四效蒸發(fā)器設(shè)計

1、四效蒸發(fā)器設(shè)計第一章、/.刖言鍵入文字1.1.1蒸發(fā)及蒸發(fā)流程1.1.2蒸發(fā)操作的分類1.1.3蒸發(fā)操作的特點1.1.4蒸發(fā)設(shè)備一蒸發(fā)器1.1.5蒸發(fā)設(shè)備的要求1.1.6蒸發(fā)設(shè)備的選型概述§§§§§§§1.1第二章蒸發(fā)器裝置設(shè)計任務(wù).1設(shè)計題目§2.2設(shè)計任務(wù)及操作條件§2.3設(shè)備型號第三章蒸發(fā)工藝設(shè)計計算§3.1各效蒸發(fā)量和完成液濃度的計算§3.2各效溶液沸點和有效溫度差的確定§3.2.1各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失§3.2.2各效由于溶液靜壓強(qiáng)所因

2、引起的溫度差損失§3. 2.3由經(jīng)驗不計流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失§3.3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計算§ 34蒸發(fā)器的傳熱面積§ 3.5有效溫差的再分配§3.5.1重新分配各效的有效溫度差11§35. 2重復(fù)上述計算步驟11§3.6計算結(jié)果列表 第四章 蒸發(fā)器工藝尺寸計算1414§4.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計14§4.1.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計14§4.1.2循環(huán)管的選擇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

3、確定1515§4.2接管尺寸的確定§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 §5.2.2計算冷凝器的直徑§5.2.3淋水板的設(shè)計1718§5.3泵的選型18第六章第七章第八章§5.3.1離心泵的選擇§532預(yù)熱器的選擇主要設(shè)備強(qiáng)度計算及校核 參考文獻(xiàn)課程設(shè)計心得1818182021希臘字母：符號說明c 比熱容， KJ/(Kg.h

4、)d管徑，mD直徑，mD一一加熱蒸汽消耗量，Kg/hfFa 對流傳熱系數(shù)，W /m2. C溫度差損失，Cn誤差，n熱損失系數(shù)，校正系數(shù)，n阻力系數(shù)，進(jìn)料量， Kg/h入一導(dǎo)熱系數(shù)，W /m2. C重力加速度， 9.81m/s2粘度， Pa.s高度， mP密度， Kg/m3高度， m刀一加和杜林線斜率系數(shù)-總傳熱系數(shù)，W/m2.C液面高度， m下標(biāo)： 1,2,3 效數(shù)的序號， 0 進(jìn)料的加熱管長度， mn第 n 效淋水板間距， mi內(nèi)側(cè)效數(shù)m平均壓強(qiáng)， Pao外側(cè)熱通量， W/m2p壓強(qiáng)傳熱速率， Ws污垢的汽化潛熱， KJ/Kgw水的-熱阻，m2.C /Ww壁面的傳熱面積， m2W蒸發(fā)量， K

5、g/h管心距， mW質(zhì)量流量， Kg/h-蒸汽溫度，C上標(biāo)：二次蒸汽的流速， m/s上標(biāo)：因溶液蒸汽壓而引起的蒸發(fā)強(qiáng)度， Kg/m2.h上標(biāo)：因液柱靜壓強(qiáng)而引起的體積流量， m3/h上標(biāo)： ' ：因流體阻力損失而引起的溶劑的百分質(zhì)量 , x221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

6、 化工生產(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：獲得濃縮的溶液產(chǎn)品。將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用于獲取固體產(chǎn)品。 脫除雜質(zhì)獲得純凈的溶劑或半成品。元操作。1、2、3、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

7、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)操作的特點從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可看出：常見的蒸發(fā)，實質(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。沸點升高 蒸發(fā)的物料是溶有不揮發(fā)性的溶質(zhì)的溶液，又烏拉爾定律可知；在相同溫度下，其 蒸汽壓較純?nèi)軇榈?，因此，在相同?/p>

8、力下，溶液的沸點就高于純?nèi)軇┑姆悬c。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

9、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：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 特點：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?/p>

10、系數(shù)較大。但設(shè)計或操作不當(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；1、2、3、4、能排除溶液在蒸發(fā)過程中所析的晶體。 從機(jī)械的工藝性、設(shè)備的投資、操作費用等角度考慮，蒸發(fā)設(shè)備的設(shè)計還應(yīng)滿足以下幾項要求： 設(shè)備的材料消耗少

