四效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

1、四效蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 目 錄第一章 前言2§1.1 概 述 2§1.1.1蒸發(fā)及蒸發(fā)流程 2§1.1.2蒸發(fā)操作的分類 2§1.1.3 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)2§1.1.4蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器3§1.1.5蒸發(fā)設(shè)備的要求3§1.1.6 蒸發(fā)設(shè)備的選型 4第二章 蒸發(fā)器裝置設(shè)計(jì)任務(wù)4§2.1設(shè)計(jì)題目4§2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件4§2.3設(shè)備型號4第三章 蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4§3.1各效蒸發(fā)量和完成液濃度的計(jì)算 5§3.2各效溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定 6 §3.2.1 各效由于溶液的蒸汽壓

2、下降所引起的溫度差損失7 §3.2.2 各效由于溶液靜壓強(qiáng)所因引起的溫度差損失7§3.2.3 由經(jīng)驗(yàn)不計(jì)流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失8§3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計(jì)算 9§3.4蒸發(fā)器的傳熱面積10§3.5有效溫差的再分配11 §3.5.1重新分配各效的有效溫度差11§35.2重復(fù)上述計(jì)算步驟 11§3.6計(jì)算結(jié)果列表 14第四章 蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算14§4.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì) 14 §4.1.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)14§4.1.2 循環(huán)管的選擇

3、15§3.1.3 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定15§4.1.4 分離室直徑與高度的確定15§4.2 接管尺寸的確定15§4.2.1 溶液進(jìn)出16§4.2.2 加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口 16§4.2.3 冷凝水出口 16第五章 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備16§5.1氣液分離器16§5.2蒸汽冷凝器17 §5.2.1 冷卻水量 17§5.2.2 計(jì)算冷凝器的直徑17 §5.2.3 淋水板的設(shè)計(jì)18§5.3泵的選型18§5.3.1離心泵的選擇18§5.3.2預(yù)熱器的選

4、擇 18第六章 主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核18第七章 參考文獻(xiàn)20第八章 課程設(shè)計(jì)心得21符號說明希臘字母：c比熱容，KJ/(Kg.h)對流傳熱系數(shù)，/m2.d管徑，m溫度差損失，D直徑，m誤差，D加熱蒸汽消耗量，Kg/h熱損失系數(shù)，f校正系數(shù)，阻力系數(shù)，F(xiàn)進(jìn)料量，Kg/h導(dǎo)熱系數(shù)，/m2.g重力加速度，9.81m/s2粘度，Pa.sh高度，m密度，Kg/m3H高度，m加和k杜林線斜率系數(shù)K總傳熱系數(shù)，W/m2.L液面高度，m下標(biāo)：1,2,3效數(shù)的序號，0進(jìn)料的L加熱管長度，mn第n效L淋水板間距，mi內(nèi)側(cè)n效數(shù)m平均p壓強(qiáng)，Pao外側(cè)q熱通量，W/m2p壓強(qiáng)Q傳熱速率，Ws污垢的r汽化潛熱，KJ

5、/Kgw水的R熱阻，m2./Ww壁面的S傳熱面積，m2W蒸發(fā)量，Kg/ht管心距，mW質(zhì)量流量，Kg/hT蒸汽溫度，上標(biāo)：二次蒸汽的u流速，m/s上標(biāo)：因溶液蒸汽壓而引起的U蒸發(fā)強(qiáng)度，Kg/m2.h上標(biāo)：因液柱靜壓強(qiáng)而引起的V體積流量，m3/h 上標(biāo)：'：因流體阻力損失而引起的x溶劑的百分質(zhì)量,第一章 前言§1.1 概述§1.1.1 蒸發(fā)及蒸發(fā)流程蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì)（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。蒸發(fā)的目的是為了使溶液中的溶劑汽化，故溶劑應(yīng)具有揮發(fā)性而溶液中的溶質(zhì)則是不揮發(fā)的。蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮

6、各種不揮發(fā)性質(zhì)的水溶液，是化工，醫(yī)藥，食品等工業(yè)中較為常見的單元操作。化工生產(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：1、 獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。2、 將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用于獲取固體產(chǎn)品。3、 脫除雜質(zhì)獲得純凈的溶劑或半成品。蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱為一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。§1.1.2蒸發(fā)操作的分類按操作方式可分為連續(xù)式或間歇式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作過程。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器

7、作為加熱蒸汽，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓和減壓蒸發(fā)。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸汽加以利用。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。§1.1.3 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可看出：常見的蒸發(fā)，實(shí)質(zhì)上是在間壁兩側(cè)分別有蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過程。所以，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。然而，與一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)需要注意以下特點(diǎn)。沸點(diǎn)升高 蒸發(fā)的物料是溶有不揮發(fā)性的溶質(zhì)的溶液，又

8、烏拉爾定律可知；在相同溫度下，其蒸汽壓較純?nèi)軇榈?，因此，在相同壓力下，溶液的沸點(diǎn)就高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。當(dāng)加熱蒸汽溫度一定時，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫度差就比蒸發(fā)純?nèi)軇r為小，而溶液的濃度越大，這種影響也越顯著。節(jié)約能源 蒸發(fā)時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸汽。物料的工藝特性 蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時可能結(jié)垢或者析出結(jié)晶；有些熱敏性物料在高溫下易分解變質(zhì)等。如何根據(jù)物料的這些特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)方法和設(shè)備，也是蒸發(fā)所必須考慮的問題。4蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器  蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之

9、與所夾帶的液滴和霧沫相分離。   蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進(jìn)一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。茲分述如下：  由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)00構(gòu)型式。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動情況，大致可分為以下兩大類：(1)循環(huán)型蒸發(fā)器   特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近完成液的濃度且操作穩(wěn)定。A中央循環(huán)管式蒸發(fā)器B懸筐式蒸發(fā)器C外熱式蒸發(fā)器D列文式蒸發(fā)器E強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器(2)單程型蒸發(fā)器 

10、  特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的 蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。但設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。A升膜式蒸發(fā)器B降膜式蒸發(fā)器C刮板式蒸發(fā)器5 蒸發(fā)設(shè)備的要求蒸發(fā)設(shè)備的種類很多，但無論何種類型的蒸發(fā)設(shè)備，在構(gòu)造上必須有利于過程的進(jìn)行。因此設(shè)計(jì)蒸發(fā)設(shè)備時應(yīng)考慮以下幾個因素：1、盡可能提高冷凝和沸騰給熱系數(shù)。減緩加熱面上污垢的生成速率，保證設(shè)備具有較大的傳熱系數(shù)2、能適應(yīng)溶液的某些特性，如粘性、起泡性、熱敏性、腐蝕性等；3、能完善汽化、液的分離；4、能排除溶液在蒸

11、發(fā)過程中所析的晶體。從機(jī)械的工藝性、設(shè)備的投資、操作費(fèi)用等角度考慮，蒸發(fā)設(shè)備的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)要求：1、設(shè)備的材料消耗少，制造、安裝方便合理；2、設(shè)備的檢修和清洗方便，使用壽命長；3、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。6 蒸發(fā)設(shè)備的選型本次設(shè)計(jì)要求采用的是四效中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：在選型時應(yīng)考慮的主要因素有：1、料液的性質(zhì)；2、工程技術(shù)要求，如處理量、蒸發(fā)量，安裝現(xiàn)場的面積和高度、連續(xù)或間歇生產(chǎn)等；3、利用的熱源的冷卻的情況；4、物料的黏度隨蒸發(fā)過程中溶液溫度、濃度的變化情況等。結(jié)構(gòu)和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。當(dāng)管內(nèi)液體被加熱沸騰時，中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度

