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、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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

2、氣量，提高了蒸汽利用率。因此，我們應(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500700范圍內(nèi)，最高不超過(guò)800，本設(shè)計(jì)加熱蒸汽壓強(qiáng)選用600。1.2冷凝器操作壓強(qiáng)的確定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)

3、混合式冷凝器，其最大的真空度取決于冷凝器內(nèi)的水溫和真空裝置的性能。通常冷凝器的最大真空度為8090。本設(shè)計(jì)冷凝器壓強(qiáng)采用30。1.3 進(jìn)料狀況采用沸點(diǎn)進(jìn)料，操作簡(jiǎn)單。1.4蒸發(fā)器的類(lèi)型及其選擇在化工生產(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，

4、降膜式，升降膜式，刮板式等）兩大類(lèi)型。蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上必須有利于過(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(mǎn)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。1.5蒸發(fā)器效數(shù)的選擇為充分利用熱能，為提高熱能利用效率，生

5、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。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

6、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)器效數(shù)采用3效。1.6蒸發(fā)流程的選擇多效蒸發(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(chēng)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

7、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(chēng)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

8、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

9、復(fù)（3）（5），直到所求得的各效傳熱面積滿(mǎn)足要求為止。2.1 各效蒸發(fā)量和完成液組成的估算本設(shè)計(jì)的操作條件是：（1）NaOH水溶液處理量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600，冷凝器的壓強(qiáng)為30。（3）各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：=1500 W/（·），=1000 W/（·），=600 W/（·）。2.1.1 各效蒸發(fā)量和完成液濃度的估算：總蒸發(fā)量： （2-1）W:蒸發(fā)出的水量，F(xiàn)原料液流量，原料液初始濃度，完成液

10、濃度。采用三效蒸發(fā)：n35347.22 假設(shè)各效蒸發(fā)量相等，即：=1：1：1 3386.57/31128.5kg/h 因而初估各效完成液的濃度為： （2-2） 第I效完成液的濃度：13.94% ； 第II效完成液的濃度：19.04%；第III效完成液的濃度：30%。2.1.2 估算各效二次蒸汽溫度為求各效溶液沸點(diǎn),需假定壓強(qiáng)。一般加熱蒸汽壓強(qiáng)和冷凝器操作壓強(qiáng)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)之差為： （2-3）故第效二次蒸汽壓強(qiáng)： （2-4）190；600190410；6002×190220 ；6003×1

11、9030。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效次二次蒸汽的壓力， 41022030二次蒸汽的溫度,（即下一效蒸汽的溫度）144.2612366.5二次蒸汽的汽化潛熱，/(即下一效加熱蒸汽的汽化潛熱)2135.882177.722333.72.1.3 計(jì)算各效傳熱溫度差各效傳熱溫度差計(jì)算式為：=，=+ （2-5）式中為前一效二次蒸汽溫度（即第效加熱蒸汽溫度），為第效溶液沸點(diǎn)，為第效二次蒸汽溫度，為第效溫差損失。各效溫差損失： （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：

12、=-式中：為與溶液壓力相等時(shí)水的沸點(diǎn)，為第效溶液的沸點(diǎn)。（2）由于液柱靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高某些蒸發(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。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)下水的沸點(diǎn)和二次蒸汽壓強(qiáng)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：=+ ，則： = （2-7）式中：為蒸發(fā)器中液面與底層的平均壓強(qiáng)，； 為對(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)，； 為二次蒸汽（即液面處）的壓強(qiáng)，； 為對(duì)應(yīng)p下水的沸點(diǎn)，； 為溶液的平均密度，； L為液層高度，。（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

13、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=1。2.2 計(jì)算過(guò)程2.2.1 各效二次蒸汽溫度查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(jiàn)下表:表 2-2 各效二次蒸發(fā)器中溶液的平均密度效次溶液的濃度13.94%19.04%30%溶液的密度×103kg/m31.151.211.33對(duì)于NaOH水溶液可采用杜林經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：（1）+m0.142+150.752.71 （2-8）各效完成液濃度。所以得出：（k1）+m0.142+150.752.71=0.142×13.94%×144.26+150

