內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工原理蒸發(fā)器課程設(shè)計(jì)1

1、第1章蒸發(fā)方案設(shè)計(jì)1.1蒸發(fā)操作條件的確定蒸發(fā)操作條件主要指蒸發(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(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。加熱蒸汽的確定需要考慮加熱蒸汽溫度的上限和下限。被蒸發(fā)的溶液有一個(gè)最高的蒸發(fā)溫度，超過(guò)此溫度蒸發(fā)就物料就會(huì)變質(zhì)，破壞和分解，這是確定加熱蒸氣壓強(qiáng)的一個(gè)依據(jù)。蒸發(fā)是一個(gè)消耗大量加熱蒸氣而又產(chǎn)生大量二次蒸氣的過(guò)程。從節(jié)能觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)分充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產(chǎn)生蒸汽和蒸汽的消耗量，又可減速少末效進(jìn)入冷凝器的二次蒸氣量，提高了蒸汽利用率。因此，我們

2、應(yīng)該盡可能采用溫度較高的蒸汽。通常所用飽和蒸汽的溫度不超過(guò)180，超過(guò)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)。一般的加熱蒸汽壓強(qiáng)在500700kPa 范圍內(nèi)，最高不超過(guò)800kpa ，本設(shè)計(jì)加熱蒸汽壓強(qiáng)選用600kPa 。若第一效用較高壓強(qiáng)的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或真空蒸發(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，末效應(yīng)采用真空操作。此時(shí)各效二次蒸汽溫度低，進(jìn)入冷凝器冷凝需消耗大量冷卻水，而且溶液粘度大，傳熱差。但對(duì)于那些熱敏性物料的蒸發(fā)，為充分利用熱源還是經(jīng)常采用。對(duì)混合式冷凝器，其最大的真空度取決于冷

3、凝器內(nèi)的水溫和真空裝置的性能。通常冷凝器的最大真空度為8090kPa 。本設(shè)計(jì)冷凝器壓強(qiáng)采用30kPa 。采用沸點(diǎn)進(jìn)料，操作簡(jiǎn)單。在化工生產(chǎn)中，大多數(shù)蒸發(fā)器都是利用飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)，因而蒸發(fā)器中熱交換的一方是飽和水蒸汽冷凝，另一方是溶液的沸騰，所以傳熱的關(guān)鍵在于料液沸騰一側(cè)。為了適應(yīng)各種不同物性物料的蒸發(fā)濃縮，出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)型式的蒸發(fā)器，而且隨著生產(chǎn)，技術(shù)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)。工業(yè)中常用的間壁式傳熱蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的流動(dòng)特點(diǎn)，可分為循環(huán)型（中央循環(huán)管式，懸筐式，外加熱型，列文式，強(qiáng)制循環(huán)形等）和單程型（升膜式，降膜式，升降膜式，刮板式等）兩大類型。蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上必須有利于

4、過(guò)程的進(jìn)行，為此在選用時(shí)應(yīng)考慮以下原則：1. 盡量保證較大的傳熱系數(shù)，滿足生產(chǎn)工藝的要求；2. 生產(chǎn)能力大，能完善分離液沫，盡量減慢傳熱面上垢層的生成；3. 構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作維修和清洗方便，造價(jià)低，使用壽命長(zhǎng)；4. 能適應(yīng)所蒸發(fā)物料的一些工藝特性（如粘度，起泡性，熱敏性，結(jié)垢性，腐蝕性等）。具體選用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，考慮主要影響因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，故在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，有所謂標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器。但設(shè)備的清洗和檢修不夠方便。為充分利用熱能，為提高熱能利用效率，生產(chǎn)中一般采用多效蒸發(fā)，但并不是效數(shù)越多越好，效數(shù)的選擇受經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的限制