12、較大；而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動。溶液的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強(qiáng)化了蒸發(fā)過程。這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，有"標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器之稱。為使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積，一般為其余加熱管總截面積的40%100%；加熱管的高度一般為14m；加熱管徑多為2575mm之間。但實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，其循環(huán)速度一般在0.40.5m/s以下；蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不夠方便。第二節(jié) 蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)任務(wù)§2.1設(shè)計(jì)題目 NaOH水

13、溶液蒸發(fā)裝置是設(shè)計(jì)§2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 1）設(shè)計(jì)任務(wù) 處理量（Fo）：25000（Kg/h） 料液濃度（Xo）：10% 質(zhì)量分率 產(chǎn)品濃度（X4）; 50% 質(zhì)量分率 加熱蒸汽溫度（T1s）： 177.67 。 末效冷凝器的溫度T4s: 60.1 。 2）操作條件 加料方式： 四效并流加料 原料液溫度： 20。 各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度： 加熱蒸汽壓強(qiáng)：950KPa （絕壓） 冷凝器壓強(qiáng)為： 20KPa （絕壓） 各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1 =3400W*m2 K-1 K2 =2700W*m2 K-1 K3=2000W*m2 K-1 K4=1500W*m2 K-1 傳熱面積

14、相等 §2.3設(shè)備型號：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器第三章 蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算圖1 四效并流蒸發(fā)器§3.1 各效蒸發(fā)量和完成液濃度的計(jì)算四效蒸發(fā)的工藝計(jì)算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)目有：加熱蒸氣的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計(jì)算的參數(shù)有：料液的流量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸氣的壓強(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟多效蒸發(fā)的計(jì)算一般采用試算法：（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（如加熱蒸氣壓強(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。（2） 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。（3

15、） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸氣通過各效的壓強(qiáng)降相等，估算個效溶液沸點(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。若求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)步驟（3)至（5），直到所求得各效傳熱面積誤差小于5%為止。物料衡算：由 FX0 =（F W）X4 得 W = F（FX0/X4）代入數(shù)據(jù)計(jì)算總蒸發(fā)量:并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引出,可設(shè)W1：W2：W3：W4 = 1：1.1：1.2：1.3而W=W1+W2+W3 +W4=4.6W1=20000kg/h由以上三式可得： W1=4347.83kg/h W2=478

16、2.61kg/h W3=5217.3kg/h W4=5652.17kg/h再由公式 FX0 = （FW1W2Wi）Xi (i 2)得： =0.5§3.2各效溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定各效的二次蒸汽壓使用經(jīng)驗(yàn)公式估算，最簡便的估算方法是設(shè)各效間的壓強(qiáng)降相等，則總壓強(qiáng)差為： 各效間的壓強(qiáng)差可求得各效蒸發(fā)室的壓強(qiáng)： P1/= P0Pi =950-232.5=717.5 KPa P2/ = P02Pi =950-2232.5=485 KPa P3/= P03Pi = 950-3232.5=252.5KPaP4/= P04Pi = 950-4232.5=20KPa由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)從（化工原

17、理第三版上冊附錄8.9查得相應(yīng)的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與下表中 第一效第二效第三效第四效二次蒸汽壓強(qiáng)Pi/(KPa)717.5485252.520二次蒸汽溫度 Ti/()(即下一效加熱蒸汽溫度)166150.7127.860.1二次蒸汽的汽化潛熱(即下一效加熱蒸汽的ri/)2068.52116.82184.52355多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計(jì)算：有效總溫度差 .式中 -有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，。-第一效加熱蒸氣的溫度，。 -冷凝器操作壓強(qiáng)下二次蒸氣的飽和溫度，。 -總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和， 其中式中 - 由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，-由于蒸發(fā)

