三效蒸發(fā)器相關(guān)課程設(shè)計--講解

1、化工專業(yè)課程設(shè)計中南民族大學(xué)化工專業(yè)課程設(shè)計學(xué)院：化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院專業(yè): 化學(xué)工程與工 藝 年級：2011 級題目:KNO 3水溶液三效蒸發(fā)工藝設(shè)計學(xué)生姓名：888 學(xué)號：888888指導(dǎo)教師姓名：888 職稱:教授2014 年 12 月 29 日化工專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：KNO/K溶液三效蒸發(fā)工藝設(shè)計設(shè)計條件：1.年處理能力為7.92 104 t/a KNO3水溶液；2 .設(shè)備型式中央循環(huán)管式蒸發(fā)器；3 . KNO3水溶液的原料液濃度為 8%,完成液濃度為48%,原料液溫度為 20C,比熱容為 3.5kJ/(kg. C);4 .加熱蒸汽壓力為400kPa (絕壓)，冷凝器壓力為20k

2、Pa(絕壓)；5 .各效加熱蒸汽的總傳熱系數(shù)：K1=2000W/(m2?C) ；K2=1000W/(m2?C)； K3=500W/ (m2?C);6 .各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。各效傳熱面積相等，并忽 略濃縮熱和熱損失，不計靜壓效應(yīng)和流體阻力對沸點的影響；7 .每年按300天計，每天24小時運行；設(shè)計任務(wù)：1 .設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程進(jìn)行簡要論述。2 .蒸發(fā)器和換熱器的工藝計算：確定蒸發(fā)器、換熱器的傳熱面積。3 .蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。4 .主要輔助設(shè)備選型，包括氣液分離器及換熱器等。5 .繪制KNO3水溶液三效蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖、。姓名：班級：化學(xué)

3、工程與工藝專業(yè)學(xué)號：指導(dǎo)教師簽字：目錄1 概述 11.1 蒸發(fā)簡介 11.2 蒸發(fā)操作的分類 11.3 蒸發(fā)操作的特點 41.4 蒸發(fā)設(shè)備 42 設(shè)計條件及設(shè)計方案說明 52.1 設(shè)計方案的確定以及蒸發(fā)器選型 52.2 工藝流程簡介 63 . 物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計算 73.1 蒸發(fā)器設(shè)計計算 73.1.1 估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度 83.1.2 估計各效蒸發(fā)溶液的沸點和有效總溫度差 83.1.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算 103.1.4 蒸發(fā)器傳熱面積的估算 123.1.5 有效溫度的再分配 123.1.6 重復(fù)上述計算步驟 133.1.7 計算結(jié)果 163.1.8 蒸發(fā)器設(shè)備計算

4、和說明 173.1.9 輔助設(shè)備的選擇 193.2 換熱器設(shè)計計算 233.3 管道管徑的計算 244 對本設(shè)計的自我評述 241化工專業(yè)課程設(shè)計1 概述1.1 蒸發(fā)簡介在化工、輕工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中，常常需要將溶有固體溶質(zhì)的稀溶液加以濃縮，以便得到濃溶液（固體產(chǎn)品）或制取溶劑，例如硝酸銨、燒堿、抗生素、食糖等生產(chǎn)以及海水淡化等。工業(yè)上常用的濃縮方法是蒸發(fā)，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?；どa(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，用以獲得固體產(chǎn)品，

5、如燒堿、抗生素、糖等產(chǎn)品；（ 3）脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種循環(huán)流動，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)器內(nèi)部有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當(dāng)形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽可回收熱量加以利用，或經(jīng)過冷凝器冷凝蒸發(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做一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。1.2 蒸發(fā)操作的分類按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。按操作壓力，