5、。經(jīng)濟(jì)上的限制是指效數(shù)超過(guò)一定數(shù)時(shí)經(jīng)濟(jì)上不合算。多效蒸發(fā)中，隨效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時(shí)所需蒸汽量減少，使蒸汽用量減少，使操作費(fèi)用降低。但隨效數(shù)增加，設(shè)備費(fèi)成倍增長(zhǎng)，而所節(jié)省的蒸汽量愈來(lái)愈少，所以無(wú)限制增加效數(shù)已無(wú)實(shí)際意義，最適宜的效數(shù)應(yīng)使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)二者之和為最小。技術(shù)上的限制是指效數(shù)過(guò)多，蒸發(fā)操作難于進(jìn)行。一般工業(yè)秤中加熱蒸汽壓強(qiáng)和冷凝器操作壓強(qiáng)都有一定限制，因此在一定操作條件下，蒸發(fā)器的理論總溫度差為一定值。在效數(shù)增加時(shí)，由于各效溫差損失之和的增加，使總有效溫差減小，分配到各效的有效溫差小到無(wú)法保證各效發(fā)生正常的沸騰狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)操將無(wú)法進(jìn)行下去。綜合考慮經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的限制，本設(shè)計(jì)蒸發(fā)

6、器效數(shù)采用3效。多效蒸發(fā)的操作流程根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向不同，可分為并流、逆流、平流及錯(cuò)流四種。并流法變稱順流法，其料液和蒸汽呈并流。并流蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)有：（1）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，料液能自動(dòng)從前效進(jìn)入后效，可省去輸料泵；（2）前效的溫度高于后效，料液從前效進(jìn)入后效時(shí)呈過(guò)渡熱狀態(tài)，可以產(chǎn)生自蒸發(fā)；（3）操作簡(jiǎn)便，工藝條件穩(wěn)定。缺點(diǎn)：隨著溶液從前一效遂效流向后面各效，其組成增高，而溫度反而降低，致使溶液的黏度增加，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)下降，所以對(duì)于隨組成增加粘度變化很大的料液不宜采用并流。逆流法溶液溶液的流向與蒸汽的流向相反，即加熱蒸汽從第一效加入，料液從最后一效加

7、入。逆流法的優(yōu)點(diǎn)是：隨溶液的組成沿著流動(dòng)方向的增高，其溫度也隨之升高。因此因組成增高使黏度增大的影響大致與因溫度升高使黏度降低的影響相抵，故各效溶液的黏度較為接近，各效的傳熱系數(shù)也大致相同。平流法即各效都加入料液。此法除可用于有結(jié)晶析出的料液外，還可用于同時(shí)濃縮兩種以上的不同水溶液。錯(cuò)流法變稱混流法，它是并逆流的結(jié)合。其特點(diǎn)是兼有并逆流的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)，但操作復(fù)雜，控制困難，應(yīng)用不多。本設(shè)計(jì)蒸發(fā)流程采用并流模式。第2章蒸發(fā)過(guò)程工藝計(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)量及各效的傳熱面積。算的已知參數(shù)為：流液的流量，溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱

8、蒸汽壓強(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。計(jì)算的基本依據(jù)是物料衡算，熱量衡算，傳熱速率方程三個(gè)基本關(guān)系。計(jì)算常采用試差法，其計(jì)算步驟如下：（1）根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件，蒸發(fā)器的形式，流程和效數(shù)；（2）根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)算據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度；（3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸汽通過(guò)各效的壓強(qiáng)降相等，估算各效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差；（4）根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量；（5）根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳熱面積。若法語(yǔ)得的各效傳熱面積不相等則應(yīng)按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復(fù)（3）（5），直到所求得的各效傳熱面積滿足要求為止。本設(shè)計(jì)的操作條件是：（1）NaOH 水溶液處理

