、tion.Evaporationoperationisenergy-consumingoperation,evaporationplantwillbecomemoreenergy-saving.Keywords：evaporator;risingfilmevaporator;dualeffectevaporator第一章緒論1第一節(jié)蒸發(fā)概述1第二節(jié)蒸發(fā)設備2第三節(jié)物料的簡介5第四節(jié)蒸發(fā)器的選型5第二章工藝計算6第一節(jié)設計內容6第二節(jié)工藝計算6第三章蒸發(fā)器的結構設計12第一節(jié)加熱室的設計12第二節(jié)接管設計17第三節(jié)管箱結構設計21第四節(jié)支座的選取23第五節(jié)視鏡的選用24第六節(jié)蒸發(fā)器強度校核25第

10、四章蒸發(fā)器輔助設備的選擇27第一節(jié)原料液的預熱器27第二節(jié)冷凝器的設計31第三節(jié)分離器的設計35結論37參考文獻39致謝40天津科技大學2013屆本科生畢業(yè)設計第一章緒論第一節(jié)蒸發(fā)概述一、蒸發(fā)的簡介蒸發(fā)即使液體汽化移出，工業(yè)上通常采用加熱的方式強化蒸發(fā)，因為通過蒸發(fā)可以濃縮溶液和得到純凈的液體，所以蒸發(fā)這一操作在工業(yè)上應用比較廣泛。二、蒸發(fā)操作的分類（一）單效蒸發(fā)操作與多效蒸發(fā)操作根據蒸發(fā)器二次蒸汽的處理方式不同可將蒸發(fā)操作分為單效蒸發(fā)操作和多效蒸發(fā)操作。多效蒸發(fā)操作即一蒸發(fā)器蒸發(fā)產生的二次蒸汽引入下一蒸發(fā)器，并作為其加熱蒸汽，即將多個蒸發(fā)器串聯(lián)起來。對于多效蒸發(fā)操作，二次蒸汽和溶液的流向有三

11、種不同的形式，即并流、逆流和錯流。單效蒸發(fā)操作與上述的不同之處在于蒸發(fā)產生的二次蒸汽沒有被作為加熱蒸汽引入另一蒸發(fā)器。多效蒸發(fā)操作相對于單效蒸發(fā)操作有諸多優(yōu)勢，比如多效蒸發(fā)操作充分利用了具有較多熱能的二次蒸汽，即其一次蒸汽用量相對較少，熱能利用率相對較高，設備生產強度性對較低。（二）加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)和減壓操作蒸發(fā)操作可以在加壓、常壓或減壓的條件下進行。在多效蒸發(fā)操作中，末效蒸發(fā)器常采用真空操作，這樣可以提高傳熱溫度差，加大對二次蒸汽的利用程度；在工業(yè)生產中常遇到需要處理的熱敏性物料，此時需要考慮真空操作，因為真空操作可降低料液的沸點，避免或減少對物料的影響。（三）間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)根據蒸發(fā)操

12、作的過程模式，將其分為間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)。三、蒸發(fā)操作的特點（一）工業(yè)蒸發(fā)操作實際為熱傳導，但其特別之處在于傳熱壁面一側的冷流體汽化和另一側熱流體的液化同時發(fā)生。（二）對于溶液來說，其蒸氣壓較同條件下的溶劑的低，則導致溶液的沸點高于純溶劑的沸點，即溶液的沸點有所升高，且沸點升高程度和溶質的種類和溶質的百分含量有關。（三）在對某些溶液進行蒸發(fā)時，會出現(xiàn)晶體析出、溶質變質、壁面結垢和產生泡沫等現(xiàn)象，對于這些現(xiàn)象要采取相應的措施加以防治。（四）蒸發(fā)操作屬于高耗能操作，應該采取措施提高能源的利用率，比如；蒸發(fā)操作會產生大量含有較多潛熱的二次蒸汽，可用二次蒸汽作為加熱蒸汽對下一效蒸發(fā)器進行加熱；同時，蒸