18、器紅溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，-由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降而引起的溫度差損失，§3.2.1各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失/根據(jù)Ti/(即相間壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn))和各效完成液濃度xi由化工原理 P252 NaOH水溶液的杜林線圖查得各效溶液的沸點(diǎn)分別為: 則各效由于溶液蒸氣壓下降所引起的溫度差損失為得：§3.2.2各效由于溶液靜壓強(qiáng)所因引起的溫度差損失為簡便起見，日夜內(nèi)部的沸點(diǎn)可按液面和底層的平均壓強(qiáng)來查取，平均壓強(qiáng)近似按靜力學(xué)方程估算：式中 Pav蒸發(fā)器中液面和底層的平均壓強(qiáng)，P/二次蒸氣的壓強(qiáng)，即液面處的壓強(qiáng)， 溶液的平均密度，-液層高度g-重力加速度，根據(jù)

19、.取液位高度為2米由 NaOH水溶液比重圖可得下列數(shù)據(jù):NaOH水溶液密度(Kg/m3) 根據(jù)各效溶液平均壓力從化工原理第三版上冊陳敏恒、叢德滋、方圖南、齊鳴齋主編P226查得對應(yīng)的飽和溶液溫度為: 根據(jù) ： /= T/ Pav- T/i式中 -根據(jù)平均壓強(qiáng)求取的水的沸點(diǎn)，-根據(jù)二次蒸汽壓強(qiáng)求得水的沸點(diǎn)所以：/1 = -/1 =/2 = /3 = /4 = §3.2.3由經(jīng)驗(yàn)不計(jì)流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失/由于管道流體阻力產(chǎn)生的壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過程中由于管道阻力使其壓強(qiáng)降低蒸汽的飽和溫度 而引起的溫度差損失即為，根

20、據(jù)經(jīng)驗(yàn)其值1, 1/ =2/ =3/=4/=1。則故蒸發(fā)裝置總的溫度差損失為： 溶液的沸點(diǎn)： 所以各效溶液的的溫度： 從化工原理第三版上冊附錄九查得950KPa飽和蒸汽的溫度為177.67，汽化潛熱2027.9 KJ/Kg有效總溫差§3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計(jì)算第i效的焓衡算式為：有上式可求得第i效的蒸發(fā)量.若在焓衡算式計(jì)入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時，尚需考慮熱利用系數(shù)一般溶液的蒸發(fā)，可取得0.94-0.7x（式中x為溶液的濃度變化，以質(zhì)量分率表示）。 第i效的蒸發(fā)量的 計(jì)算式為式中 -第i效的加熱蒸汽量，當(dāng)無額外蒸汽抽出時= - 第i效加熱蒸氣的汽化潛熱 -第i效

21、二次蒸氣的汽化潛熱-原料液的比熱 -水的比熱，-分別為 第i效及第i-1效溶液的沸點(diǎn)-第i效的熱利用系數(shù)無因次，對于加熱蒸氣消耗量，可列出各效焓衡算式并與式（3-2）聯(lián)解而求得：由相關(guān)手冊查得 KJ/(Kg.) KJ/(Kg.)第一效的焓衡量式為 ： =0.9653D1 (a)同理第二效的熱衡算式為: W2=2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98-0.7(0.158-0.121)=0.9541所以 =0.9068+609 (b)第三效的熱衡算式為: W3= 3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.235-0.158)=0.9260 W3=0.865 W20.032W1+

22、763 (c)第四效的熱衡算式為: W4= 3=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7(0.5-0.235)=0.7943 W4=0.6996 W30.037 W20.037W1+879 (d) 又 W1+ W2+ W3+ W4 =20000 (e) 聯(lián)立以上方程式得： D1 =5543 Kg/h W1=5246Kg/h W2=5367Kg/h W3=5237Kg/h W4=4150Kg/h§3.4蒸發(fā)器的傳熱面積 任意一效的傳熱速率方程為： Si= () 得到：Qi第i效的傳熱速率，W Ki第i效的傳熱系數(shù)，W/（m2*）第i效的傳熱溫度差， Si第i效的傳熱面積，m2在