9、量38.5kt/a，原料液的濃度為11%。完成液濃度為30%；用三效并流蒸發(fā)裝置，每小時(shí)將5347.22kg 濃度為11%的NaOH 濃縮為30%，原料液溫度為第I 效的沸點(diǎn)。（2）加熱蒸汽壓強(qiáng)為600kPa ，冷凝器的壓強(qiáng)為30kPa 。（3）各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：1K =1500W /（2m ·），2K =1000W /（2m ·），3K =600W/（2m ·）。2.1.1各效蒸發(fā)量和完成液濃度的估算：總蒸發(fā)量： -=n x F W 1（2-1）W :蒸發(fā)出的水量，F(xiàn) 原料液流量，0x 原料液初始濃度，n x 完成液濃度。采用三效蒸發(fā)：n 31000100

10、05. 38=F 5347.22h kg (h kg x x F W n /57. 3386%30%11122. 5347/10= -=-=假設(shè)各效蒸發(fā)量相等，即1W ：2W ：3W =1：1：1W W i =3386.57/31128.5kg/h因而初估各效完成液的濃度為：i x iW W W F Fx -21（2-2）第I 效完成液的濃度：1x 10W F Fx -11. 022. 5347-13.94%；第II 效完成液的濃度：2x 210Fx -85. 112885. 112822. 534711. 022. 5347-19.04%；第III 效完成液的濃度：3x 30%。2.1.2估

11、算各效二次蒸汽溫度i T '為求各效溶液沸點(diǎn), 需假定壓強(qiáng)。一般加熱蒸汽壓強(qiáng)i p 和冷凝器操作壓強(qiáng)np '是已知的，其他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(lái)確定，即各效加熱蒸汽壓強(qiáng)與二次蒸汽壓強(qiáng)之差p 為：p p p n '1-（2-3）故第i 效二次蒸汽壓強(qiáng)：i p '1p pi （2-4）p 330600-a kp 190kPa ；1p '1p p 600190a kp 410kPa ；2p '-1p p 26002×190a kp 220kPa ；3p '-1p p 36003×190a kp 3

12、0kPa 。將各效二次蒸汽的壓力、附錄中查到相應(yīng)的二次蒸汽的溫度和二次蒸汽的汽化潛熱列于下表中：表2-1各效二次蒸汽的壓力、二次蒸汽的溫度和二次蒸汽的汽化潛熱1效次123二次蒸汽的汽化潛熱i r '，kj /kg (即下一效加熱蒸汽的汽化潛熱t(yī) 各效傳熱溫度差計(jì)算式為：i t =1-'i T i t ，i t =' i T +i （2-5）式中1-'i T 為前一效二次蒸汽溫度（即第i 效加熱蒸汽溫度），i t 為第i 效溶液沸點(diǎn)，' i T 為第i 效二次蒸汽溫度，i 為第i 效溫差損失。各效溫差損失：+''+'=i i i i

13、'''（2-6）（1）由于溶液中含有不揮發(fā)溶質(zhì)所引起的沸點(diǎn)升高i '：i '=bi t -'i T 式中：' i T 為與溶液壓力相等時(shí)水的沸點(diǎn)，bi t 為第i 效溶液的沸點(diǎn)。（2）由于液柱靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高i''某些蒸發(fā)器操作時(shí)，器內(nèi)需維持一定液位，因而溶液內(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)一起的溫差損失i ''。為簡(jiǎn)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)m p 下水的沸點(diǎn)和二次蒸汽壓強(qiáng)p '下水的沸點(diǎn)差估算。平均壓強(qiáng)按靜力學(xué)方程式計(jì)算：m p =p

14、'+gL，則：''=-pm t pt '（2-7）式中：m p 為蒸發(fā)器中液面與底層的平均壓強(qiáng)，kPa ；pm t 為對(duì)應(yīng)m p 下水的沸點(diǎn)，；p '為二次蒸汽（即液面處）的壓強(qiáng)，kPa ；p t '為對(duì)應(yīng)p ' 下水的沸點(diǎn)，；為溶液的平均密度，3m kg ；L 為液層高度，m 。（3）由于管道流動(dòng)阻力產(chǎn)生的沸點(diǎn)升高'''在多數(shù)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，致使蒸汽的飽和溫度相應(yīng)降低，由此引起的溫差損失即為'''。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取''