13、發(fā)操作還會產生大量溫度較高的冷凝水，可利用冷凝水對料液進行預熱或經過閃蒸產生的蒸發(fā)作為加熱蒸汽在此利用。第二節(jié)蒸發(fā)設備一、蒸發(fā)設備的簡介為完成各種蒸發(fā)操作需要配套的蒸發(fā)設備，由于蒸發(fā)操作的種類較多，所以蒸發(fā)設備的類型也較多，但是不同類型的蒸發(fā)設備都是由蒸發(fā)器和輔助設備組成。蒸發(fā)器主要由加熱室和蒸發(fā)室組成，加熱室內為加熱蒸汽，其作用為對料液進行加熱；蒸發(fā)室內為料液，被加熱室內加熱蒸汽加熱后的料液在蒸發(fā)室進行沸騰汽化，即進行蒸發(fā)。輔助裝置主要作用有使蒸發(fā)產生的氣液混合物進行分類、對產生的二次蒸汽進行冷凝、形成蒸發(fā)操作所需要的壓力環(huán)境和對料液的預熱等，其主要包括分離器、冷凝器、形成真空的裝置和預熱器

14、等。二、蒸發(fā)器的類別根據蒸發(fā)操作時料液在蒸發(fā)器內流動形式的不同，可以將蒸發(fā)器分為循環(huán)型蒸發(fā)器和單程型蒸發(fā)器即膜式蒸發(fā)器。（一）循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器的特點為料液在蒸發(fā)器內作循環(huán)流動，料液流動可以靠料液的密度差來推動，也可以靠外界的動力來推動。由于料液在蒸發(fā)器內作循環(huán)流動，所以蒸發(fā)器內的料液滯留量較大，且料液在蒸發(fā)器內停留的時間較長，故其不適合于處理熱敏性物料。循環(huán)型蒸發(fā)器還可細分為多種形式。（二）單程型（膜式）蒸發(fā)器單程型蒸發(fā)器的特點為料液只在蒸發(fā)器內流動一次，料液可以以較快的速度呈膜狀流過加熱室內的加熱管，料液在蒸發(fā)室內停留時間可大幅度縮短，且蒸發(fā)器可具有較高的傳熱系數。其進料方式可以為從

15、蒸發(fā)器上部進料，也可以為從蒸發(fā)器下部進料，根據其進料方式的不同，可將膜式蒸發(fā)器分為開膜式蒸發(fā)器和降模式蒸發(fā)器。1、升膜蒸發(fā)器開膜蒸發(fā)器即采用從蒸發(fā)器下部進料的膜式蒸發(fā)器，開膜蒸發(fā)器的工作原理為，料液經過預熱后以達到或接近其沸點的溫度被輸送到蒸發(fā)器的下部，在蒸發(fā)器下部經過加熱而迅速沸騰汽化，產生大量蒸汽，由于蒸汽密度較低而向上快速流動，同時帶動料液以膜狀的形式沿加熱管內壁面快速上升，料液的速度可達到較高值，正是由于料液呈膜狀流動且流速較高，故開膜式蒸發(fā)器的傳熱系數較高且工作效率也較高。為使開膜式蒸發(fā)器的處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，應確保料液在加熱管內呈膜狀流動，只有當料液處于膜狀形式流動時蒸發(fā)器的傳熱系

16、數最高，工作效率最高。只有當料液的流速位于合理范圍內，料液才能呈膜狀流動，如果流速過大則會出現(xiàn)干壁、結垢現(xiàn)象，如果流速過小，則會使傳熱系數降低，影響工作效率。為確保流速和合理，故在設計開膜式蒸發(fā)器時應該對加熱管有特殊的要求。為提高開膜蒸發(fā)器生產能力可采取下面的措施：、增設進料預熱器如果將溫度比沸點溫度低很多的溶液輸送入蒸發(fā)器，則料液不可能立即進行沸騰汽化，而是需要一定時間的加熱升溫至沸點，在此期間料液不呈膜狀流動，且料液會占據加熱管的一部分，這就導致蒸發(fā)器的傳熱系數降低，嚴重影響到蒸發(fā)器的生產能力。為克服這一不利因素，可先對料液進行預熱處理，使料液達到或接近沸點溫度時才被輸送到蒸發(fā)器，這就會減