11、，制造、安裝方便合理； 設(shè)備的檢修和清洗方便，使用壽命長； 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。蒸發(fā)設(shè)備的選型1、料液的性3、利用本次設(shè)計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： 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； 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

12、 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，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。但實際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，其循 環(huán)速度一般在 0.4 0.5m/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)計任務(wù)§2.1 設(shè)計題目NaOH 水溶液蒸發(fā)裝置是設(shè)計§2.2 設(shè)計任務(wù)及操作條件1 ）設(shè)計任務(wù) 處理量（ 料液濃度 產(chǎn)品濃度Fo）：25

13、000（Kg/h） Xo）：10% 質(zhì)量分率 X4）; 50% 質(zhì)量分率177.67 C。加熱蒸汽溫度（ T1S）：2）操作條件 加料方式： 四效并流加料 原料液溫度：20 C。各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度：1.13188g / l末效冷凝器的溫度 T4S： 60.1 C。m1m21.17510 g /lm31.2629 g / lm41.5253g / l加熱蒸汽壓強(qiáng)： 950KPa （絕壓）各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1K3=2000W*m2 K-1傳熱面積相等第三章蒸發(fā)工藝設(shè)計計算冷凝器壓強(qiáng)為： 20KPa （絕壓）=3400W*m2K-1K2 =2700W*m2K-1K4=1500W*m2

14、 K-1§2.3 設(shè)備型號：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器圖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算四效蒸發(fā)的工藝計算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。 計算的主要項目有: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)蒸發(fā)器的設(shè)計計算步驟多效蒸發(fā)的計算一般采用試算法： 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)） 器的形式、流程和效數(shù)。(2)(3)(4)(5)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步估計各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。 根據(jù)經(jīng)驗假

15、設(shè)蒸氣通過各效的壓強(qiáng)降相等，估算個效溶液沸點和有效總溫差。 根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。根據(jù)傳熱速率方程計算各效的傳熱面積。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）W 25000 （25000 吐）20000kg/h代入數(shù)據(jù)計算總蒸發(fā)量：0-50并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引出，可設(shè)W=W1+W2+W3 +W4=4.6W1=20000kg/hW1 : W2 : W3 : W4 = 1 : 1.1 : 1.2： 1.

16、3 而由以上三式可得：W1=4347.83kg/hW2=4782.61kg/hW3=5217.3kg/hW4=5652.17kg/h再由公式 FX0 =XiX2(F W1 W2 一Wi) Xi (i > 2)得:FX025000 .01 0.12125000 .010.158F W 25000 4347.83FW2 25000 4347.83 4782.61FXo25000 .01X3 FW2 W3 25000 4347.83 4782.61 5217.30.235X4=0.5§.2各效溶液沸點和有效溫度差的確定各效的二次蒸汽壓使用經(jīng)驗公式估算，最簡便的估算方法是設(shè)各效間的壓強(qiáng)

17、降相等,則總壓強(qiáng)差為:P P。R 950 20 930KFaF V 232.5KPa各效間的壓強(qiáng)差可求得各效蒸發(fā)室的壓強(qiáng):P1/= P0 Pi =950-232.5=717.5 KPaP2/ = P0 2 Pi =950-2232.5=485 KPaP3/= P03 Pi = 950-3232.5=252.5KPaP4/= P0 4 Pi = 950-4232.5=20K Pa由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)從（化工原理第三版上冊附錄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/（K Pa）717.5485252.520二次蒸汽溫度Ti/（ C ）（即下一效加熱

18、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算:有效總溫度差t (Ti Tk)式中t 有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，C。Ti第一效加熱蒸氣的溫度，C。Tk冷凝器操作壓強(qiáng)下二次蒸氣的飽和溫度，C?？偟臏囟炔顡p失，為各效溫度差損失之和，C,式中其中-由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，C, -由于蒸發(fā)器紅溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，C,一由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降而引起的溫度差損失，C,§ 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)