15、9;=1。計(jì)算過(guò)程各效二次蒸汽溫度i T '查NaOH 水溶液濃度和密度表得各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度見下表:表2-2各效二次蒸發(fā)器中溶液的平均密度2效次溶液的濃度13.94%19.04%30%溶液的密度×103kg/m3對(duì)于NaOH 水溶液可采用杜林經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算i '：i 'A t 'w t 'w t '（k 1）+m 0.142i x w t '+150.752i x 2.71i x （2-8）i x 各效完成液濃度。所以得出：1x 2.711x =0.142×13.94%×144.26+150.75&#

16、215;38.94%×38.94%2.71×13.94%5.41；同理得出2'=8.27，3'=15.59。計(jì)算由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失i ''p pmi i t t '-=''，2gLp p i m +'=（2-9）查表得出在各個(gè)狀態(tài)下溶液的平均密度為31/15. 1cm g =，32/21. 1cm g =，33/33. 1cm g =。得出：kPa kpa gL p p m 46. 4185. 181. 915. 1410111=+=+'=；kPa kpa gL p p m 90.

17、2285. 181. 921. 1220222=+=+'=；kPa kpa gL p p m 78. 395. 181. 933. 130333=+=+'=。對(duì)應(yīng)的9. 1441=pm t ，2. 1242=pm t ，8. 743=pm t 所以64. 026. 1449. 144111=-='-=''p pm t t ，2. 11232. 124222=-='-=''p pm t t ，3. 85. 668. 74333=-='-=''p pm t t 。故05. 7164. 041. 51111=+=

18、'''+''+'=；47. 1012. 127. 82222=+='''+''+'=；89. 2413. 859. 153333=+='''+''+'=。t 各效傳熱溫度差計(jì)算式為i i i t T t -'=-1，i i i T t +'=（2-10）式中：i T '第i 效二次蒸汽的溫度；i t 第i 效溶液的沸點(diǎn)。31. 15105. 726. 144111=+=+'=T t ，39. 731. 1517. 158

19、11=-=-=t T t ；47. 13347. 10123222=+=+'=T t ，79. 1047. 13326. 144212=-=-=t T t ；39. 9189. 245. 66333=+=+'=T t ，61. 3139. 91123323=-=-=t T t 將各效溶液的沸點(diǎn)列于下表中：表2-3各效溶液沸點(diǎn)效次溶液（溫度）沸點(diǎn)，考慮溶液的稀釋熱, 引入熱利用系數(shù)ix i -=7. 098. 0（2-11）第效：因沸點(diǎn)進(jìn)料，故0t =1t查水蒸氣表得:壓力為600KPa 的加熱蒸汽的汽化熱1r =2091.1kg kj , 1t =151.31的二次蒸汽的汽化熱

20、1r '=2135.88kg kj 。則1W =1111r D '=11. 209196. 0D =0.941D 第效:引入熱利用系數(shù)i ：第效中溶液沸點(diǎn)2t =133.47的二次蒸汽的汽化熱2r '=2177.72kg kj ，無(wú)額外蒸汽引出，12r r '=2135.88kg kj ，已知kj c p 7. 30=/(kg· ，kj c pw 174. 4=/(kg· 。則：122W W =+'22r ( 10pw p c W Fc -221tt '-=0.931W +88. 2135（5347.223.7-4.1741W

21、 ）4. 13331. 151-=0.881W +158.84第效:熱利用系數(shù)3=0.980.7第效中溶液沸點(diǎn)3t =91.39的二次蒸汽的汽化熱3r '=2333.7kg kj ，無(wú)額外蒸汽引出，23r r '=2177.72kg kj , 則233W W =+'33r ( 310pw pw p c W c W Fc -332t t '-=0.902W +7. 233372. 2177（5347.223.74.1741W 4.1742W ）1W +2W +3W =W =5347.22，聯(lián)立得出：1D =1199.9h kg ，1W =1127.9h kg ，2

