四效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

1、四效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)鍵入文字:fI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 1.1.3蒸發(fā)操作的特點(diǎn)2§1.1.4 蒸發(fā)設(shè)備一蒸發(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(hào)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§3.2.3 各效由于溶液

2、的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失7§3.2.4 各效由于溶液靜壓強(qiáng)所因引起的溫度差損失7§3.2.5 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§34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§5.3 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)14§5.3.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)14§5.3.2 循環(huán)管的選擇15&#

3、167;1.4 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定15§1.4 分離室直徑與高度的確定15§4.2接管尺寸的確定15(3) 溶液進(jìn)出16(3) 加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口16(3) 冷凝水出口16第五章蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備16氣液分離器16蒸汽冷凝器17冷卻水量17計(jì)算冷凝器的直徑17淋水板的設(shè)計(jì)18離心泵的選擇18預(yù)熱器的選擇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(hào)說(shuō)明希臘字母：c比熱容，KJ/(Kg.h)d管徑，mD直徑，mD加熱蒸汽消耗量，Kg/hf校正系數(shù)，F(xiàn)進(jìn)料量，Kg/hg重力加速度，9.81m/s2htWj度，mH高度，mk杜林

4、線斜率K總傳熱系數(shù)，W/m2.CL液面高度，mL加熱管長(zhǎng)度，mL淋水板間距，mn效數(shù)p壓i強(qiáng)，Paq熱通量，W/m2Q傳熱速率，Wr汽化潛熱，KJ/KgR熱阻，m2.C/WS傳熱面積，m2t管心距，mT蒸汽溫度，Cu流速，m/sU蒸發(fā)強(qiáng)度，Kg/m2.hV體積流量，m3/hx溶劑的百分質(zhì)量，%a對(duì)流傳熱系數(shù)，W/m2.CA溫度差損失，CY壇是,刀熱損失系數(shù)，Y阻力系數(shù)，入導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2.C粘度，Pa.sP密度，Kg/m3E加和j系數(shù)下標(biāo)：1,2,3效數(shù)白序號(hào)，0進(jìn)料的n第n效i內(nèi)側(cè)m平均o外側(cè)p壓強(qiáng)s污垢的w水的w壁面的W-蒸發(fā)量，Kg/hW質(zhì)量流量，Kg/h上標(biāo)：二次蒸汽的上標(biāo)：因溶液蒸

5、汽壓而引起的上標(biāo)：因液柱靜壓強(qiáng)而引起的上標(biāo)：''：因流體阻力損失而引起的第一章前言概述蒸發(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(guò)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)中較為常見的單元操作?；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(guò)程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常

6、把作熱源用的蒸汽稱為一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽叫做二次蒸汽。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(guò)程為連續(xù)穩(wěn)定操作過(guò)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(gè)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

7、效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。蒸發(fā)操作的特點(diǎn)從上述對(duì)蒸發(fā)過(guò)程的簡(jiǎn)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(guò)程。所以，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。然而，與一般的傳熱過(guò)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，又烏拉爾定律可知；在相同溫度下，其蒸汽壓較純?nèi)軇榈停虼?，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(shí)，蒸發(fā)溶液時(shí)的傳熱溫度差就比蒸發(fā)純?nèi)軇r(shí)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(shí)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

8、濃縮時(shí)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(wèn)題。4蒸發(fā)設(shè)備一蒸發(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(shí)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(shí)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(duì)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(dòng)情況，大致可分為以下兩大類：(1)循環(huán)

9、型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動(dòng)，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(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過(guò)加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。溶液停留時(shí)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(shí)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(wú)論何種類型的蒸發(fā)設(shè)備，在構(gòu)造上必須有利于過(guò)程的進(jìn)行。因此設(shè)計(jì)蒸發(fā)設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素:1、盡可能提高冷凝和沸騰給熱系

10、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、能排除溶液在蒸發(fā)過(guò)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(zhǎng)；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(shí)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(chǎng)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(guò)程

11、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(shí)，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(dòng)。溶液的循環(huán)流動(dòng)提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強(qiáng)化了蒸發(fā)過(guò)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

12、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)吐1設(shè)計(jì)題目NaOH水溶液蒸發(fā)裝置是設(shè)計(jì)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）:177.67o末效冷凝器的溫度T4s:60.1C。2）操作條件加料方式：四效并流加料原料液溫度：20Co各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度：口=1.13188g/l:m2=1.17510g/l:m3=1.2629g/lm4=1.5253g/l加熱蒸汽壓強(qiáng)：950KPa（絕壓）冷凝器壓強(qiáng)為：20KPa（

13、絕壓）各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=3400W*m2K-1K2=2700W*m2K-1K3=2000W*m2K-1K4=1500W*m2K-1傳熱面積相等設(shè)備型號(hào)：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0T;Hi*'L小X圖1四效并流蒸發(fā)器8.1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)

14、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)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸氣通過(guò)各效的壓強(qiáng)降相等，估算個(gè)效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差。(4)根據(jù)蒸發(fā)器的燃衡算，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=(FW)X4得W=F(FX0/X4)W=25000-(25000010)=2000Ckg/h代入數(shù)據(jù)計(jì)算總蒸發(fā)量：050并流加料蒸發(fā)中無(wú)額外蒸汽引出，

15、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/hW2=4782.61kg/hW3=5217.3kg/hW4=5652.17kg/h再由公式FX0=(FW1W2一Wi)Xi(i>2)得:X1FX0F叫25000.0125000-4347.83=0.121Fx025000.01zX2一F-四-W225000-4347.83-4782.61=0.158Fx025000.01X3二F-W-W2-W30.23525000-4347.83-4782.61-5217.3X4=0.53.2各效溶