6、蒸發(fā)可以分為常壓蒸發(fā)、加壓或減壓蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點：（ 1）在低壓下操作，溶液沸點較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳熱面積；（ 2）可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（ 3）有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)；（ 4）操作溫度低，熱損失較小。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)，倘若將加熱蒸汽通入一蒸發(fā)器，則液體受熱而沸騰，所產(chǎn)生的二次蒸汽，其壓力與溫度比較原加熱蒸汽（生蒸汽）為低。但此二次蒸汽仍可設(shè)法加以利用。最普遍的利用方法是將其當(dāng)作加熱蒸汽，引入另一個蒸發(fā)器，只要后者的蒸發(fā)室壓力和溶液沸點均較原來蒸發(fā)器中為低，則引入的二次蒸汽仍能起到加熱作用。 此時第二個蒸發(fā)器的加熱室便是

7、第一個蒸發(fā)器的冷凝器，這就是多效蒸發(fā)的原理。將多個蒸發(fā)器這樣連接起來一同操作，即組成一個多效蒸發(fā)器。 每一蒸發(fā)器稱為一效， 通入生蒸汽的，稱為第一效，利用第一效的二次蒸汽為加熱蒸汽的稱為第二效，以此類推。由于各 效（最后一效除外）的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，提高了生蒸汽的利用率，節(jié)省了生蒸汽用量，所以，在蒸發(fā)大量水分時，廣泛采用多效蒸發(fā)，常用的多效蒸發(fā)有雙效、 三效或四效，有的多達(dá)六效。多效蒸發(fā)按加料方式又可分為以下四種： 溶液與蒸汽成并流的方法，簡稱并流法； 溶液與蒸汽成逆流的方法，簡稱為逆流法； 溶液與蒸汽在有些效間成并流而在有些效間則成逆流，簡稱錯流法； 每一效都加入原料液的

8、方法，簡稱平流法。以三效為例加以說明，當(dāng)效數(shù)有所增減時，其原則不變。(1) 并流法不悔性氣體完成液水圖1三效蒸發(fā)并流加料流程并流法是工業(yè)中最常用的為并流加料法，如圖1所示，溶液流向與蒸汽相同， 即第一效順序流至末效。因為后一效蒸發(fā)室的壓力較前一效為低，故各效之間可無須用泵輸送溶液， 此為并流法的優(yōu)點之一。 其另一優(yōu)點為前一效的溶液沸點較后一效的為高，因此當(dāng)溶液自前一效至后一效內(nèi)，即成過熱狀態(tài)而立即自行蒸發(fā)（常稱為自蒸發(fā)或閃蒸），可以發(fā)生更多的二次蒸汽，使能在次一效蒸發(fā)更多的溶液。其缺點則為最后一效的溶液的濃度較前一效的大， 而溫度又較低，粘度增加顯著，因而傳熱系數(shù)就小很多。 這種情況在最末一、

9、 二效尤為嚴(yán)重， 使整個蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力降低。因此，如果遇到溶液的粘度隨濃度的增大而很快增加的情況，不宜采用并流法。(2) 逆流法圖2三效蒸發(fā)逆流加料流程如圖2所示，原料液由末效流入， 而由泵打入前一效。 逆流法的優(yōu)點在于溶液的濃度愈大時蒸發(fā)的溫度亦愈高，使各效溶液均不致出現(xiàn)粘度太大的情況，因而傳熱系數(shù)也就不致過小。其缺點是，除進(jìn)入末效的溶液外，效與效之間皆需用泵輸送溶液，且各效進(jìn)料溫度(末 效除外)都較沸點為低，故與并流法比較，所產(chǎn)生的二次蒸汽量減少。(3) 平流法不好性氣體4圖3三效蒸發(fā)平流加料流程此法是按各效分別進(jìn)料并分別出料的方式進(jìn)行的，如圖3所示。此法適用于在蒸發(fā)過程中同時有結(jié)晶體

10、析出的場合。例如食鹽溶液，當(dāng)蒸發(fā)至27%左右的濃度即達(dá)飽和，若繼續(xù)蒸發(fā)，就有結(jié)晶析出；此結(jié)晶不便在效與效之間輸送，故可采用此種流 程將含結(jié)晶的濃溶液自各效分別取出。(4) 錯流法此法的特點是在各效間兼用并流和逆流加料法。例如在三效蒸發(fā)設(shè)備中， 溶液的流向可為3 f 1 2或2 f3 fl。此法的目的是利用以上并流法和逆流法的優(yōu)點，克服或減 輕二者的缺點，但其操作比較復(fù)雜。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氣加以利用。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。1.3 蒸發(fā)操作的特點從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知，常見的蒸發(fā)時間壁兩

