南林大黑液四效蒸發(fā)器設計

1、XX大學化工原理課程設計說明書學院（系）： 專業(yè)： 學生姓名： 學號： 課程設計題目：造紙廠四效黑液蒸發(fā)器設計 起訖日期： 課程設計地點： 指導教師： 目錄一、設計條件2二、流程圖選擇3三、工藝計算（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算各效溫度差損失6（三）求各效的沸點及總有效溫度差7（四）蒸發(fā)器的焓衡算7四、設備結構計算（一）確定加熱管數(shù)及其在管板上的排列方式，固定方法15（二）加熱室尺寸計算15（三）分離室計算16（四）花板計算16（五）進料室17（六）黑液管路計算17（七）蒸汽管路計算18（八）封頭和法蘭19(九) 平蓋手孔21（十）視鏡21五、附

2、屬設備及選型（一）多層多孔板冷凝器21（二）預熱器23（三）真空泵24（四）支架24（五）除沫器27參考文獻造紙廠堿回收車間四效長管蒸發(fā)器設計一設計條件：1： 處理量 ：5000 2： 進料濃度：9 (15)出料濃度：35 (15)3：加熱蒸汽壓力: 0.25 4: 末效真空度 ：60 5: 各效傳熱系數(shù) ： 6： 黑液比熱 ： 7： 熱利用系數(shù) ： 8：蒸汽流向 ： ààà 黑液流向 ： ààà9：黑液進，前均有預熱器的加熱至該效沸點10：進料溫度：50 11：預熱器的傳熱系數(shù)： 12： 加熱管采用廠方提供的51×3

3、15;6000碳素鋼管二 .流程圖 (見附圖） 注釋： 氣體：由效進入效再到效最后到效后進入冷凝器三 工藝計算 （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： 本設計所選用的漿種為麥草漿 （-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知相應蒸汽的溫度和汽化潛熱，見表1。 表1 各效汽化熱及有效溫度差值表 效數(shù) 效數(shù) IIIIIIIV加熱蒸汽壓強P（）351.33273.83196.33118.83加熱蒸汽溫度T（）138.92130.114119.54104.21加熱蒸汽汽化熱r（)215

4、1.932177.152206.382247.54二次蒸汽壓強P'（）273.83196.33118.8341.33二次蒸汽溫度（）130.114119.54104.2175.82二次蒸汽汽化熱（)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)因黑液沸點升高引起的溫度差損失由各效完成液的濃度查制漿原理與工程圖7-3見表2。 表2 各效因黑液沸點升高引起的溫度差損失 效數(shù)IIIIII IV黑液濃度x 26.76 49.25 13.98 18.37（15）19.603510.841

5、3.85（20）19.3434.7410.5813.592.216.851.01.22.677.751.031.02(2)因液柱靜壓力引起的溫度差損失查林產(chǎn)化學工業(yè)手冊上 表4-7，見表3。 表3 各效黑液濃度對應比重 效數(shù)IIIIIIIV黑液濃度x 26.76 49.25 13.98 18.37比重1.1551.3161.0811.105 由平均壓力可查表得到對應飽和溫度為：由平均壓力可查化工原理（上冊）續(xù)表10得到對應飽和溫度為，見表4。 表4 各效因液柱靜壓力引起的溫度差損失 效數(shù) I II III IV（） 131.0 120.8 106.0 80.1 2.67 7.75 1.03 1

6、.02（） 0.89 1.26 1.79 4.28（3）管路流動阻力引起的溫度差損失取=1 （三）求各效的沸點及總有效溫度差（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 求得各效有效溫度差，見表5。 表5 各效有效溫度差 效數(shù)IIIIIIIV（）4.250.5611.5122.09（四） 蒸發(fā)器的焓衡算 (1)計算和第三效： 其中有： 熱損失有： 第四效：由于有 因為其中：所以熱損失有： 同理，可得： 代入數(shù)據(jù)，并化簡得： 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）重新計算各效溫度差損失由各效完成