17、少加熱管內對料液進行預熱的部分，提高蒸發(fā)器的傳熱系數。、增大加熱蒸汽壓力和提高蒸發(fā)器內的真空度才取這兩項措施都是為了提高傳熱總溫差，以此來提高蒸發(fā)器的傳熱系數和生產能力。加熱蒸汽均凝水蒸發(fā)黑；2-分離室|料液二次藻汽41圖11升膜蒸發(fā)器的示意圖2、降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器即采用從蒸發(fā)器上部進料的膜式蒸發(fā)器，具與膜蒸發(fā)器的不同之處有：降膜式蒸發(fā)器也是沿加熱管呈膜狀流動,但是其呈膜的原理和升膜式的不同，其是靠液體分布器將料液分布于加熱管內壁，使料液呈膜狀沿壁面向下流動。液體分布器還起到防止二次蒸汽由加熱管頂端直接竄出。完成液和蒸汽從蒸發(fā)器卜部通入分離室進行分離圖12降膜蒸發(fā)器結構圖3、刮板攪拌薄膜蒸發(fā)

18、器刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器呈膜原理：加熱管內裝有可以旋轉的攪拌葉片，具可以使料液在加熱管內壁呈膜狀流動，具結構比較復雜、運行成本高、處理量不大，一般只應用于處理粘度較大的料液。三、蒸發(fā)設備的輔助裝置蒸發(fā)器的輔助裝置主要有分離器、除沫器、冷凝器和形成真空的裝置等，其簡單介紹分別如下：（一）分離器和除沫器作用：分離器是將蒸發(fā)產生的氣液混合物進行分離，分離出液體料液和蒸汽，除沫器是對蒸汽作進一步的分離，除去其攜帶的少量料液，除沫器的種類較多。（二）冷凝器作用：冷凝二次蒸汽。類型：冷凝器有間壁式和直接接觸式兩種形式。當二次蒸汽為有價值的產品而需要回收，或會嚴重污染冷卻水時，應采用間壁式冷凝器；否則可采用氣、

19、液直接接觸的混合式冷凝器。(三)真空裝置作用：當蒸發(fā)操作環(huán)境需要真空時，則需要真空裝置抽出多余的氣體，維持操作系統(tǒng)所需要的真空環(huán)境。第三節(jié)物料的簡介碳酸鈉易溶于水，且其水溶液呈堿性，具有一定的腐蝕性，其熔點為851C,相對密度(25C)2.532,比熱容1.042J/(gC)(20C)。在工業(yè)中碳酸鈉的用途非常廣泛，在輕工日化、建材、化學工業(yè)、食品工業(yè)、冶金、紡織、石油等領域均有著廣泛的應用，在工業(yè)上最常用的的制取碳酸鈉的方法為聯(lián)合制堿法。第四節(jié)蒸發(fā)器的選型由于蒸發(fā)器的形式較多，對于不同的工藝要求如何選取最合適的蒸發(fā)器形式就顯得非常重要了，選取合適蒸發(fā)器的時候要考慮以下因素，料液的黏度，料液的

20、熱穩(wěn)定性，料液是否易發(fā)泡、結垢，料液的腐蝕性，料液的處理量等。在選型時應該綜合分析上述各因素。第二章工藝計算經過對工藝要求的各項前提條件的綜合分析，本設計確定選用雙效開膜式蒸發(fā)器，并采用并流布置。本章主要是關于對開膜式蒸發(fā)器的工藝計算，即確定各效蒸發(fā)器的蒸發(fā)量、蒸發(fā)操作的環(huán)境和傳熱面積等。第一節(jié)設計內容一、設計題目（一）設計題目：Na2CO3水溶液雙效蒸發(fā)裝置設計（二）設備型式：升膜式蒸發(fā)器，并流布置二、設計條件（1） 原料液處理量：F=5000kg/h,濃度7%,溫度30C,完成液濃度25%,碳酸鈉的比熱容為1.04KJ/（kg.C）；（2） 加熱蒸汽壓強400kPa（絕壓），冷凝器壓強20

21、kPa（絕壓）；（三）效蒸發(fā)器傳熱面積相等，加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出，熱損失均按5%計，流動阻力引起的沸點升高取1C；（四）根據相關資料，取第一效蒸發(fā)器的總傳熱系數為2000W/nf.C,第二效蒸發(fā)器的總傳熱系數為1500W/1tf.C；第二節(jié)工藝計算一、各效濃度的估算由設計任務書可知，原料液的處理量為F=5000kg/h,初始溶液溶質的質量分數為X0=7%,完成液溶質的質量分數為X2=25%。則總蒸發(fā)水量W為X。)0.07、,、(2- 1)W=FM1-一尸5000M1-|=3600Kg/hXi，12=0.95(一)對第一效進行熱量衡算(2- 2)W1R1=D1R01R12138.5