22、W =1151.4h kg ，3W =1107.3h kg 。39. 731. 1517. 158111=-=-=t T t 1S =11t K Q =11t K r D =2388. 623600/101. 20919. 1199m =79. 1047. 13326. 144222=-=-=t T t 2S =222Q =22r W '=23623600/1088. 21359. 1127m =61. 3139. 91123333=-=-=t T t 3S =333Q =33r W '=2369. 363600/1072. 21774. 1151m =誤差為%65. 4169

23、. 3611max min =-=-=S %4，誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程。重新計(jì)算過(guò)程有效溫度差的重新分配S =m t S t S t S +=206. 4661. 3169. 3679. 106239. 788. 162m =+1t '=11t S =10. 1039. 706. 4688. 62=2t '=22t S =52. 1479. 1006. 4662=3t '=3t S S =17. 2561. 3169. 36=重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程：1x 10Fx -%94. 13%1122. 5347=-2x 210Fx -%17. 19%112

24、2. 5347=-3x =30%將各效加熱蒸汽的溫度、有效溫差及料液溫度（沸點(diǎn)）列入下表中：表2-4各效加熱蒸汽的溫度、有效溫差及料液溫度（沸點(diǎn)）效次加熱蒸汽溫度T i ，158.7138.62116.56有效溫度差i t '，10.1014.5225.17料液溫度（溶液沸點(diǎn)）i t ，因?yàn)槟┬瓿梢矟舛群投握羝膲毫蛔?，各效溫度差損失也可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為39. 913=t ，則第效加熱蒸汽的溫度（也即第效二次蒸汽的溫度）為56. 11617. 2539. 91323=+='+'=t T T 。由第效二次蒸汽的溫度116.56及第效料液的濃度19.1

25、7%可得出第效情況下水的沸點(diǎn)9. 121=w t ，得出第效溶液沸點(diǎn)為1. 1242=t 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式第效料液的沸點(diǎn)可以直接用=-=-'=10. 107. 158111t T t 6. 148。各效對(duì)應(yīng)溫度下的汽化熱見下表：表2-5各效對(duì)應(yīng)溫度下汽化熱1效次二次蒸汽的溫度，138.62116.5666.5二次蒸汽的汽化熱，kj/kg第效：熱利用系數(shù)=10.980.71x =0.98-0.7（13.94%11%）=0.96所以得出1W =1111r D '=11. 209196. 0D =0.931D 第效：熱利用系數(shù)2=0.980.72x =94. 0%94. 13%17.

26、19(7. 098. 0=-則122W W =+'22r ( 10pw p c W Fc -221t t '-=(98. 18587. 06. 22141. 1246. 148174. 47. 322. 53476. 22147. 21521112+=-+W W W 第效:熱利用系數(shù)2=0.980.72x =94. 0%17. 19%30(7. 098. 0=-則233W W =+'33r ( 310pw pw p c W c W Fc -332tt '-=(-+74. 233939. 911. 124174. 4174. 47. 322. 534774. 23

27、396. 22142123W W W 06. 17804. 0815. 012+-=W W 聯(lián)立有57. 338606. 17804. 0815. 098. 18587. 093. 01211=+-+W W W D ，解得37. 12151=D h kg , 29. 11301=W h kg , 25. 11522=W h kg , 95. 10863=W h kg 。%21. 029. 11309. 11271=-=%4%07. 025. 11524. 11512=-=%4%84. 195. 10863. 11073=-=%4各項(xiàng)誤差均小于%4，所以計(jì)算符合要求。1S =111Q =111r

28、 D =2359. 46101. 209137. 1215m =2S =222Q =2211r W '=255. 46360052. 215229. 1130m =3S =333Q =33t K r W '=293. 4610006. 221425. 1152m =相對(duì)誤差:%4%81. 0%10093. 4655. 461%1001max <=-= -=S ，計(jì)算有效。平均232169. 46m S S S S =+=，取(236. 51%101m S S =+='將所有計(jì)算結(jié)果列入下表中：表2-6蒸發(fā)器有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)匯總效次冷凝器加熱蒸