11、側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰 的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。 但和一般的傳熱過程相比， 蒸發(fā)操作又有如下特點 ：(1)沸點升高蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在港臺壓力下溶液的蒸氣壓較同溫 度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱停谷芤旱姆悬c高于純?nèi)芤旱姆悬c，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點的升高。 在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儫釡夭?，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。(2)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析出 晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強(qiáng)的腐蝕性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)工藝設(shè)計時必須

12、要考慮的問題。(3)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氣。如何充分利用熱 量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個問題。1.4 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分汽化，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)構(gòu)型式。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器, 按溶液在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：(

13、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，接近于完成液的濃度。8操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有: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)器其中，前四種為自然循環(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)。優(yōu)點：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。缺點：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)。此類蒸發(fā)器主要有：a.升膜式蒸發(fā)器b.降膜式蒸發(fā)器c.刮板式蒸發(fā)器2設(shè)計條件及設(shè)計方案說明2.1 設(shè)計方案的確定以及蒸發(fā)

14、器選型本次設(shè)計要求采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，在工業(yè)上被稱為標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器(如圖4所示)。其特點是結(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。它的加熱室由垂直的加熱管束組成，在管束中央有一根直徑很大的管子，稱為中央循環(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。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12

15、m；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0.40.5m/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。在蒸發(fā)操作中，為保證傳熱的正常進(jìn)行，根據(jù)經(jīng)驗，每效分配到的溫差不能小于 57C。通常，對于沸點升高較大的電解質(zhì)溶液，應(yīng)采取23效。由于本次設(shè)計任務(wù)是處理 KNO3溶液。這種溶液是一種沸點升高較大的電解質(zhì)，故選用三效蒸發(fā)器。另外，由于KNO 3溶液是一種粘度不大的料液，故多效蒸發(fā)流 程采用并流操作。多效蒸發(fā)器工藝設(shè)計的主要依據(jù)是物料衡算、 熱1-外殼；3加熱室：）中央循 環(huán)管；*蒸發(fā)室；5-除沫器二圖4中央循環(huán)管式蒸發(fā)器2.2工藝流程

16、簡介冷藤水去川換二次蒸汽去冷卻器冷凝水去II換I效蒸發(fā)蟄冷凝水去換量衡算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：加熱蒸 氣（生蒸氣）的消耗量，各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳 熱面積等。多效蒸發(fā)器的計算一般采用迭代計算法。產(chǎn)品圖5蒸發(fā)工藝流程簡圖如圖5所示，20c的原料液三臺列管式換熱器換熱后達(dá)到泡點進(jìn)入第I效蒸發(fā)器，在生蒸汽的給熱下蒸發(fā)大量水蒸氣形成二次蒸汽，同時生蒸汽損失熱量發(fā)生相變冷凝成水，但此時其溫度仍很高，是品味很高的熱源， 可做為第出換熱器的熱流體，由并流加料法的特點知第n效蒸發(fā)器壓力較第I效為低，故第I效中產(chǎn)生的大量二次蒸汽作為第n效的加熱蒸汽進(jìn)入第n效，經(jīng)加熱料液冷凝成冷凝水， 但較第I效

17、的冷凝水溫度為低，作為第n換熱器的熱源對原料液進(jìn)行預(yù)熱。 第n效料液的沸點較第I效為低，故第I效的完成液一進(jìn)入第n效便成過熱狀態(tài)而立即蒸發(fā)出大量二次蒸汽，同理，該二次蒸氣作為加熱蒸汽進(jìn)入第m效蒸發(fā)器，其冷凝水溫度進(jìn)一步降低，只能作為第I換熱器的熱源，對常溫下的原料液進(jìn)行初步的預(yù)熱。第出效蒸發(fā)器的二次蒸汽經(jīng)冷卻器冷卻，冷凝成水后回收利用。 從第三效蒸發(fā)器出來的料液已達(dá)到所需濃度要求，可輸送到儲槽儲存利用。 為實現(xiàn)能量利用的最大化， 選擇泡點進(jìn)料，但經(jīng)換熱器I出預(yù)熱后的原料液無法達(dá)到泡點，故用高溫的過熱蒸汽在換熱器W中對原料液進(jìn)行進(jìn)一步加熱使其達(dá)到泡點。3.物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計算3.1 蒸發(fā)器設(shè)計計算