23、四效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器；即 S1=S2=S3=S4=S各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=3400W*m2*K-1 K2=2700 W*m2*K-1 K3=2000 W*m2*K-1 K4=1500 W*m2*K-1Q1=D1r1=5543×2027.9103/3600=3.12106 W Q2=W1r2 =52462068.2103/3600 =3.01106 W Q3=W2r3=53672116.8103/3600=3.16106 WQ4=W3r4=52372184.5103/3600=3.18106 W誤差為： 1- 誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有

24、效溫度差，重復(fù)上述步驟。§3.5有效溫度的再分配平均傳熱面積： §3.5.1重新分配各效的有效溫度差：=9.0 §3.5.2重復(fù)上述計(jì)算步驟 （一）計(jì)算各效溶液濃度X1= =0 .127X2= =0.174X3= =0.273X3=0.5（二）計(jì)算各效料液的溫度末效溶液沸點(diǎn)和二次蒸汽壓強(qiáng)保持不變,各種溫度差損失可視為衡值，故末效溶液的溫度為111.5,即t4 =111.5 則第四效加熱蒸汽溫度（即第三效二次蒸汽溫度）為 由于第三效二次蒸汽溫度為(128.9)及第三效料液的濃度(0.273)查杜林線圖, =131 .所得第三效料液的溫度為=131+1.86+1=13

25、3.86同理:T3=T2/ =t3+t3/ =133.86+12.9=146.76由于T2/ =146.76，X2=0.174查杜林曲線得： =155 =155+1.05+1=157.05 同理:T2=T1/ =t2+t2/ =157.05+9=166.05由于T1/ =166.05，X1=0.127查杜林曲線得： =168.4 =168.4+0.7+1=170.1 說明溶液的溫度差損失變化不打，不必重新計(jì)算，故有效總溫度差不變,即=47.0 以上計(jì)算結(jié)果總結(jié)如下:效數(shù)第一效第二效第三效第四效加熱蒸汽溫度,T1=177.7T1/=166.05T2/=146.76T4=128.9有效溫差,()t

26、1/=7.6t2/=9t3/=12.9t4=17.4料液溫度(沸點(diǎn)),()170.1157.05133.86111.5（三）各效的熱量衡算: 二次蒸汽的汽化潛熱和二次蒸汽溫度Ti/()溫度 如下表： 查附錄九：效數(shù)第一效第二效第三效第四效二次蒸汽溫度Ti/()166.05146.76128.960.1二次蒸汽的汽化潛熱KJ/kg2067.12133.721812355第一效： =0.980.7×（0.127-0.1）=0.9614=0.9614第二效： 2=0.98-0.7(x2-x1)=0.980.7×(0.174-0.127) =0.9469=0.8934W1+591第

27、三效： 3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.273-0.174)=0.9104W3=0.8502W2+955-0.0404W1第四效： 4=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7×(0.5-0.273)=0.8213W4=0.7276W3+771-0.033W1-0.033W2因?yàn)椋?W 1+ W2+ W3+ W4=20000Kg/h得: D1=5491Kg/h得： W 1=5179Kg/h W2=5335Kg/hW3 =5276Kg/h W4 =4215Kg/h與第一次熱量恒算所得結(jié)果進(jìn)行比較的誤差W1: W2 W3 W4 計(jì)算相對誤差均在0.05以

28、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,不需要重新計(jì)算。（四）計(jì)算各效傳熱面積Q1=D1r1=54912027.9103/3600=3.09106 W=7.6 S1=120m2 Q2=W1r1=51792067.1103/3600 =2.97106 W =9S2=122m2Q3=W2r2=53352133.7103/3600=3.16106 W=12.9S3= m2Q4=W3r3=52762181103/3600=3.20106 W=17.4S4= m2誤差為： 1- 在允許的誤差范圍內(nèi)，所以誤差允許取平均面積的S=(120+122+122.5+122.6)/4=121.8