7、液的濃度查制漿原理與工程圖7-3見表6。表6 各效因溶液沸點升高引起的溫度差 效數(shù) I II III IV黑夜?jié)舛?26.42 49.25 13.69 17.6 19.36 35.0 10.64 13.32 19.1 34.74 10.38 13.06 2.18 6.85 0.98 1.15 2.64 7.75 1.01 0.98 由各效二次蒸汽溫度，查教材續(xù)表10知相應蒸汽的壓力，由二次蒸汽壓力課求得、的值，見表7。 表7 各效因液柱靜壓力引起的溫度差 效數(shù)黑夜19.3635.010.6413.32244.71115.166.9541.331.1531.3161.0791.1011.21.2

8、1.21.2251.5122.8573.347.81 127.38105.2890.9980.1126.46103.0388.1875.820.922.252.814.28 由各效二次蒸汽溫度，查教材續(xù)表10知相應蒸汽的壓力和汽化熱，見表8。 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140.14126.46103.0388.18 加熱蒸汽2234.352242.792257.58 2268.84二次蒸汽 126.46103.0388.1875.82 二次蒸汽2242.792257.582268.842311.18溫度差損失 2.64 7.75 1.01 0.98

9、 溫度差損失0.922.252.814.28 溫度差損失1110溶液沸點（）131.02114.0393 81.08有效溫度差t（）9.1212.4310.03 7.1將所計算的數(shù)據(jù)代入方程并化簡得：聯(lián)立上述方程，可以解得： 并進一步可以求得： 為了便于蒸發(fā)器的安裝和操作，通常使傳熱面積相同，即取平均面積為 四、結構計算（一）、確定加熱管數(shù)及其在管板上的排列方式，固定方法對于多效蒸發(fā)器系統(tǒng)，加熱室既受內(nèi)壓（一，二效），又受外壓（后面幾效），我們根據(jù)最大內(nèi)壓和最大外壓分別計算出加熱室的壁厚，然后取兩者之間數(shù)值較大者。最為蒸發(fā)器加熱室的壁厚。一般情況下，由于內(nèi)壓壓力不大，外壓的加熱室壁厚，內(nèi)壓加熱

10、室也滿足要求。 1求管數(shù)n 采用碳鋼管為安全 取n= 90 根 加熱管按正三角形排列，安裝方法采用焊接法（正三角形錯列） 2.求管心距t取t=65 mm求管束中心線上的管數(shù) 取 （二）加熱室尺寸計算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55 760 取800 2. 最小壁厚s按外壓容器計算壁厚 查表取s=203.求臨界長度按長圓筒計（麥草漿）E材料彈性模數(shù) 臨界壓力（）4.穩(wěn)定性計算：所有鋼為A3，查得E=20400()（） 臨界應力考慮到圓筒形狀不能絕對圓，材料不均勻等因素，臨界壓力必須有一定的安全強度。 m=3(穩(wěn)定系數(shù)) p為最大設計壓力合格5.求壁厚鋼板公差（查?。?=

11、0.8腐蝕強度 =1加工過程減蕩量 =2.5 取3.0 取壁厚 =20（三）分離室計算1.分離室的壁厚因分離室的直徑要大于加熱室 故取2.直徑和高度計算 二次蒸汽體積 取 即 允許的蒸發(fā)體積強度 取1.3 由加熱蒸汽溫度，查化工原理書上附錄表9，可得，見表9。 表9 分離室的直徑與高度效數(shù)IIIIIIIV1075.551007.41902.64868.211.35380.66160.39750.25000.1780.3650.6070.9650.4770.5630.6670.779取整5006007008001000120014001600（四）花板計算 S:管壁厚度（） 筒體內(nèi)徑（） a常數(shù)

12、一般取17 b常數(shù)一般取0.0083:系數(shù)，一般取中最大一個：制造系數(shù)，焊接 =1.00：結構系數(shù) 管內(nèi)介質(zhì)壓力 取1.00：壓力系數(shù) 取1.00= 取s=32（五）進料室直徑與加熱室相同，為800，高度H=300400取H=400（六）黑液管路計算黑液比重稀黑液 =1.01.5 ， 濃黑液 =0.50.8 取效 ， ， ，黑液流送管徑d效出料管 查表取32 效出料管 查表取25 效出料管 查表取40 效出料管 查表取32 四條管路統(tǒng)一取內(nèi)徑100 （七） 蒸汽管路計算蒸汽密度 查表得 蒸汽管徑d（進汽管），采用離心式除沫室，取25 .效進汽管 查表取內(nèi)徑100效進汽管 外徑108 查表取內(nèi)徑