19、Ti/（即相間壓強(qiáng)下水的沸點）和各效完成液濃度Xi由化工原理P252NaOH水溶液的杜林線tA1T1'1681662 ctA2T2'154150.73.3 ctA3T3'135127.87.2 ctA4T4'9660.135.9 c23.37.235.948.4 c1234式中Pav蒸發(fā)器中液面和底層的平均壓強(qiáng),KPaP/二次蒸氣的壓強(qiáng)，即液面處的壓強(qiáng), 溶液的平均密度，L -液層高度g-重力加速度，PavP' -av根據(jù)2 .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）1.13188g/lKPaPw1Pw2Pw3

20、P'm1m2m3P3P41.17510g /I1.2629g/l1.5253g/lm1gL2 m2gL2 m3gL2 m4gL2m4717.51.3188 9.81 2730.8KPa2485 皿3 498.8KPa2252.52629 9.81 2267.4KPa220 “253 9.81 237.96KPa圖查得各效溶液的沸點tAi分別為：tB1 168 ctB2 154 c tB3 135 tB4 96則各效由于溶液蒸氣壓下降所引起的溫度差損失為得：§.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

21、力學(xué)方 程估算：PavP'晉P226 查根據(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 得對應(yīng)的飽和溶液溫度為：T 'Pav1 166.7CT 'Pav 2 151.75CT 'Pav3 129.66CT'Pav4 74.64C根據(jù) ： /= T/ Pav- T/itp -根據(jù)二次蒸汽壓強(qiáng)求得水的沸點C所以： /1 =T'Pav-T'i /1 =T 'Pav1T'1166.7 166 0.7C /2 =T 'Pav2T '2151.75150.71.05C /3 =T '

22、Pav3T '3129.66127.81.86C /4 =T 'Pav4T '474.6460.1 14.54CV/ /1V/ / 2 V/ /3V/ /40.7式中tpm -根據(jù)平均壓強(qiáng)求取的水的沸點C,1.05 1.86 14.54 18.15C§3.2.3 由經(jīng)驗不計流體阻力產(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= 3/= 4/=1 C。則，根據(jù)經(jīng)驗其值1C , 1111 = 2/''

23、;'4C故蒸發(fā)裝置總的溫度差損失為：II''' 48.4 18.15 4 70.55C溶液的沸點：ti Ti '2 0.7 1 37C11''111''211''33.3 1.05 15.35CHI'''1HI'''2HI'''37.2 1.86 110.06CIII'''1III'''2III'''335.9 14.451 51.44C所以各效溶液的的溫度：t11

24、66 3.7169.7Ct2150.7 5.35 156.05Ct3127.8 10.06137.86C60.1 51.44 111.54Ct4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 C,汽化潛熱 2027.9KJ/Kg有效總溫差t Ts Tk /177.67 60.1 70.5547.0C§ 3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計算第 i 效的焓衡算式為：QiDiri(FcpoW1cpwW2cpwWi 1cpw )(ti1 ti ) Wi r有上式可求得第 i 效的蒸發(fā)量 Wi .若在焓衡算式計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)

25、 一般溶液的蒸發(fā)， 可取得0.94-0.7 x （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 W的 計算式為式中WiDi- 第 iriCp0ti ti 1riiDi 丄(FCporiW1CpwW2CpwWi 1Cp w)ri效的加熱蒸汽量，當(dāng)無額外蒸汽抽出時Di= Wi 1效加熱蒸氣的汽化潛熱原料液的比熱Cpw分別為 第i效及第i-1效溶液的沸點第i效二次蒸氣的汽化潛熱水的比熱第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：10.98 0.7(0.1210.1)0.9653由相關(guān)手冊查得r12027.9KJ/(Kg. C)r1

26、'2068.2 KJ/(Kg. C )D1 r1W1111W2= W22 W1r22FCp0 W1Cpw 丄上2第一效的焓衡量式為2027.90.9653 D1? 0.9465D1?=0.9653D1r'12068.2同理第二效的熱衡算式為：所以Cpw4.187KJ /(Kg. C)右169.7 C t2156.05 C0.9545 逍2W12116.825000 3.96 4.187W169.7 156.052116.8=0.9068W1 +609第三效的熱衡算式為：(b)W3= W333FCp0W pwWCpwt2t3n 2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98-0.7