29、§3.6計(jì)算結(jié)果列表效數(shù)1234冷凝器加熱蒸汽溫度()177.7166.05146.76128.960.1操作壓強(qiáng)Pi/ (KPa)717.5485252.52020溶液沸點(diǎn)ti170.1157.05133.86111.54完成液濃度(%)12.717.427.350.00蒸發(fā)水量Wi Kg/h5179533552764215生蒸汽量D1 Kg/h5491傳熱面積Si m2121.8121.8121.8121.8注：表中Pi/ 按T1/ =T2 =166.05查得, P2/按T2/ =T3 =128.9查得第四章 蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸我們選取的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的計(jì)

30、算方法如下。§4.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)§4.1.1 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38×2.5 mm 無縫鋼管。加熱管長可選取短管 23 m；中等管 34 m。管子長度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的難易程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)我們選?。篖=2 m 38×2.5 mm，可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長度初步估計(jì)所需的管子數(shù)n，（根）式中S=-蒸發(fā)器的傳熱面積，m2，由前面的工藝計(jì)算決定（優(yōu)化后的面積）；d0-加熱管外徑，m；

31、 L-加熱管長度，m； 因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，所以管長應(yīng)用（L0.1）m.§4.1.2循環(huán)管的選擇 循環(huán)管的 截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減小的原則考慮的。我們選用的中央循環(huán)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n計(jì)算。循環(huán)管內(nèi)徑以D1表示，則選用的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的80% mm循環(huán)管的管長與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計(jì)入傳熱面積中。循環(huán)管規(guī)格為720×10mm，求得n=545根§4.1.3 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)

32、格、數(shù)目及在管板撒謊能夠的排列方式。 加熱管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圓排列。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)表加以比較我們選用三角形排列式。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)據(jù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要確定管子規(guī)格，相應(yīng)的管心距則是定值。我們選用的設(shè)計(jì)管心距是： 確定加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)的具體做法是：先計(jì)算管束中心線上管數(shù)nc，管子安正三角形排列時，nc=1.1；其中n為總加熱管數(shù)。初步估計(jì)加熱室Di=t(nc-1)+2b,式中b=(11.5)d0.然后由容器公稱直徑系列，試選一個內(nèi)徑作為加熱室內(nèi)徑并以該內(nèi)徑和循環(huán)管外景作同心圓

33、，在同心圓的環(huán)隙中，按加熱管的排列方式和管心距作圖。作圖的管數(shù)n必須大于初值n，如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，直至合適為止。由于加熱管的外徑為38mm，可取管心距為48mm；以三角形排列計(jì)算， b=(11.5)d0=1.5d0，Di=t(nc-1)+2b=48（26-1）+2381.5=1314mm，壁厚為14mm；所以加熱是殼體內(nèi)徑為1600mm，壁厚14mm§4.1.4分離室直徑與高度的確定分離室的直徑與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)體積強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積V的計(jì)算式為： 式中V-分離室的體積，m3; W-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h; P-

34、某效蒸發(fā)器二次蒸汽量，Kg/m3 ， U-蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/(m3*s);即每立方米分離室體積每秒產(chǎn)生的二次蒸汽量。一般用允許值為U=1.11.5 m3/(m3*s)根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計(jì)算中得到的各效二次蒸汽量，再從蒸發(fā)體積強(qiáng)度U的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個值，即可由上式算出分離室的體積。一般說來，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也不相同，按上式計(jì)算得到的分離室體積也不會相同，通常末效體積最大。為方便起見，各效分離室的尺寸可取一致。分離室體積宜取其中較大者。確定了分離室的體積，其高度與直徑符合關(guān)系，確定高度與直徑應(yīng)考慮一下原則：（1）分離室的高度與直徑之比H/D=12。對于中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其分離室一