18、圖6并流加料三效蒸發(fā)的物料衡算及熱量衡算圖化工專業(yè)課程設(shè)計3.1.1 估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度年處理量：(7.92 M04+30X)噸，且每年按照300天計算，每天24小時?？傉舭l(fā)量:43(7.92 10 ) 10300 24=11000kg /hW=F 1& 1=110000081= 9166.7kg/hI 0.48 J因并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸氣引出，可設(shè)W1 :W2 :W3 = 1:1.1:1.2W1 W2 W3 =3.3W1W1 =W3.39166.73.3= 2777.8kg/hW2=1.1W1=1.1 2777.8 = 3055.6kg/hW3=1.M=1.2 2777.

19、8 = 3333.4kg/hX1FX0F訓(xùn)11000 0.0811000 -2777.8= 0.1070FxX2F 訓(xùn)-W211000 0.0811000 -2777.8 -3055.6= 0.170327x3 -0.483.1.2 估計各效蒸發(fā)溶液的沸點和有效總溫度差設(shè)各效間壓力降相等，則總壓力差為工 AP = R-P； =400-20 = 380 kPa各效間的平均壓力差為 * =上且P =380 = 126.67 kPa 33由各效的壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力，即:P，=R _ AP =400126.67=273.33 kPaP2 = P1 -2AP =400-2x126.67 = 1

20、46.66 kPaP3 = PK = 20 kPa由各效的二次蒸氣壓力，從手冊中可查得相應(yīng)的二次蒸氣的溫度和氣化潛熱列于下表 中。表1二次蒸氣的溫度和氣化潛熱效數(shù)Inm二次蒸氣壓力 P, kPa273.33146.6620二次蒸氣溫度T,0C130.2110.560.1（即下一效加熱蒸汽的溫度） '二次蒸氣的氣化潛熱n ,kJ / kg2177.32231.02354.9（即下一效加熱蒸汽的氣化潛熱）（1）各效由于溶液沸點而引起的溫度差損失蒸發(fā)操作常常在加壓或減壓下進(jìn)行，從手冊中很難直接查到非常壓下的溶液沸點。所以用以下方法估算。"a工 0. 0 1 6T2 （ 力 3）f

21、二：r 'a一常壓下（101.3kPa）由于溶質(zhì)引起的沸點升高，即溶液的沸點-水的沸點 常壓下水的沸點為100 C。（2）由化工原理上冊第 280頁無機(jī)物水溶液在常壓下的沸點表查得常壓下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)白K KNO3沸點：表2 KNO3水溶液在常壓下的沸點質(zhì)蟲分?jǐn)?shù)kg/l10.7%17%48%沸點c /tAit100.8101.4105.3經(jīng)查表知400 kPa下飽和蒸汽溫度為 143.4C ,氣化潛熱為 2138.5 kJ / kga =tAi 一100_ _ 20.0162 (130.2 273)2177.3(100.8-100)=0.97 C00162 (11。5 273)22231

22、.0(101.4 -100)=1.50 C_ _ 20.0162 (60.1 273)22354.9(105.3 -100)=4.05 C由于不考慮液柱靜壓效應(yīng)和流動阻力對沸點的影響，所以總的溫差損失為£ = = +A2 +5 =0.97 + 1.50 + 4.05 = 6.52(3)各效料液的溫度和有效總溫差由各效二次蒸氣Pi/及溫度差損失;，即可由下式估算各效料液的溫度t/ti =Ti'+A 1 = ； = 0.97 C 2 = A2 =1.50 3 = & = 4.05 冤各效料液溫度為t1 =T；+ =130.2 + 0.97=131.17七t2 =T； +