22、即W1=1D10.95D1=0.923D1R22200.8(二)對第二效進行熱量衡算W2 =cR1D2 ILR2FCpo -WCpw t1 t22R2(2- 3)若第一效產生的二次蒸汽沒有額外抽出時W1=D2,原料液的比熱容：Cpo=7%Cn+93%Cpw=0.07m1.04+0.93m4.187=3.967KJ/(kg.C)其中Cn為碳酸鈉的比熱容，Cpw為水的比熱容故上式可變?yōu)?W2=W1R1FCpo-W1Cpwt12R2R22200.8122.3-62.3Wi50003.967-4.187W12854.92854.90.95=0.648Wi396.6(2-4)有W1+W2=W,且W=36

23、00kg/h,并將其帶入式2-4中，可得:W1=1944kg/h,W2=1659kg/h;將W1=1944kg/h帶入式2-2中，可得D1=2106.2kg/h。各效蒸發(fā)量及加熱蒸汽量如表23效序數蒸發(fā)量（kg/h）加熱蒸汽量（kg/h）一19442106.2二16561944表23四、初求傳熱面積（一）求第一效蒸發(fā)器傳熱面積S1cQ1S1二K1：t1(2-5)第一效中傳遞的熱量Q1=D1R0=2106.2父2138.5父103+3600=1.251父106(W),總傳熱系數K1=2000W/nf.C,有效溫度差&1=T0-t1=143.4-122.3=21.1(C)1.2511062故S12

24、9.65m200021.1(二)求第二效蒸發(fā)器傳熱面積S2S2;臺K2=t2(2-6)第二效中傳遞的熱量Q2=W1R1=1944M2200.8M103+3600=1.188父106(W),總傳熱系數Ki=1500W/nf.c,有效溫度差$2=1_t2=120.762.3=58.4(C),1.1881062故S2=13.56m150058.4(三)為制造安裝方便，故要求兩效傳熱面積相同，但是由于初次計算得到的兩效傳熱面積相差甚大，故應該調整各效的有效溫差，調整后再進行計算面積，直至兩效傳熱面積相差不大。五、分配有效溫差、再求傳熱面積(一)重新分配各效的有效溫度差S1.：t1 S2.12S 二t2

25、9.65 21.1 13.56 58.479.5= 17.83 m2(2- 7)S129.65&1=&1=m21.1=35.1(C)S17.83S213.56”、&2=&2=m58.4=44.4(C)S17.83(二)校正各效沸點、蒸發(fā)水量和傳熱量因為第二效完成液濃度和其二次蒸汽壓強不變，故第二效溶液的沸點亦不變t2=62.3C;而；：t2=44.4C,則第二效加熱蒸汽(來自第一效的二次蒸汽)溫度為T1=t2y2=62.3+44.4=106.7(C)；則第一效二次蒸汽溫度=丁1十&=106.7+1=107.7(C);假設此時第一效的蒸發(fā)量仍為W1=1944kg/h,則第一效溶液濃度x1 二Fx

26、oF -W15000 0.075000 -1944= 0.115由T1=107.7C,可知第一效的壓強P1=132.98kPa,汽化潛熱R1=2236.4kJ/kg,Ps由公式Ps=一，可知此時溶減的沸點t1=108.4C。m(三)熱量衡算對第一效進行熱量衡算：W1=B=0.952138.5D1=0.908D1(2-8)R22236.4對第二效進行熱能衡算：第一效產生的二次蒸汽沒有額外抽出即W1=D2,(2- 9)W2=D2R1FCPO-WlCPWt-t22R2R22236.4107.7-62.3W150003.967-4.187W10.952854.92854.9=0.681Wi299.43

27、有Wi+W2=W,且W=3600kg/h,并將其帶入式2-9中，可得:Wi=1964kg/h,W2=1636kg/h;將W1=1944kg/h帶入式2-8中，可得D1=2163kg/h。貝UQ1=D1R0=2163M2138.5父103+3600=1.285m106(W),Q2=W1R1=19642236.41033600=1.220106W因為此時計算出的W1、W2與前面所求得蒸發(fā)量相差很小，故其溶液濃度無明顯的變化，故不必重新計算溶液的沸點。(四)各效傳熱面積的重新計算&1=T。-t1=143.4108.4=35C18.357 m2gQ11.2851061二二K1.t1200035cQ21