14、.75×38.94%×38.94%2.71×13.94%5.41；同理得出=8.27，=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， （2-9）查表得出在各個(gè)狀態(tài)下溶液的平均密度為，。得出：；。對(duì)應(yīng)的，所以，。故；。2.2.2 計(jì)算傳熱溫度差 各效傳熱溫度差計(jì)算式為， （2-10）式中：第效二次蒸汽的溫度；第效溶液的沸點(diǎn)。，；，；，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)，151.31133.4791.392.2.3 求各效蒸汽用量及各效蒸發(fā)量考慮溶液的稀釋熱,引入熱利用系數(shù) （2-11）第效：因沸點(diǎn)進(jìn)料，故 =熱利用系

15、數(shù)0.980.7=0.980.7（13.94%11%）=0.96查水蒸氣表得:壓力為600KPa的加熱蒸汽的汽化熱=2091.1,=151.31的二次蒸汽的汽化熱=2135.88。則 = = =0.94 第效:引入熱利用系數(shù)：熱利用系數(shù)=0.980.7=0.980.7（19.04%13.94%）=0.93第效中溶液沸點(diǎn)=133.47的二次蒸汽的汽化熱=2177.72，無(wú)額外蒸汽引出，=2135.88，已知/(kg·)，/(kg·)。則：( =0.93（5347.223.7-4.174） =0.88+158.84 第效:熱利用系數(shù)=0.980.7=0.980.7（30%19.

16、04%）=0.90第效中溶液沸點(diǎn)=91.39的二次蒸汽的汽化熱=2333.7，無(wú)額外蒸汽引出，=2177.72,則()=0.90（5347.223.74.1744.174）=0.760.077+321.07 +=5347.22，聯(lián)立得出：=1199.9，=1127.9，=1151.4，=1107.3。2.2.4計(jì)算傳熱面積=誤差為，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。2.3 重新計(jì)算過(guò)程2.3.1 有效溫度差的重新分配=重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程：=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

17、Ti，158.7138.62116.56有效溫度差，10.1014.5225.17料液溫度（溶液沸點(diǎn)），148.6124.191.392.3.2 重新求算各效溶液沸點(diǎn)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，則第效加熱蒸汽的溫度（也即第效二次蒸汽的溫度）為。由第效二次蒸汽的溫度116.56及第效料液的濃度19.17%可得出第效情況下水的沸點(diǎn)，得出第效溶液沸點(diǎn)為。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式第效料液的沸點(diǎn)可以直接用。2.3.3 求算各效蒸汽用量及各效蒸發(fā)量各效對(duì)應(yīng)溫度下的汽化熱見(jiàn)下表：表2-5 各效對(duì)應(yīng)溫度下汽化熱效次二次蒸汽的溫度，138.62116.5666

18、.5二次蒸汽的汽化熱，kj/kg 2152.72214.62339.74第效：熱利用系數(shù)0.980.7=0.98-0.7（13.94%11%）=0.96所以得出 = = =0.93 第效：熱利用系數(shù)=0.980.7=則( =第效:熱利用系數(shù)=0.980.7=則()= += 3386.57聯(lián)立有，解得,。2.3.4 計(jì)算蒸發(fā)量相對(duì)誤差各項(xiàng)誤差均小于，所以計(jì)算符合要求。2.3.5 求各效傳熱面積=相對(duì)誤差: ，計(jì)算有效。平均，取將所有計(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汽溫度，158.7138.62116.56操作壓力，3030溶液溫度，148.6124.191.3

19、9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，m246.5946.5546.93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。3.1 加熱管的選擇和管束的初步估計(jì)3.1.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)加熱管通常選用25×2.5mm

20、，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(chǎng)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： （3-1）式中： S為蒸發(fā)器的傳熱面積，m2 ，由前面的工藝計(jì)算決定； d0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)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

21、503.1.2 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(lái)考慮的。其截面積的40%-100%，若以D1表示循環(huán)管內(nèi)徑，則: =（0.41） (3-2)因而： 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D1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325×11mm的無(wú)縫不銹鋼管。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

22、線(xiàn)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(jiàn)表3-1。表3-1 不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑d0，mm19253857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(xiàn)上管束nc：管子按正三角形排列時(shí),nc=1.1；管子按正方形排列時(shí)，nc=1.19。式中n為總加熱管數(shù)。本設(shè)計(jì)采用正三角形排列加熱管，即nc=1.1=1.1×=13.47=1.5×38=57mm=t(-1)+2=48×(141)+2×5

23、7=738mm根據(jù)初估加熱室內(nèi)徑值和容器公稱(chēng)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(mǎn)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)殼體內(nèi)徑mm400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚mm8101214根據(jù)表3-2列表,本設(shè)計(jì)選取加熱室殼體內(nèi)徑為800 mm，壁厚為10 mm。3.1.4 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的體積流量及蒸發(fā)體積