13、125效進汽管 外徑133 查表取內(nèi)徑150效進汽管 外徑159 查表取內(nèi)徑200 外徑219四條管路統(tǒng)一取內(nèi)徑200， 外徑219（八）封頭和法蘭1.加熱室封頭 選擇橢圓形封頭尺寸如下:(查常用化工單元設備設計P240) 公稱直徑DN（）800 曲面高度h1=200 直邊高度h2=40 內(nèi)表面積F=0.794 容積 V=0.087 標記： 分離室封頭 選擇橢圓形封頭由公稱直徑DN，查常用化工單元設備設計，可得相應尺寸，見表10。表10 分離室封頭尺寸 效數(shù) I II III IV公稱直徑（）500600700800曲面高度（）125150175200直邊高度（）40404040內(nèi)表面積（）0

14、.2240.4640.6190.792容積（）220.03960.0600.0871壁厚（）500222222標記 3.筒體法蘭光滑密封面(甲型平焊法蘭JB1158-73) =6 Kg/ 由公稱直徑DN，查化工制圖P97，得到相應尺寸，見表11。 表11 筒體法蘭尺寸法蘭螺栓DD1D2bd數(shù)量直徑50061558040301820M16600715680640321824M16700830790745362324M20800930890845402324M204. 管法蘭（平焊法蘭HG5010-58） =6 Kg/,采用無縫鋼管，尺寸見表12。 表12 管法蘭尺寸DN（）管子法蘭螺栓焊縫dH（

15、）S)DD1D2fbd重量數(shù)量直徑K H40453.513010080316141.2194M124 580894185150128310181.574M165 61001084205170148318182.894M16705 62002196315280258322186.078M16707 8(9) 平蓋手孔（JB589-64）平蓋手孔相應尺寸數(shù)值，見表13。表13 平蓋手孔尺寸 形式公稱直徑 DN 螺栓數(shù)量 規(guī)格A1501594.526022520312020168M1660A2502738370335225140241812M1660（10） 視鏡(不銹鋼制視鏡HJB5901-86)

16、查化工制圖國防工業(yè)出版社，可查得視鏡尺寸，見表14。 表14 視鏡尺寸公稱直徑公稱壓力 螺柱數(shù)量 直徑質(zhì)量標準圖圖號（不銹鋼）8010（0.98）1601303624868M126.8HGJ501-86-14五、附屬設備及選型（一）多層多孔板冷凝器1. 冷凝器直徑（） ：被冷凝的二次蒸汽量()=784.88 =60.95 ：蒸汽的比容1.009（）=0.2500 ：蒸汽在冷凝器的允許流速（） 在 取2. 淋水板的尺寸 淋水孔孔數(shù) 時，=25 淋水板小孔總面積 時，=5 取=3 取0.62 冷凝水消耗量 查表得=2634.94 =868.21 =45 =15 取n=11003.冷凝器中抽出的不凝

17、性氣體體積 ()= =22 由22 查表得=2.67 ，=41.33-2.67=38.66 則(二)預熱器的傳熱面積 加熱蒸汽 140.14 =26.73 = =570337.33 III效 =25.82 =50003.767(93-50)=809905 （三）真空泵選型冷凝器 真空度=60 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 支座相關尺寸，見表15。 表15 支座相關數(shù)據(jù)支座本體允許載荷公稱直徑DN高度h底板鋼板墊板地腳螺栓支座質(zhì)量每增加高度的質(zhì)量支座高度變化上限值規(guī)格10080031015010894120616020M165004.80.8500（五）除沫器選擇離心式除沫器蒸汽射出角：二次蒸汽進口孔直徑；：葉輪外徑。葉片間的距離b用下式求出：葉片厚度，一般取；：葉片數(shù)目，約為片。葉片的高度可按下式計算： 參考文獻 1馬瑞金、金玲主編.上海市教育委員會組編.化工制圖.上海：上?？茖W技術文獻出版社 2 化工設備設計手冊編寫組編.材料及零部件(上冊).上海:上海人民出版 社，1973 3 程康華.黑液蒸發(fā)器設計指導書.