28、.2201062S2=18.312mK2.42150044.4兩傳熱面積非常接近，故不必再重新計算?？紤]到留適當設計余量(通常加大10%15%),故最終確定S1=S2=20m2(五)各效數據的最終匯總效序數加熱蒸汽溫度(C)二次蒸汽溫度(C)溶液溫度(C)壓強(kPa)蒸發(fā)量(kg/h)回積(m)一143.4107.7108.4133196420一106.760.162.320163620表24第三章蒸發(fā)器的結構設計本章主要為確定蒸發(fā)器主體的各項尺寸，并依此來設計和選取各部件，本章主要涉及到加熱管尺寸、數量，筒體尺寸，筒體法蘭、接管法蘭的選取，整體管板的設計，箱體的設計，折流板、防沖擋板的設計

29、，支座、視鏡的選取以及重要部件的強度校核等。第一節(jié)加熱室的設計一、加熱管數量的確定（一）初算加熱管數量選取425M2.5的無縫鋼管，為滿足開膜蒸發(fā)器所要求的加熱管長徑比為100150的要求，同時考慮到資料的推薦值，所以管長取3m管數由下式求取Sn-(3- 1)二d。L-0.1其中：d0為加熱管的外徑，d0=0.025m;S為單效的傳熱面積，S=20m2;L為加熱管的長度，L=3m,因為加熱管固定在管板上；考慮到管板的厚度所占據的傳熱面積，故計算n時管長應?。↙-0.1）87.5(根)S=20二d0L-0.1-3.14160.0253-0.1故取加熱管數量為88根。（二）加熱管的排列方式和數量的

30、最終確定由于蒸發(fā)器的殼程走的是飽和水蒸氣，不易結垢，故采用結構緊湊的正三角形排列。若按照正三角形排列，為排下88根管子需要5層，為將5層六角形布滿管子，則管子數為91根。同時考慮到拉桿在管板上所占據的位置，故最終加熱管數為89根。對管數進行校核：第一效蒸發(fā)器中二次蒸汽的體積流量v-W719640.7694 3600_ 一 ，3 、= 0.709 (m3/s);(3- 2)第二效蒸發(fā)器中二次蒸汽的體積流量V2W216363,、=3.477 (m /s)。 0.1307 3600(3- 3)加熱管內截面總面積S=n-(d0-0.005f=89x311416x0.022=0.028644(m2)。則

31、：第一效蒸發(fā)其中二次蒸汽的流速v1=V1=工迪=24.8(m/s)；S0.0286V23477第二效蒸發(fā)其中二次蒸汽的流速V2=四77=121.6(m/s)。S0.0286對于開膜蒸發(fā)器，為保障溶液在加熱管內的流型為環(huán)狀流，管內蒸汽流速在常壓下要保證在1050m/s,理想條件為30m/s,在減壓tt況下在100160m/s。此時的v1、v2均符合要求，故選取的管子型號和確定的管子長度、數量是合乎要求的。加熱管的數據匯總如下表:型號長度數量排列方式無縫鋼管中25M2.53m89正三角形表3-1、計算加熱室內徑內徑由下式求取Di=tnc-12b(3-4)其中：nc為對角線上的管數，因為正六角形為5

32、層，故仙=2父5+1=11,b為最外層六角形中加熱管的管中心到殼體內壁的距離，b一般取(11.5)d0,止匕時取b=1.5d0=1.5M25=37.5(mm)。t為加熱管中心距，t一般取(1.251.5)d,但當加熱管外徑為25mm時，最常用的中心距為32mm。故式3-2為Di=tn1.2b：=3211-1237.5=395mm根據手冊將內徑Di圓整為400mm,壁厚取8mm。三、折流板設計為了提高殼程內加熱蒸汽的流速，并增加其湍流程度，且使殼程流內加熱蒸汽能夠垂直沖刷管束，以改善傳熱效果，增大蒸發(fā)器的傳熱系數，提高蒸發(fā)器的生產能力，故應該在蒸發(fā)器的殼程內安裝折流板，同時折流板還可起到減少結垢