23、& =110.5 + 1.50 = 112.00 t3 =T3' +4 =60.1+4.05 = 64.15 口 C有效總溫度差Z A t=(Ts TK )-Z A由手冊可查得400kPa飽和蒸汽的溫度為143.4 P、氣化潛熱為2138.5kJ/kg,所以Z At = (TS -TK )-Z A = 143.4-60.1-6.52 = 76.7813.1.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算第i效的熱量衡算式為Qi = Dm = Fcp0 -W£pw -W2Cpw - .W-Cpw ti -tW/當(dāng)無額外蒸汽抽出時Di =WL由上式求得第i效蒸發(fā)水量Wi的計算

24、式D；t-tWi十(FCp0WCpwI WCpw):i-i由于忽略溶液的濃縮熱和熱損失，所以熱利用系數(shù)n =1Cpw =4.187kJ/(kg ' C )第I效的蒸發(fā)水量W1為W1 =五D1_10 11-+FcP。11J2138.5143.4 -131.17=1D1 11000 3.5 -2177.32177.3=0.9822D1 216.3第n效的蒸發(fā)水量W2為DgW2 =次 |T +(FCp。Wcpw )IL,22W2t1 -12=3+(FCp° W&w )一22 一彳2177.3131.17-112.00=1W110003.5-4.187W_2230.2 112

25、231.0=0.9400 330.8對于第出效，同理可得D33t 2ftW3="3|T+(FC p0WC1 bWC 2)看IL33=幾.IW3 +(FCp0 一W1Cpw -W2cpw )IL33, 2231.0112.00-63.15=1W211000 3.5-4.187皿-4.187W212354.92354.9= 0.8624W2 -0.08500W1 781.55又因為 W1 W2 W3 = 9 1 66g7 h /聯(lián)解上面式，可得W1 =2914.46kg/hW2 = 3070.39kg/hW =3181.73 kg/hD1 - 2747.06kg/h3.1.4 蒸發(fā)器傳熱

26、面積的估算Si n KQitiQlX2747.06 2138.5 1。3 . 36 00 =1.631 8 1 06 W及1 =T1-t1 =143.4-131.17 = 12.23CcQ11.6318 1062S1 = = 66.71 mK1N12000M12.23Q2 =W1r1 =2914.46 2177.3 1 031.7627 1 06 W3600及2 =丁2 -t2 =Ti-t2 =130.2-112.00 = 18.20 Cc Q21.76 27 1 062S2 = 96.85mK2N2 1000M18.20Q3 =W2r2 =3070.39 2231.0 1031.9028 1

27、06 W3600At3 =T3 -t3 =T2 -t3 =110.5-64.15 = 46.35 C & 二盤=為=82.11"一、 S 66 71誤差為1Smn_=1 =0.311 >0.05誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重Smax96.85復(fù)上述計算過程，使三個蒸發(fā)器的傳熱面積盡量相等。3.1.5 有效溫度的再分配O S14 十S2N2 +53 At3S=1一66.71 12.23 96.85 18.20 82.11 46.352=83.15 m12.23 18.20 46.35重新分配有效溫度差，可得S166 71At1 = d1 =竺！ 12.23 =9.8

28、 CS83.15S296.85-t2 18.20=21.2 CS83.15及3 = -3 g3 46.35 = 45.8 CS83.153.1.6重復(fù)上述計算步驟3.6.1.1計算各效料液由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的濃度，即x1FX0F -W111000 0.0811000 -2914.46= 0.109Fx011000 0.08x2 = = = 0.175F -W1 -W211000 -2914.46 -3070.39x3 =0.483.1.6.2計算各效料液的溫度各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的溫因末效完成液濃度和二次蒸氣壓力均不變,度仍為64.15 C,即t3 =64.15