27、(0.158-0.121)=0.9541r22068.2KJ /Kgr2'2116.8KJ / KgCp。 3.96KJ / (Kg. C)n 3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.235-0.158)=0.9260r32116.8KJ / Kg r3'2184.5KJ / Kgt2156.05 C t3137.86 CW3=0.865 W2 0.032W1+763第四效的熱衡算式為：(c)W4= WW3r4r4K tiFCp0W1CpwW2CpwW3Cpwr4n 3=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7(0.5-0.235)=0.79434 2

28、184.5KJ / Kgrj 2355KJ / Kg t3 137.86Ct4111.54CW4=0.6996 W3 0.037 W2 0.037W1+879(d)W1+ W2+ W3+ W4 =20000聯(lián)立以上方程式得：(e)§.4蒸發(fā)器的傳熱面積任意一效的傳熱速率方程為:Qi tKSi= tiKiQi 第i效的傳熱速率，WD1 =5543 Kg/hW1=5246Kg/hW2=5367Kg/hW3=5237Kg/hW4=4150Kg/h(ti Ti ti )Ki 第i效的傳熱系數(shù),得到：W/ (m2* C)Si第i效的傳熱面積，m2在四效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳

29、熱面積相等的蒸發(fā)器; 各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：ti 第i效的傳熱溫度差，CS仁S2=S3=S4=SK1=3400W*m2*K-1K2=2700 W*m2*K-1K3=2000 W*m2*K-1K4=1500 W*m2*K-1SQ13.12 106tK3400 (177.7 169.7)Q2=W1r2 ' =52462068.2103/3600=3.01106 WS2Q23.01 106tzK?2700 (166 156.05)Q3=W2r3 '=5367 2116.8 103/3600=3.16106 WS3Q33.16 106t3K32000 (150.7 137.86)Q4

30、=W3r4 '=5237 2184.5 103/3600=3.18106 WS4Q43.18 1061500 (127.8 111.54)誤差為：1- 1Smin10.139Smax130.3Q1=D1r1=5543 X 2027.9 103/3600=3.12106 W誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述步驟。115.2m22112.2m122.9m2130.3m2§ 3.5有效溫度的再分配平均傳熱面積:S,右 S2 t2 S3 t3 S4 t4115.2 8 112.29.9 122.947.012.8130.3 16.3122m2§ 3.5.1重新分配各

31、效的有效溫度差:t1'SSt2/t17.6Ct2S2 t29.0C =9.0 CSt3t4Sl§St3t4129C17.4C§.5.2重復(fù)上述計算步驟(一)計算各效溶液濃度Xi=FxoF W,25000 O.1 =0 12725000 52466Fxo25000 0.1X2=F W1 W22000 5246 5367=0.174Fx025000 0.1X3=F WW2 W3 =2000 5站5367 5237 也73X3=0.5(二)計算各效料液的溫度末效溶液沸點和二次蒸汽壓強(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 C ,即t4 =111.

32、5 C 則第四效加熱蒸汽溫度(即第三效二次蒸汽溫度)為T4 T3' t4t4' 111.5 17.4 128.9C由于第三效二次蒸汽溫度為(128.9C )及第三效料液的濃度(0.273)查杜林線圖，tB3=131 C .所得第三效料液的溫度為Hlt3 tB333 =131+1.86+1=133.86 C同理:T3=T2/=t3+ t3/ =133.86+12.9=146.76 C由于T2/ =146.76 C, X2=0.174查杜林曲線得:tB2 =155 CHIt2 tB222 =155+1.05+1=157.05同理：T2=T1/=t2+ t2/ =157.05+9=1

33、66.05 C由于T1/ =166.05 C, X1=0.127查杜林曲線得:tB1 =168.4 CHl'tB111 =168.4+0.7+1=170.1,即 t =47.0 C效數(shù)第一效第二效第三效第四效加熱蒸汽溫度，CT1=177.7T1/=166.05T2/=146.76T4=128.9有效溫差,(C) t1/=7.6 t2/=9 t3/=12.9 t4=17.4料液溫度(沸點),(C )170.1157.05133.86111.5故有效總溫度差不變說明溶液的溫度差損失變化不打，不必重新計算, 以上計算結(jié)果總結(jié)如下：(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/(

34、C )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/(C)166.05146.76128.960.1二次蒸汽的汽化潛熱KJ/kg2067.12133.721812355第一效:2027 9O.9614聞D1 O."96141 =0.98 0.7X( 0.127-0.1 ) =0.9614W11也1第二效:n 2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98 0.7X (0.174-0.127) =0.9469W22WirFCp0W1Cpw -2= 0.94692067.1W (25000 3.96 4.187W)170.1 157.052133.72133.7=0.