24、的強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積V的計(jì)算公式為：m3 (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，m3/(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(jiàn)表3-3。表3-3 各效蒸汽的密度值效次第I效第II效第III效二次蒸汽溫度，138.62116.5666.5密度，kg/m31.891.010.17將各值代入上述公式得： U

25、取1.2 m/s。=0.14 m3；=0.26 m3；=1.48 m3。分離室體積取其中較大者,V=1.48 m3分離室體積確定后，其高度H與直徑D符合下列關(guān)系：V= (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 =所以本設(shè)計(jì)取：H

26、=1.88m1900mmD=1000mm3.2接管尺寸的確定3.2.1溶液的進(jìn)出口 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：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，=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。3.2.2加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口 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(mài)=2040m/s。計(jì)算公式同溶液進(jìn)出

27、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：=0.178/s=0.311/s =1.882/s加熱蒸汽體積流量取其中較大者，V=1.882/s則：d=244.8mm，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：=0.1661/s =0.3169/s=1.7761/s二次蒸汽體積流量取其中較大者,V=1.7761/s，則：d=237.83mm二次蒸汽出口同樣選取245×10mm不銹鋼無(wú)縫鋼管。3.2.3冷凝水出口由于冷凝水自然流出，所以冷凝水的排出屬于自然流動(dòng)， u=0.08-0.16m/s,接管直徑由各效加熱蒸汽消耗量較大者確定。取u=

28、0.1m/s則: d=63.9mm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冷凝器主要類(lèi)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

29、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3-4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(jiàn)表4-1。表4-1

30、各種形式冷凝器的性能表項(xiàng)目形式多層多孔板車(chē)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350mm100mm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 （4-1）式中： W冷凝水用量，kg/h； D冷凝蒸汽量，kg/h； I蒸汽的焓，kj/kg； ,冷卻水進(jìn)出口溫度，； 冷卻水平均比熱，kj/（kg·）。查得：66.5時(shí)蒸汽

31、的焓值I=2621.6kj/kg，=4.174 kj/（kg·），=30，=63.2，D=1215.37 kg/h。=20678kg/h。4.1.2.2 噴射器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算（1）噴嘴數(shù)n及噴嘴直徑通過(guò)一個(gè)噴嘴的水的流速為：= （4-2）式中：工作水通過(guò)噴嘴的壓強(qiáng)降，Pa ； 水的密度，kg/； 流量系數(shù)，可取0.930.96。噴嘴直徑在水質(zhì)清潔時(shí)可取58mm，一般為1222mm即可，選定直徑后，噴嘴個(gè)數(shù)的確定： （4-3） 取=979.5 kg/，=0.93，=（300-30）kPa， W=20678kg/h，=14mm=0.93×=23.47m/s。，n=4 （2）文氏管

32、喉部直徑 (4-4)式中。（3） 水噴射氣其他各部尺寸的選取范圍文氏管喉管長(zhǎng)度：=（24）文氏管收縮口直徑：=（1.581.78）文氏管收縮段長(zhǎng)度：=（1.75.15）（）文氏管收縮角度：=1°1左右文氏管擴(kuò)散段直徑：=1.78文氏管擴(kuò)散段長(zhǎng)度：=（415）（）文氏管擴(kuò)散段角度：=3°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70120不等。所以最大流速為80m/s。詳見(jiàn)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

33、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)系噴嘴直徑，mm噴射水流長(zhǎng)度，mm16201215581500200012001500200500所以噴嘴直徑為14mm，噴射水流長(zhǎng)度為1400mm。4.2氣液分離器蒸汽操作時(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(chēng)捕沫器或除沫器。其類(lèi)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。慣性式除沫器的主要尺寸按下列關(guān)系確定：，=1:1.5:2H=，h =（0.40.5）式中：二次蒸汽的管徑，m； 除沫器內(nèi)管的直徑，m； 除沫器外罩管的直徑，m； -除沫器的外殼直徑，m； H除沫器的總高度，m； h除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m。因?yàn)?245mm=0.245m，=0.245m，=0.368m，=0.490m，H=0.490m，h=0.098m。最終選定標(biāo)準(zhǔn)為=245×10mm不銹鋼無(wú)縫鋼管，=377×9mm不銹鋼無(wú)縫鋼管，=500×9mm不銹鋼無(wú)縫鋼管。第5章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總5.1 蒸發(fā)器整體設(shè)