35、般不能小于1.8m，以保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也不能太少，否則二次蒸汽流速過大，導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。(2)在條件允許的情況下，分離室的直徑盡量與加熱室相同，這樣可使結(jié)構(gòu)簡單制造方便。（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場的安放?，F(xiàn)取分離室中U=1.5m3/（m3s）；m3。 m3 m3 m3所以 m3由 V=D2H/4 求得：H=3.0M,，D=1.6M§4.2接管尺寸的確定流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計(jì)算： 式中 -流體的體積流量 m3/s ；U-流體的適宜流速 m/s ，估算出內(nèi)徑后，應(yīng)從管規(guī)格表格中選用相近的標(biāo)準(zhǔn)管。§4.2.1溶液進(jìn)出口 于并流加料的四效蒸發(fā)，第一效

36、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。取流體的流速為0.8m/s；m取DN=100mm 取管108X4mm規(guī)格管。§4 .2.2加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口 加熱蒸汽進(jìn)口接管內(nèi)徑：生蒸汽及各效二次蒸汽體積流量： V=D/=5491/4.9046=1120V1=W1/=5179/3.7729=1373 V2=W2/=5335/2.3454=2275V3=W3/=5276/1.4504=3638 V4=W4/=4215/0.1307=32249加熱蒸汽進(jìn)口接管內(nèi)徑可按V3=3638計(jì)算，并且各效取相同接管直徑，即取DN=209mm 所以取245X18mm各效結(jié)構(gòu)

37、尺寸一致二次蒸汽體積流量應(yīng)取各效中較大者。取U=30m/s m 取DN=614mm 取630X8mm §4.2.3冷凝水出口 冷凝水的排出一般屬于液體自然流動，接管直徑應(yīng)由各效加熱蒸汽消耗量較大者確定。 U=0.5m/sm 取DN=60mm 所以取76×8mm規(guī)格管第五章、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備§5.1氣液分離器蒸發(fā)操作時，二次蒸汽中夾帶大量的液體，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽分離，故氣液分離器或除沫器。其類型很多，我們選擇慣性式除沫器，其工作原理是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變運(yùn)動方向時，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。慣性式除沫器的主要尺寸可按下列關(guān)系確定：D0

38、 D1 D1:D2:D3=1：1.5:2 H=D4 h=（0.40.5）D1§5.2蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當(dāng)二次蒸汽為有價值的產(chǎn)品需要回收或會嚴(yán)重地污染冷卻水時，應(yīng)采用間壁式冷卻器。當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進(jìn)行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用?，F(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器：§5.2.1冷卻水量 根據(jù)冷凝器入口蒸汽壓強(qiáng)和冷卻水進(jìn)口溫度可由圖表可查得。-冷卻水量m3/h； -所需冷凝的蒸汽量，Kg/h實(shí)際取 m3/h§5.2.2計(jì)算冷凝器的直徑進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計(jì)算得到冷凝

39、器的直徑 取D=1500mm§5.2.3 淋水板的設(shè)計(jì)(1) 淋水板數(shù)： D>900mm,淋水板取79塊 (2) 淋水板間距： L末0.15m取 L7=0.15 L6=L7/0.7=0.15/07=0.22m L5= L6/0.7=022/0.7=0.32m L4= L5 /0.7=0.32/0.7=0.46m L3= L4/0.7=0.46/0.7=066m L2= L3/0.74=066/0.7=0.94m L1= L2/0.7=0.94/0.7=1.34m L0= L1/0.7=1.34/0.7=1.91m 所以取 ： L0=1.91m L1=1.34m L2=0.94m

40、 L3=0.66m L4=0.46m L5=0.31m L6=0.22m L7=0.15m（3）弓型淋水板的寬度：最上面一塊 =（0.80.9）D，其他各淋水板B=D/2+0.05 m =0.8×1.50.91.5，取=1.2m，其余取 B=0.5m。(4) 淋水板堰高h(yuǎn)： D>500mm,取h=70mm (5) 淋水孔徑： 冷卻水循環(huán)使用,取d=10mm (6) 淋水孔數(shù)： 淋水孔冷卻水流速, h-淋水孔的阻力系數(shù) h=0.950.98 j-水流收縮系數(shù) j=0.800.82h淋水板堰高，m 95.0=h, 80.0=j 考慮到長期操作容易堵塞，則最上板空孔數(shù)：N1=n（1+