35、8934W1+591第三效:n 3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.273-0.174)=0.9104W3= W53W2r3Fc p0 WC pw W2Cpw3= 0.91042133.7W2218125000 3.96 4.187W 4.187W2157.05 133.862181=0.8502W2+955-0.0404W1第四效:n 4=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7 X (0.5-0.273)=0.8213W4= W44W3r4Fc p 0 W Cpw 她 cpwpw4= 0.82132181她235525000 3.96 4.187W 4.187

36、W24.187W3133.86 111.542355=0.7276W3+771-0.033W1-0.033W2因為：W 1+ W2+ W3+ W4=20000Kg/h得：D1=5491Kg/h得：W 1=5179Kg/hW2=5335Kg/hW3 =5276Kg/hW4 =4215Kg/h與第一次熱量恒算所得結(jié)果進(jìn)行比較的誤差W1:0.01280.0551791 5246W2W3W45335536752765237421541500.005960.0.7450.01570.050.050.05計算相對誤差均在 0.05以下故各效蒸發(fā)量的計算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無明顯變化，不需要重新計算。（

37、四）計算各效傳熱面積Qi=Diri=5491 2027.9 103/3600=3.09 106 Wti =7.6Q2=W1W=5179GQi3.09 106 “c 2Si=120mtiKi 3400 7.62067.1 103/3600 =2.97 106 Wt2 =9Q3=W2r2'53356S2=遼衛(wèi)=122m2t2K22700 92133.7 103/3600=3.16 106 Wt3 =12.9Q4=W3r3'5276S3=£ = J122.6tsKa 2000 12.92181 103/3600=3.20 106 Wm2t4 =17.4S4=Q4 t4 K4

38、型衛(wèi) 122.51500 17.4m2誤差為:1-1SminiSmax丄遼 0.0212 0.05122.6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=121.8m2§.6計算結(jié)果列表效數(shù)1234冷凝器加熱蒸汽溫度（C）177.7166.05146.76128.960.1操作壓強(qiáng)Pi/ （KPa）717.5485252.52020溶液沸點ti C170.1157.05133.86111.54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

39、 m2121.8121.8121.8121.8第四章蒸發(fā)器工藝尺寸計算注：表中 P/ 按 Ti/ =T2 =166.05C 查得，P 2'按 T2/ =T3 =128.9 C查得蒸發(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)器的計算方法如下。§ 4.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計§4.1.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計蒸發(fā)器的加熱管通常選用038X 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)計任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們

40、選用以下的管子。0 38 X 2.5 mm,可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長度初步估計所需的可根據(jù)經(jīng)驗我們選?。篖=2 m管子數(shù)n',Sd0(L 0.1)3.14式中S=-蒸發(fā)器的傳熱面積,d0-加熱管外徑，m;m2,121.8LCC3 538 38 10 3 (2.00.1)(根)由前面的工藝計算決定(優(yōu)化后的面積)L-加熱管長度，m；L 0.1) m.80%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(§ 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

41、熱管的總截面積可按n'計算。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D1 Jo.8 n'd 70.8 538 0.033 0.69m 690'imm循環(huán)管的管長與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計入傳熱面積中。循環(huán)管規(guī)格為0 720X 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)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

42、般為加熱管外徑的1.251.5倍，目前在換熱器設(shè)計中，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：先計算管束中心線上管數(shù)nc,管子安正三角形排列時，nc=1.1亦；其中n為總加熱管數(shù)。初步估計加熱室 Di=t(nc-1)+2b '式中b' =(1 1.5)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，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) 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nc 1.17538 26n

43、必須大于初值n'如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)48mm；以三角形排列計算，Di=t(nc-1)+2b ' =48壁厚為14mm ;所以加熱是殼體內(nèi)徑為b =(1 1.5)d0=1.5d0 ,(26-1)+2 38 1.5=1314mm，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, 積強(qiáng)度有關(guān)。而分離室的體積又與二次蒸汽的體積流量及蒸發(fā)體W3600 UW-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h;Kg/m3 ， U-一 蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/(m3*s); U=1.11.5 m3/(m3*s)U的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個W15179360