33、，對管束起到支撐作用，防止加熱管變形的作用。此處選用常用的單弓形折流板，具結構如下圖所示：圖3- 1單弓形折流板如圖所示，單弓形折流板缺口弦高h易取0.200.45倍的殼體直徑，最常用的是0.25倍的殼體直彳全,故此處h=0.25Di=0.25父400=100(mm)。折流板按照等距布置，確定折流板間距B=300mm,折流板厚度取4mm折流板板數N=上-1=陋-1=9(塊)B300離管板最近的折流板距離為3000 - 9 -1 3002=300 mm由GB152011可知：折流板管孔直徑及允許偏差為25.80.40mm,折流板外直徑及允許偏差中396.5幻5mm。四、拉桿、定距管設計折流板一般

34、通過拉桿與定距管等元件與管板固定。由GB151999可知拉桿的具體數據，其如下圖:拉桿直拉桿數LaLbbL2徑dmm重mmmmmmmmn16420602.024表3-2拉桿與定距管結構圖如下圖所示:圖3-3拉桿定距桿結構折流板上為拉桿開孔尺寸為啊6.60040mm。定距管一般選取內徑比拉桿外徑大一些的管子，此處選用的定距管為25父2.5的無縫鋼管，與加熱管相同。五、管板設計為固定換熱管束，需要設計管板，此處設計的管板采用延長部分兼作法蘭的管板形式，即整體管板。管板與加熱室殼體的連接，采用焊接形式；管板與換熱管的連接采用強度焊接形式。其結構如下圖所示， ft-A圖3-4管板結構圖由壓力容器設計手

35、冊，可知此處選用的管板法蘭的尺寸如下表,公稱直徑DN,mm壓強MPa管板法蘭，mm螺柱DDD3D4D5Cd2bfb規(guī)格數量4000.651548039743740312.5182838M1620表33整體管板尺寸第二節(jié)接管設計一、接管直徑的確定（一）溶液進出口接管直徑的確定為加工方便，各效蒸發(fā)器的料液進出口均采用相同的尺寸，則料液進出口直徑應該根據溶液體積流量最大的第一效溶液進口直徑為準。溶液的適宜流速按照強制流動取值，有資料可知：濃度不大的溶液強制流動流速理想范圍為12m/s,此時取流速u=1.2m/s。第一效進料液的密度為，P=7%m隰質+93%mP水=0.07父2532+0.97父100

36、0=1107.2(Kg/m3)則料液的體積流量為,F500033Vs1.254103m3/s3600：36001107.2則接管內徑為,4xVs,4x1,254X10一dL1=”=0.0365m=36.5mm二u3,14161.2按照相關標準選取145M2.5標準的無縫鋼管（二）飽和蒸汽進出口接管直徑的確定為加工制造方便，設計各效飽和蒸汽進出口接管直徑相同，蒸汽進出口直徑應該依據直徑最大者為準。有式3-2和3-3可知，第一效蒸發(fā)器中二次蒸汽的體積流量Vs1=0.709m3/s；第二效蒸發(fā)器中二次蒸汽的體積流量Vs2=3.477m3/s,;查手冊可知第一效的加熱蒸汽的密度為222.154Kg/m

37、3,故第一效加熱蒸汽的體積流量為，.D121632.Vs0=0.279m/s3600：36002.154對加熱室加熱蒸汽管，可按2040m/s的流速確定管徑，對蒸發(fā)器的二次蒸汽流速可取更大些，真空條件下可達到60m/so止匕時取U0=30m/s,u1=40m/s,u2=60m/s。則d0=4Vs=40.279=108.8mm,二U03.1416304 Vsid114 0.7093.1416 40=150.2 mm4 VS2.二 U24 3.4773.1416 60= 271.6 mm雖說，接管尺寸應該按照內徑最大者為準，但有壓力容器設計規(guī)范：圓筒上開孔的限制，當圓筒內徑時，開孔最大直徑不大于-

38、Di-,且不大于500mm。2綜合上述因素，現(xiàn)選取力159父4.5的無縫鋼管。此時，由于進入加熱室的蒸汽流速過大，為防止因殼程蒸汽進口處高溫蒸汽對加熱管束表面進行直接沖刷引起而引起侵蝕及震動，故應該在蒸汽進入端口處設置防沖擋板，以保護換熱管。此處采用防沖擋板焊接在筒體上的連接方式。防沖擋板的結構圖，圖3- 5防沖擋板的結構圖取H=24mm。B1=150+25+25=200mm,B2=225mm；防沖板厚度取5mm,采用碳鋼材料。（三）冷凝水的出口直徑的確定冷凝水的排出一般屬于液體的自然流動，取流速為u=0.15m/s,為加工方便，各尺寸一致，接管直徑應由各效冷凝水體積流量最大者確定。第一效加熱