29、汽溫度，158.7138.62116.56操作壓力，kpa 3030溶液溫度，148.6124.191.39完成液濃度13.94%19.17%30%蒸發(fā)量，kg/h1130.291152.251086.95蒸汽消耗量，kg/h1215.37傳熱面積，m 2第3章蒸發(fā)器工藝尺寸的設(shè)計(jì)中央循環(huán)管式蒸發(fā)器式蒸發(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方式等。這些尺寸取決于工藝計(jì)算結(jié)果，主要是傳熱面積。加熱管的選擇和管束的初步估計(jì)加熱管的選擇

30、和管數(shù)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)垢和起泡沫溶液的蒸發(fā)宜采用短管。本設(shè)計(jì)加熱管選用38×2.5mm ，長(zhǎng)為3m 。當(dāng)加熱管的規(guī)格與長(zhǎng)度確定后，可由下式初估所需管數(shù)n：0-='Sn （3-1）式中：S 為蒸發(fā)器的傳熱面積，m 2，由前面的工藝計(jì)算決定；d 0為加熱管的外徑，m ；L 為加熱管長(zhǎng)度，m 。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)管長(zhǎng)

31、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確定。n=1. 033814. 310523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。其截面積的40%-100%，若以D 1表示循環(huán)管內(nèi)徑，則:2i D =（0.41）2i d n '(3-2因而：(mmd n D i 31325. 23814. 01=-='=對(duì)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D 1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。循環(huán)管選取325×

32、11mm 的無(wú)縫不銹鋼管。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有正三角形，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1.25-1.5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。管心距值見表3-1。表3-1不同加熱管尺寸的管心距3加熱管外徑d 0，mm 19253857管心距t ，mm25324870加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用做圖法來(lái)確定, 具體做法是；先計(jì)算管束中心線上管束n c ：管子按正三角形排列時(shí), n c =1.1；管子按正方形排列時(shí)，n c =1.19。式

33、中n 為總加熱管數(shù)。b '=1.5×38=57mmi D =t(c n -1+2b '=48×(141+2×57=738mm根據(jù)初估加熱室內(nèi)徑值和容器公稱直徑系列，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n，如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至合適為止。殼體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸列于表3-2。表3-2殼體的尺寸標(biāo)準(zhǔn)3殼體內(nèi)徑mm 400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚mm8101214根據(jù)表3-2列表, 本設(shè)計(jì)選取加熱

34、室殼體內(nèi)徑為800mm ，壁厚為10mm 。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的體積流量及蒸發(fā)體積的強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積V 的計(jì)算公式為：UWV 3600=m 3(3-3式中：W 某效蒸發(fā)的二次蒸汽量，kg/h；某二次蒸發(fā)的二次蒸汽密度，kg/m3；U 蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m 3/(m3·s，一般允許值為1.1-1.5m/s。根據(jù)由蒸發(fā)工藝計(jì)算得到的各效二次蒸汽量，再選取適當(dāng)?shù)腢 值，即可得V 。但各效二次蒸汽量，密度不同，按上式計(jì)算得到V 值也不同，通常末效最大。為方便計(jì)，各效分離室可取一致，分離室估積宜取其中較大者。各效蒸汽的密度見表3-3。表3-3各效蒸

35、汽的密度值2效次第I 效第II 效第III 效二次蒸汽溫度，138.62116.5666.5密度，kg/m3將各值代入上述公式得：U 取1.2m/s。1V =W 11=29. 1130=0.14m 3；2V =W 22=25. 1152=0.26m 3；3V =W 33=95. 1086=1.48m 3。分離室體積取其中較大者, V =3V =1.48m 3分離室體積確定后，其高度H 與直徑D 符合下列關(guān)系：V=H D 2(3-4確定高度與直徑時(shí)應(yīng)考慮以下原則：（1）分離室的高度與直徑之比H:D=12。對(duì)中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其分離室高一般不小于1.8m ，保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也