44、01W2U36003.76453351.5f36002U36002.59311.5W3527636003U36001.39311.5W44215V1V2V33m。0.701 m3V43600所以V V4 由 V= D2H/4H=3.0M,，4 U5.97 I求得：D=1.6M3600 0.1307 1.53 m5.97 m3V分離室體積V的計算式為： 式中V分離室的體積，m3;P-某效蒸發(fā)器二次蒸汽量，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 根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計算中得到的各效二次蒸汽量，再從蒸發(fā)體積強(qiáng)度 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

45、不相同，按上式計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。2V - d2h確定了分離室的體積，其高度與直徑符合4 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/( m3 s)；§ 4.

46、2接管尺寸的確定流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計算:Vs流體的適宜流速m/s式中 Vs-流體的體積流量m3/s ; U- 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。§21溶液進(jìn)出口于并流加料的四效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大， 量確定接管。取流體的流速為0.8m/s ;d埒取管© 108X4mn規(guī)格管。若各效設(shè)備尺寸一致的話，根據(jù)第一效溶液流4 25000/3600V3.14 0.80.099 m1131.88取 DN=100mm§ .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=1120 m3/

47、h3V1=W1/ 1=5179/3.7729=1373 m /h V2=W2/32=5335/2.3454=2275 m / hV3=W3/ 3 =5276/1.4504=3638 m3 / h V4=W4/4=4215/0.1307=32249 m3 / h加熱蒸汽進(jìn)口接管內(nèi)徑可按V3=3638m3/h計算，并且各效取相同接管直徑，即, 阿 M 3638/3600 門 d J J 0.207 mV U V 3.14 30取 DN=209mm 所以取 © 245X18mm各效結(jié)構(gòu)尺寸一致二次蒸汽體積流量應(yīng)取各效中較大者。取I/4VrM 32249/3600 門d 件 V O.613

48、mU=30m/s3.14 30取 DN=614mm 取 © 630X8mm§.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/s,/4v7/ 4 5491/ 3600 門d J J 0.059 mV U V3.14 0.5 1120取DN=60mm所以取© 76 X 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

49、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：(0.40.5 ) D1D0 D1 D1:D2:D3=1: 1.5:2 H=D4 h=§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。現(xiàn)采用多孔板式蒸汽 冷凝器：§5.2.1冷卻水量Vl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。VlVl冷卻水量m3/h;實際取所需冷凝的蒸汽量

50、，Kg/hVlWr42153X 心1.5)-50- 1.3 109.59 m/h§ 5.2.2計算冷凝器的直徑進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計算得到冷凝器的直徑4 4215/36003.14 15 0.130720.87 m 取 D=1500mm§23淋水板的設(shè)計淋水板數(shù):D>900mm, 淋水板取79塊淋水板間距:Ln1 0.7LnL 末 0.15mL7=O.15所以?。篖6=L7/0.7=0.15/07=0.22mL5= L6/0.7=022/0.7=0.32mL4= L5 /0.7=0.32/0.7=0.46mL3= L4/0.7=0.46/0.7=066mL

51、2= L3/0.74=066/0.7=0.94mL1= L2/0.7=0.94/0.7=1.34mLo= L1/0.7=1.34/0.7=1.91mLo=1.91mL1=1.34mL2=0.94mL3=0.66mL4=0.46mL5=0.31m(3)弓型淋水板的寬度：最上面一塊B =其他各淋水板 B=D/2+0.05 mL6=0.22mL7=0.15m(0.80.9)D,B =0.8X 1.50.9 1.5,取 B =1.2m,其余取 B=0.5m淋水板堰高h(yuǎn)：淋水孔徑：淋水孔數(shù)：D>500mm,取 h=70mm冷卻水循環(huán)使用，取d=10mm淋水孔冷卻水流速Uoh淋水板堰高，m淋水孔的阻力系數(shù)0.95=0.950.980.80-水流收縮系數(shù)=0.80-0.82Uo0.98 0.80 J2 9.81 70 10 30.