39、蒸汽用量最大，且其冷凝水的密度最小，故第一效冷凝水的體積流量最大。.D1216343,V=6.5110m/s3600D13600923.045_44 6.51 10015 3.1406則冷凝水出口內徑為,=74.3mm選取由89x4.5的無縫鋼管。（四）接管法蘭確定選用板式平焊法蘭，其結構如下圖,A0圖3-6板式平焊法蘭結構圖各接管法蘭具體尺寸如下表,接管公稱直徑DN鋼管外徑A1連接尺寸板式平焊法蘭法蘭外徑D螺孔中心直圓徑K螺孔直徑L螺孔數目n螺紋Th法蘭內徑B1法蘭厚度Cdf進料口4045130100144M104616782越八、汽進出150159265225188M16161201992

40、口冷凝液出口8089190150184M1691201242表3-1、蒸發(fā)器接管伸出長度的確定（一）進料接管伸出長度確定L=hhi、.15=1614.85015=95.8mm其中h一接管法蘭厚度，mm上一接管法蘭的螺母厚度，mm6保溫層厚度，按照經驗取50mmL一接管安裝高度，mm；取L=150mm。（二）蒸汽進出口接管伸出長度確定L=hh1、.15=2021.55015=106.5mm取L=150mm。（三）冷凝液出口接管伸出長度確定L=hh1.A-15=2021.55015=106.5mm取L=150mm。三、蒸發(fā)器接管位置的確定蒸汽進出口接管位置確定由于殼程接管位置無補強圈故殼程接管位置

41、最小尺寸為，d0159Lb-4c38-450=163.5mm22取L=200mm四、測壓管，排氣管設計為了方便排出蒸發(fā)器中的不凝氣體和測量蒸發(fā)器中的壓力，故設計排氣管和測壓管均為182mm,L=150mm的無縫鋼管。第三節(jié)管箱結構設計一、下端管箱結構的確定對于開膜蒸發(fā)器，可在下端封頭上開一軸向口，用作進料口，故可將封頭與法蘭直接焊接，不用使用圓筒邊。（一）封頭的選取由于各效蒸發(fā)的尺寸相同，且使兩端的封頭一致，故所以殼體的封頭選取統(tǒng)一類型。選用封頭結構如下，圖3-7封頭結構圖具體尺寸如下,DNmmhimm6nlm直邊段標準圖號4001001040JB1154-73表3-2（二）液體分布器的設計為

42、防止各加熱管內料液的流速相差過大（管內流速過大時，將會出現(xiàn)干管現(xiàn)象，使壁面結垢，輕者影響傳熱效果，重者導致管子的堵塞），故應在下封頭內安裝一錐形液體分布器，使各管內流速分布均勻些。在分布器上開10mm的小孔，小孔按照同心圓均布。（三）管箱法蘭選取選取根據整體管板的尺寸選取對于的管箱法蘭，查標準可得，圖3-8管箱法蘭結構圖（凹面）具體數據如下表,DNmmDmmDimmD2mmD3mmD4mmdmmdmm螺柱規(guī)格數量4005154804504404373018M1620表3-3（四）墊片的選用墊片材料選擇石棉橡膠板，有JB4704-2000可知,圖3-9墊片的結構尺寸圖DNmmDmmdmm4004

43、39403表3-4、上端管箱結構的確定選用B型封頭管箱型。只考慮相鄰焊縫間距離計算管箱的最小長度，長度L如下式,L_LiL2L3其中L1為接管位置尺寸；L2為封頭高度，L2=hi+h2=100+40=140(mm);L3為接管到封頭連接焊縫間的距離，L3取150mm。貝U,L_L1L2L3=200140150=490mm則選取，圓筒邊長為350mm,厚度為10mm。第四節(jié)支座的選取由于此蒸發(fā)器屬于中小型立式設備，故選用耳式支座。耳式支座簡單輕便,但是其對容器壁面可產生較大的局部應力。根據標準JB/T472592,選用支座的尺寸如下,圖3-10A型耳式支座的結構公稱高度底板筋板直徑DNH11b1