29、 C則第出效加熱蒸汽的溫度（也即第n效料液二次蒸氣溫度）為T3 =T2 =t3 + &3 =64.15 + 45.8 = 109.95 在此溫度下7化潛熱r2 -2233.4kJ/kg用公式 A' = fA'a再次對料液溫度進(jìn)行估算:0.0162 273)22a-a2(101.4-100)0.0162 (109.95 273)2233.4=1.49 C不計液柱靜壓力及流動阻力而引起的溫度差損失，故第n效料液的溫度為t2 =T22 =109.95+1.49=111.44 C同理'' ._ _T1 =t2：t2 =111.44 21.2 = 132.64 C

30、在此溫度下汽化潛熱：r1 =2170.0 kJ / kg2. f .0.0162(T1 273).1 二 fa =：a_20.0162 (132.64 273)22170.0(100.8-100) = 0.98。t1 =T1 .1 =132.64 0.98= 133.62C由于不考慮液柱靜壓和流動阻力對沸點的影響，且溶液溫差損失變化不大，故有效總溫差不變，即Z & =9.8 + 21.2 + 45.8 = 76.8 七溫度差重新分配后各效溫度情況列于下表:表3三效蒸發(fā)器各效的溫度效次Inm加熱蒸汽溫度， CTi=143.4T'1=132.64T'2=109.95有效溫度

31、差，C士 =9.8At2 =21.2&3 = 45.8料液溫度，Ct1=133.62t2=111.44t3=64.153.1.6.3各效的熱量衡算T1 =132.64 C1.2170.0 kJ/kgT2 -109.95 Cr2 =2233.4kJ / kgT3 =60.1 Cr3 = 2354.9kJ / kg第l效/ 、D1i10 11WiT+FCp。-1Li1 J,2138.5143.4 -133.62=1父D1+11000 父 3.5 父 2170.02170.0= 0.9855 D1 173.5W2=4_2ti -12+ (Fcp0 Wicpw )-彳 2649.22133.6

32、2 -111.44=1W111000 3.5 4.187W1 | 2233.42233.4=0.9304W1 382.5W2r3L W3 # | F- *(Fcp0 W1cpw W2cpw I32232.4111.44 -64.15 一=1父 IW2 +(1100Qx3.5-4.187W1 -4.187W2 ) 區(qū)12354.92354.9= 0.8643W2 -0.08374W1 773.1又因為W1 +W2 +W3 = 9166.7kg/h 聯(lián)解上面式得W1 -2897.5kg/hW2 = 3078.3kg/hW3 = 3190.9kg/hD1 = 2764.1kg/h與第一次計算結(jié)果比較

33、，其相對誤差為2897.52914.46-0.005821 - 3078.33070.39=0.002581-3190.93181.73= 0.00288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。其各效溶液無明顯變化,不需要重新計算。3.1.6.4蒸發(fā)器傳熱面積的計算Q-D1r-2764.1 2138.5 1 03 3600 =1.642 1 06 W% =9.8 CQi- -rKiAti1.642 1062000 9.8=83.8m2Q2 = W1r尸 28 9 7. 5 2 17 03為600。=16747 10 WN2 =21.2 CQ2k2n21.747 106100

34、0 21.2=82.4 m2Q3 = W2r2 =3078.3 2232.4 1031.909 106 W32 23600N3 =45.8 CS3 =K3At31.909 106500 45.8-83.4 m2S誤差為1 - 一 S,minmax82.4=1 = 0.016 < 0.05 ,迭代計算結(jié)果合理。83.8平均傳熱面積為83.8 82.4 83.42= 83.2m3.1.7計算結(jié)果表4物料計算的結(jié)果效次Inm冷凝器加熱蒸汽溫度，0c143.4132.64109.9560.1操作壓力P'i,kPa273.33146.662020溶液溫度（沸點）tjc133.62111.4

35、464.15完成液濃度Xi,%10.917.548烝發(fā)量Wi, kg/h2897.53078.33190.9蒸氣消耗量D, kg/h2764.1傳熱面積Si,m283.283.283.2完成液流量kg/h8073.45028.61833.33.1.8蒸發(fā)器設(shè)備計算和說明3.1.8.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計管子長度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的難以程度、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)，我們選用以下的管子。加熱管的型號選用：4 38x 2.5mm加熱管長度選用：2.0m初步估算所需管子數(shù)為nsd0 L -0.1=367.0