36、不能太小，否則二次蒸汽流速過(guò)大將導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重；（2）在條件允許時(shí)，分離室直徑應(yīng)盡量與加熱室相同，這樣可使加熱室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場(chǎng)的安放。本設(shè)計(jì)選取H:D=1.88設(shè)分離是直徑D=1m ，則H =m V88. 14=所以本設(shè)計(jì)?。篐 =1.88m 1900m mD =1000mm對(duì)于并流加料的三效蒸發(fā), 第一效溶液的流量最大, 若各效設(shè)備采用統(tǒng)一尺寸, 應(yīng)根據(jù)第一效溶液流量來(lái)確定接管。管徑的計(jì)算公式為：d =(3-5式中：s V 為第一效溶液的體積流量；u 為溶液的流速（u =0.81.5m/s）考慮。設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)出口直徑可取為一致。本設(shè)計(jì)取u =1.5m/s

37、，=3321102. 133. 121. 115. 1=+=+kg/m3則d =33mm ，查表得出蒸發(fā)器溶液進(jìn)出口管選取40×3mm 的不銹鋼無(wú)縫鋼管。若各效結(jié)構(gòu)尺寸一致，則二次蒸汽體積流量應(yīng)取各效中較大者，飽和蒸汽適宜流速u =2040m/s。計(jì)算公式同溶液進(jìn)出口計(jì)算公式一樣，加熱蒸汽進(jìn)口，取二次蒸汽流速為u =30m/s：1V =11D =37. 1215=0.1783m /s2V =2W =29. 1130=0.3113m /s3V =32W =17. 0360025. 1152=1.8823m /s加熱蒸汽體積流量取其中較大者，V =3V =1.8823m /s則：d =2

38、44.8mm ，加熱蒸汽進(jìn)口管取245×10mm 的不銹鋼無(wú)縫鋼管。二次蒸汽出口：1V =11W =29. 1130=0.16613m /s2V =22W =25. 1152=0.31693m /s3V =33W =95. 1086=1.77613m /s二次蒸汽體積流量取其中較大者, V =3V =1.77613m /s，則：d=40二次蒸汽出口同樣選取245×10mm 不銹鋼無(wú)縫鋼管。則:d =冷凝水出口管取70×3mm 的不銹鋼無(wú)縫鋼管。第4章蒸發(fā)裝置輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備主要包括氣液分離器，還需要真空泵，疏水器等輔助設(shè)備。41蒸汽冷凝器411冷凝

39、器主要類型蒸汽冷凝的作用是用冷凝水將二次蒸汽冷凝。冷凝器分為直接冷凝器和間接冷凝器。間接冷凝器價(jià)格昂貴，用水量大。當(dāng)二次蒸汽為水蒸汽不需要加收時(shí)，可采用直接接觸式冷凝器。直接接觸式冷凝器的冷凝效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，因此在本設(shè)計(jì)中選用直接接觸式冷凝器。直接接觸式冷凝器有多孔板式，水簾式，填充塔式及水噴射式等。多層多孔板式是目前廣泛使用的型式之一。冷凝器內(nèi)部裝有4-9塊不等距的多孔板，冷凝水通過(guò)板上小孔分散成液滴而與二次蒸汽接觸，接觸面積大，冷凝效果好。但多孔板易堵，二次蒸汽在折流過(guò)程中壓降增大，所以有時(shí)也采用壓降較小的單層多孔板式冷凝器，但冷凝效果差。填充式冷凝是在冷凝器內(nèi)裝有3