44、61S112b2624001251006063080804墊板螺栓（孔）l3b363ed螺紋16012562024M20表3-5第五節(jié)視鏡的選用為了更直接的了解蒸發(fā)器內的運行狀況，在上箱體處安裝視鏡。根據箱體的具體情況，選用視鏡的形式如下：圖3-11帶頸視鏡具體尺寸如下表公稱直徑DD1b1b2H螺栓標準圖號數量直徑501301003422796M12HGj501-86-1表3-6第六節(jié)蒸發(fā)器強度校核一、筒體的強度校核依據工藝要求可知殼程的設計壓力Pc=1.1P=0.44MPa,焊縫采用雙面對接焊并且局部無損傷，故焊接接頭系數平=0.85,材料選用Q235B查相關手冊可知，材料Q235B的許用應

45、力k=ii3MPa且確定殼體厚度負偏差C1=0.6mm?殼體腐蝕裕量C2=2mm#算厚度為：PcDi0.44 4002 133 0.85 -0.44=0.78 mm3- 5筒體的名義厚度t1n=t1C1C2，=0.780.620.62=4mm其中為圓整厚度名義厚度t1n113=0.55(MPa)I-.I113式中Pt殼體的試驗壓力，MPaPc設計壓力，MPa1 試驗溫度下材料的許用應力，MPa島一設計溫度下材料的許用應力，MPa液柱靜壓力味=Pgh=10009.83=0.03(MPa)_Pt=Pt+P7K=0.55+0.03=0.58(MPa)圓筒的應力：5=中0+%)=0.58父(400，4

46、.78)=24.62)2、e24.78橢圓形封頭的應力；PtDi0.5、e0.584000.56.78e=17.3(MPa)2ce26.78其中&為有效厚度;Di為內徑。查化工容器設計附錄得：材料在常溫時：s=235MPa0.9%邛=0.92350.85=179.8MPa24.6Mpa0.9仃s邛=0.92350.85=179.8MPa17.3Mpa故水壓試驗安全。第四章蒸發(fā)器輔助設備的選擇對于一完整的蒸發(fā)操作設備，除主體設備蒸發(fā)器外，還需要若干輔助設備的支持，對于開膜式蒸發(fā)器，其輔助設備主要有料液的預熱器、分離器、冷凝器和真空設備等。第一節(jié)原料液的預熱器第一效冷凝水的溫度和壓強較高，且具有較

47、多可再利用的熱能，為了更好的節(jié)約熱能，應該對第一效冷凝水加以利用，雖說對第一效冷凝水的利用方式有多種，但較簡單的利用方式就是用于對原料液的預熱，顯然單靠第一效冷凝水的預熱是不能使原料液達到或較接近沸點的，故在用冷凝水預熱后，還應對原料液進行預熱，使其達到或接近沸點。這樣雖說增大了設備投入，但從長久的經濟效益角度來看，是可以節(jié)約大量的能源投入，具有可觀的經濟效益和環(huán)保效益。一、第一效冷凝水對與料液的預熱（一）預熱器的選型一、由于套管式換熱器結構簡單、耐高壓、傳熱面積和流速調節(jié)空間大、傳熱系數高、適用于冷熱流體均為液相且不接觸的換熱等優(yōu)勢，故第一效冷凝水對與料液的預熱器選用套管式換熱器。由于逆流布

48、置傳熱溫差較大，當傳遞一定熱量，所需換熱面積少，即逆流布置的換熱器尺寸相對較小，故采用逆流布置?？紤]到冷凝水的溫度較高、壓強較高，為減少其熱量損失，且減少外管的壁厚，故使冷凝水走內管，則原料液走外管。其具體情況如下圖，料展出匚內使樣竹itJiHh圖6-1套管式換熱器結構圖為便于消除內管外壁和外管內壁的污垢，故對外管的兩端與內管的連接方式采用法蘭連接。(二)工藝計算可知冷側進口溫度即原料液溫度ti=30C；熱側進口溫度即冷凝水溫度Ti=143.4Co取換熱器的傳熱系數為K=1500W/(m2：C)；該換熱器采用逆流操作，由工程實踐經驗可知，對于無相變的換熱器，熱側的出口溫度應比冷側的進口溫度高10C,