36、83.2TT3二 38 102.0-0.13.1.8.2 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來考慮的。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%。本次計算取 50% 。則循環(huán)管的總截面積為冗 2，冗 2D1 =0.5n ch44D1 = .05ndi = .0.5 367.0 38-2 2.5 =447.0 mm因為S較大，根據(jù)上式結(jié)果，選取管徑相近的標(biāo)準(zhǔn)管型號為 。460x 12mm。循環(huán)管的管長與加熱管相等，為2.0 m。循環(huán)管的規(guī)格一次確定。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。3.1.8.3加熱室的直徑以及加熱管數(shù)目的確

37、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。加熱管在管板上的排列方式為正三角形，不同加熱管尺寸的管心距查表得表5不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑d0, mm19253857管心距t, mm25324870由上表查得型號為 （）38 x 2.5mm的管心距為t =48 mmnc =1.1 n=1.1 、367.0 =21.1 c估計加熱室的內(nèi)徑Di =tn12b其中，b'-:d1.5do取 b =1.2do =1.2 38-45.6mm所以 Di =tnc-1 2b、48 21.1 -12 45.6-1075.2mm表6殼體的尺寸標(biāo)準(zhǔn)殼體內(nèi)徑， mm4007008

38、00 1000110015001600 200最小壁厚，mm8101214根據(jù)估算，及容器的公稱直徑表，試選用D =1100 mm作為加熱室的內(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。當(dāng)內(nèi)徑為1100mm是，獲得管數(shù)大于估算的管數(shù)，滿足要求。所以加熱室的型號選用：()1000 x 12mm。3.1.8.4分離室直徑和高度的確定分離室體積的計算式為：3600 p U其中，U為蒸發(fā)體積強(qiáng)度，一般允許值為1.11.5 m3/(m3 s),在此取1.2m3/(m3 s 將工藝計算中二次蒸氣的溫度和流量以及根據(jù)溫度所查得的二次蒸氣的密度列于下表7二次蒸氣相

39、應(yīng)密度效次Inm二次蒸氣溫度Ti,0C132.64109.9560.1二次蒸汽流量Wi, kg/h2897.53078.33190.93二次蒸氣密度 p, , kg/m1.61070.82420.1307依據(jù)上表數(shù)據(jù)，分別算出各效分離室數(shù)據(jù):V2三V3 =W12897.53600 U3600 1.6107 1.2_3= 0.4164m3078.33600 U 3600 0.8242 1.2=0.8646 m33190.93600 p3U 3600 0.1307 1.2-5.6514m3為方便起見，各效分離室的尺寸均取一致，所以體積3V取最大值V =5.6514m 。分離室的高度和直徑的確定需考

40、慮的原則:H :D =1 2，取H : D =1.5 H ,1.8 在允許的條件下，分離室直徑應(yīng)盡量與加熱室相同。可得:H =2.55 mD =1.7 m3.1.9輔助設(shè)備的選擇3.1.9.1 氣液分離器根據(jù)蒸氣流速和各氣液體分離器的性能，選擇慣性式除沫器作為氣液分離器。其主要尺寸確定為：除沫器內(nèi)管的直徑D0 D1 =536.6 mm且 D/D2：D3 =1:1 .52D0,二次蒸汽的管徑除沫器外罩管的直徑D2 =1.5 D1 =1.5 536.6 = 804.9mm除沫器外殼的直徑D3 -2 D1 -2 536.6-1073.2mm除沫器的總高度H =D3 =1073.2 mm除沫器內(nèi)管頂部

41、與器頂?shù)木嚯xh =0.5 D1=0.5 536.6 = 268.3mm選取 除沫器內(nèi)管： 帕60 M10mm除沫器外罩管：*850x20mm除沫器外殼：,1220 15mm3.1.9.2 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，在此選用多層多孔板式冷凝器。3.1.9.3 冷卻水量Vl冷卻水進(jìn)出口壓力為 20 kPa,取冷卻水進(jìn)出口溫度為20 rC。由多孔板式蒸汽冷凝器的性能曲線可查得1m3冷