40、-4對(duì)固定的圓形和環(huán)形隔板，使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的氣體。水噴射式冷凝器的工作原理是冷凝水依靠泵加壓后經(jīng)噴嘴霧化使二次蒸汽冷凝，不凝汽也隨冷凝水由排出管排出。此過(guò)程產(chǎn)生真空，則不需要真空泵就可造成和保持系統(tǒng)的真空度，但單位二次蒸汽所需的冷凝水量大，二次蒸汽量過(guò)大時(shí)不宜采用。各種形式蒸汽冷凝器的性能見表4-1。表4-1各種形式冷凝器的性能表412冷凝器的設(shè)計(jì)與選用本設(shè)計(jì)選用水噴射冷凝器。4121工作水量的計(jì)算計(jì)算式212 (t t C t C I D W P p -=（4-1）式中：W 冷凝水用量，kg/h；D 冷凝蒸汽量，kg

41、/h；I 蒸汽的焓，kj/kg ；項(xiàng)目形式多層多孔板車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，Pa1067-2000小1333-3333較小大塔徑范圍大小均可不宜過(guò)大350mm 100mm 二次蒸汽量2t/h結(jié)構(gòu)與要求較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單，安裝有一定要求簡(jiǎn)單不簡(jiǎn)單，加工有一定要求水量較大較大較大較大最大孔易堵塞適于腐蝕性蒸汽1t , 2t 冷卻水進(jìn)出口溫度，；p C 冷卻水平均比熱，kj/（kg·）。查得：66.5時(shí)蒸汽的焓值I =2621.6kj/kg，p C =4.174kj/（kg ·），1t =30，2t =304. 96+=63.2，D

42、=1215.37kg/h。302. 63174. 42. 63174. 46. 2621(37. 1215-=（1）噴嘴數(shù)n 及噴嘴直徑0d 通過(guò)一個(gè)噴嘴的水的流速為：1u =（4-2）式中：p 工作水通過(guò)噴嘴的壓強(qiáng)降，Pa ；水的密度，kg /3m ；流量系數(shù)，可取0.930.96。噴嘴直徑0d 在水質(zhì)清潔時(shí)可取58mm ，一般為1222mm 即可，選定直徑后，12043600u d n W =（4-3）取=979.5kg/3m ，=0.93，p =（300-30）kPa ，W =20678kg/h，0d =14mm1u =0.93×5. 979=23.47m/s。1203600u

43、 d n W=，n =014W 47. 231414. 35. 9793600104206786=4（2）文氏管喉部直徑mm p d d c3203=(4-4式中排出壓強(qiáng)吸入壓強(qiáng)之差-c p 。（3）水噴射氣其他各部尺寸的選取范圍文氏管喉管長(zhǎng)度：2L =（24）3d 文氏管收縮口直徑：2d =（1.581.78）3d 文氏管擴(kuò)散段長(zhǎng)度：3L =（415）（4d 3d ）文氏管擴(kuò)散段角度：2=3°45'左右進(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，當(dāng)真空度在7395kPa 時(shí)，其最大流速為70120s m 不等。所以最大流速為80m/s。詳見

44、后面表格。（4）射流長(zhǎng)度的決定噴射水的射流長(zhǎng)度，是指噴射嘴出口處到聚焦點(diǎn)的水柱長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，汽室就要愈高。噴射冷凝器的射流長(zhǎng)度與噴嘴直徑關(guān)系大致如下：表4-2噴射冷凝器的射流長(zhǎng)度與噴嘴直徑關(guān)系3所以噴嘴直徑為14mm ，噴射水流長(zhǎng)度為1400mm 。蒸汽操作時(shí)，二次蒸汽中夾帶大量的液體，雖在分離室得到初步分離，但是為了防止有用的產(chǎn)品損失或污染冷凝液，還需設(shè)置氣液分離器，以使霧沫中的液體凝聚并與二次蒸汽分離，故氣液分離器又稱捕沫器或除沫器。其類型較多，在分離室頂部設(shè)置的有簡(jiǎn)易式，慣性式及網(wǎng)式除沫器等。本設(shè)計(jì)使用慣性式除沫器。噴嘴直徑，mm噴射水流長(zhǎng)度，mm16201215581500200012001500200500慣性式除沫器的主要尺寸按下列關(guān)系確定：10D D ，321:D D D =1:1.