41、15%）=469 其他各板孔數(shù)：N=n（1+5%）=428 §5. 3泵的選型§5.3.1離心泵的選擇 q=F/=25000/1075=23.26m3/h 查IS型單級離心泵性能表：選型號：IS80-65-125流量：50 m3/h 揚(yáng)程：20m 轉(zhuǎn)速：2900r/s 軸功率：3.63kw電機(jī)功率：5.5kw 效率：75% 必須汽蝕余量：3.0m§5.3.2預(yù)熱器的選擇將25000Kg/h的10%NaOH溶液從20 ºC加熱到169.7ºC。加熱介質(zhì)采用950Kpa絕壓的飽和水蒸氣，冷凝液在飽和溫度下排出：（1） 確定流體通入的空間：因加熱介質(zhì)

42、是飽和蒸汽宜通入殼程N(yùn)aOH溶液通入管內(nèi)。（2） 確定流體的定位溫度物性數(shù)據(jù)并選擇列管式換熱器的型式，飽和蒸汽壓強(qiáng)為950Pa,絕壓溫度T=177.7ºC。因是恒溫，飽和蒸汽的定性溫度下Tm=177.7ºC，NaOH的定性溫度tw=0.5(20+169.7)=94.9ºC.。兩流體的溫度差Tm-tm=177.7-94.9=82.8ºC兩流體的溫差大于50ºC，故選用浮式列管換熱器。（3） 計(jì)算熱負(fù)荷Q，按管內(nèi)NaOH溶液計(jì)：即若忽略熱損失，冷凝液又在飽和溫度下排出，蒸汽的流量，可由熱量恒算求得：(4)計(jì)算平均溫度差：(1) 選換熱器規(guī)格：根據(jù)管

43、外為水蒸汽冷凝來加熱管內(nèi)的NaOH溶液（<0.002Pa.s），總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)的范圍為11604070。選Ko=3000W/（m2. ºC） 所以選FA系列浮頭式換熱器規(guī)格如下：殼徑D-1500mm 公稱面積S-10m2實(shí)際面積S-25.30m2 管長L-3m管程數(shù)N-2 管數(shù)n-504管子排列方法-正三角形排列 管子直徑38×2.5mm第五章 主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核筒體厚度計(jì)算公式設(shè)計(jì)厚度公式中, P:設(shè)計(jì)壓力; :焊縫系數(shù): :筒體內(nèi)徑; 材料的許用應(yīng)力,MPa壓力實(shí)驗(yàn)選用水壓試驗(yàn),公式為 -容器的有效厚度; -圓筒焊縫系數(shù) -試驗(yàn)時容器承受壓力; -設(shè)計(jì)溫度下屈

44、服極限§5·1蒸發(fā)分離室厚度設(shè)計(jì) 分離室殼體材料選用A3鋼,查表得設(shè)計(jì)溫度下 ,P=1.05PW=1.05606.7KPa=0.637MPa 最小厚度查取: 則取 向上整和為 , 水壓試驗(yàn)Pr=1.25P=1.250.637=0.796MPa 所以強(qiáng)度符合 按標(biāo)準(zhǔn)管當(dāng)Ri=1800mm封頭選用橢圓型封頭,則厚度 為焊接方便取封頭厚度和筒體厚度相等即:10mm§5·2加熱室厚度校核= 取=6mm 進(jìn)行校核 PT=1.250.637=0.796MPa 即 所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度符合要求查標(biāo)準(zhǔn)管，內(nèi)徑為1500mm,最小壁厚為12mm,強(qiáng)度符合要求。參考文獻(xiàn)：1 聶清德編. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19912 姚玉英等. 化工原理M 天津：天津大學(xué)出版社，19993 王紹亭，陳濤編. 化工傳遞過程基礎(chǔ)M. 北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，19874 時鈞等主編. 化學(xué)工程手冊M