42、卻水可冷卻的蒸汽量為 X=53.0kg/mVl理Wv3190.9X - 53.0=60.21m3/hY®= (12L 1.25) WVX取 VL 實=1.25VL 理=1.2560.21=75.26 m3/h3.1.9.4冷凝器的直徑D根據(jù)進(jìn)入冷凝器的二次蒸氣的體積流量WV = 3190.9kg / h,由流量公式計算冷凝器的直徑：二次蒸氣流速 u為15.20m/s,此處取u=20m/s。4 Vs43190.9s =0.6572mu .二 3600 0.1307 20故取 D=680mm3.1.9.5淋水板的設(shè)計淋水板數(shù)：D = 680 mm > 500mm,所以取 n = 7

43、 U 9塊，在次取 n = 7塊。淋水板間距：當(dāng) 79 塊板時，Ln+=(0.6L 0.7)Ln,L 末之 0.15m化工專業(yè)課程設(shè)計取 L1 =2.5m根據(jù)Ln書=0.65Ln則L2 =0.65L1 =0.65 2.5 = 1.625mL3 =0.65L2 =0.65 1.625 = 1.056 mL4 -0.65L3 =0.65 1.056 = 0.686 mL5 -0.65L4 -0.65 0.686-0.446mL6 =0.65L =0.65 0.446 = 0.290mL7 = 0.65L6 =0.65 0.290 = 0.188m L末 >0.15m則淋水板間距符合條件。弓形

44、淋水板的寬度：最上面一塊：B' = (Q8=Q9) D,在止匕取B' = 0.9D=0.9m 680=612 mm其它各塊淋水板：B -0.5D 50=0.5 680 50-390mm淋水板堰高：D = 680mm > 500mm;h=50 |_l 70mm,在止匕取 h=60mm,淋水板孔徑:冷卻水循環(huán)使用， d=610mm,在此取d=8 mm淋水板孔數(shù):4=0.95口0.98,取正0.97, 1=0.800.82 取 4=0.81u0 =但/2gh = 0.97父0.81父42M9.81父60M10，=0.85m/sVL實75.263600 7td2u0 3600 M

45、4ji= 489.550.0082 0.85循環(huán)管規(guī)格460 12 mm28設(shè)計尺寸38 2.5 mm2.0 m孔數(shù)應(yīng)取整數(shù)，故為490個?？紤]到長期操作易堵，則：最上一板孔數(shù) N1 =nM(1+12%)二490 父（1+12%） =548.8 取整為 549 個其他各板孔數(shù)為N2 =n* (1+5%) =490父(1+5%) =514.5 取整為515個。表8蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定加熱管主要結(jié)構(gòu)加熱管(無縫鋼管)管徑規(guī)格加熱管(無縫鋼管)長度化工專業(yè)課程設(shè)計33加熱室內(nèi)徑1100 12mm分離室直徑1700mm分離室高度2550 mm表9氣液分離器結(jié)構(gòu)尺寸的確定氣壓分離器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸

46、除沫器內(nèi)管的直徑除沫器外罩管的直徑除沫器外殼的直徑560 10mm850 20mm除沫器外殼： 1100 15mm1220 15mm除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x265 mm表10蒸汽冷凝器主要結(jié)構(gòu)的確定蒸氣冷凝器主要結(jié)構(gòu)蒸汽冷凝器類型冷卻水量冷凝器白直徑D淋水板數(shù)淋水板間距L1淋水板間距L2淋水板間距L3淋水板間距L4淋水板間距L5淋水板間距L6淋水板間距L7設(shè)計尺寸多層多孔式冷凝器75.26 m3/h680 mm72.5m1.625m1.056m0.686m0.446m0.290m0.188m弓形淋水板最上面一塊的寬度612 mm其它弓形淋水板的寬度390 mm淋水板堰高60 mm淋水板孔徑8 mm最上一塊淋水板孔數(shù)549其它各淋水板孔數(shù)5153.2換熱器設(shè)計計算對換熱器進(jìn)行物料衡算和熱量衡算得到