16、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(jiǎn)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:P=“P=p0=950209KP0=232.5KPa各效間的壓強(qiáng)差可求得各效蒸發(fā)室的壓強(qiáng)：P1/=P0PPi=950-232.5=717.5KPaP2/=P02Pi=950-2父232.5=485KPaP3/=P03Pi=950-3232.5=252.5KPaP4/=P04Pi=950-4232.5=20KPa由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)從（化工原理第三版上冊(cè)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A效第二效第三效第四效二次蒸汽壓強(qiáng)Pi/（KPa）717.5485252.520二

17、次蒸汽溫度Ti/（C）（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Jt=（T1一般）-、.式中-有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，c。T1-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。工總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，C,其中式中£*'-由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，c,Z3"-由于蒸發(fā)器紅溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，c,£3“'-由

18、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)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P252NaOH水溶液的杜林線圖查得各效溶液的沸點(diǎn)tAi分別為：tB1=168ctB2=154ctB3=135ctB4=96c則各效由于溶液蒸氣壓下降所引起的溫度差損失為=tA1-T1'=168-166=2l-2-4=tA2-T2'=154-150.7=3.3=tA3-T3'=135-127.8=7.2=tA4-T4'=96-60.1=35.9汨x：'=23.37.235.9=4

19、8.4廠c斷2.2各效由于溶液靜壓強(qiáng)所因引起的溫度差損失為簡(jiǎn)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(lái)查取，平均壓強(qiáng)近似按靜力學(xué)方程估算：pavgL式中PaL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),0溶液的平均密度，L-液層高度g-重力加速度，：，vgLPav=P'3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）0-1.13188g/lKPa7m2=1.17510g/l=1.2629g/l7m4=1.5253g/l1.1.31889.812=717.5=730.8KPaPw2=P221.17519.81

20、2=485+=498.8KPaPw3=P3Pw4=P4:m3gL2；m4gL22126299812=252.5=267.4KPa21.52539.812=20+=37.96KPaP226查根據(jù)各效溶液平均壓力從化工原理第三版上冊(cè)陳敏恒、叢德滋、方圖南、齊鳴齋主編得對(duì)應(yīng)的飽和溶液溫度為：T'pavi=166.7CT'pa»=151.75T'pa3,=129.66T'paA/=74.64根據(jù)：/=T/Pav-T/itt式中1Pm-根據(jù)平均壓強(qiáng)求取白水的沸點(diǎn)C,tp-根據(jù)二次蒸汽壓強(qiáng)求得水的沸點(diǎn)C所以：/1=T'pav1-T'i1=T'

21、;Pav1-T'1=166.7166=0.7C/2=T'Pav2-T'2=151.75-150.7=1.05。3=T'Pav3-T'3=129.66-127.8=1.86Cpav334=T'Pav4-T'4=74.64-60.1-14.54C=v/1,/2,7/3，7/4=0.71.051.8614.54=18.15C斷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(guò)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二根

22、據(jù)經(jīng)驗(yàn)其值1C,1/=2/=A3/=A4/=1Co則W=4C故蒸發(fā)裝置總的溫度差損失為：'、：-x.'x：''x.'"=48.418.154=70.55C溶液的沸點(diǎn)：t=,.；劣=：'2''3=20.71=3.7C：2=.：23=3.31.051=5.35C.-.:'"2.”'3=7.21.861=10.06C."'：.：'''2.：'''3=35.914.451=51.44C所以各效溶液的的溫度：t二1663.7169.7t2=

23、150.75.35=156.05Ct3=127.810.06=137.86Ct4=60.151.44=111.54C從化工原理第三版上冊(cè)附錄九查得950KPa飽和蒸汽的溫度為177.67C,汽化潛熱2027.9KJ/Kg有效總溫差Z&t=(TsTk/A=177.6760.170.55=47.0C§3.3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計(jì)算第i效的始衡算式為：Qi=口吊=(FCp。-W1cpw-W2cpw-.-WLCpw)(ty-ti)Wir有上式可求得第i效的蒸發(fā)量Wi.若在烙衡算式計(jì)入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時(shí)，尚需考慮熱利用系數(shù)“一般溶液的蒸發(fā)，”可取得0.94-0.7

24、4x(式中*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(jì)算式為riWj=iDi.，(FCpo-WCpw-W2cpwritti-W,cpw)i.iriri第i效加熱蒸氣的汽化潛熱r'-第i效二次蒸氣的汽化潛熱cp0原料液的比熱cpw水的比熱式中Di-第i效的加熱蒸汽量，當(dāng)無(wú)額外蒸汽抽出時(shí)Di=W'AttiII±ni分別為第i效及第i-1效溶液的沸點(diǎn)rj=2068.召KJ/(Kg.C)第i效的熱利用系數(shù)無(wú)因次，對(duì)于加熱蒸氣消耗量，可列出各效烙衡算式并與式(3-2)聯(lián)解而求得:1=0.98-0.7(0.121-0.1)=0.9653由相關(guān)手冊(cè)查得r1=2027.

25、9KJ/(Kg.C)第一效的焰衡量式為：叫曳=0.96532027.9D120.946509653D1(a)r,12068.2同理第二效的熱衡算式為：-Wr2_t1-t21W2=W2*2T+(FCp。WCpw)1:22Jr2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98-0.7(0.158-0.121)=0.9541所以r2=2068.2KJ/Kgr2'=2116.8KJ/Kcgo'=3.96KJ/(CKg.cpw=4.187KJ/(Kg.C)t1=169.7Ct2=156.05C2068.2169.7-156.05W2=0.9545皿250003.96-4.187四_2116.8

26、2116.8=0.9068W1+609(b)第三效的熱衡算式為：Wlt9W3=W3=“3T+(FCp0W1CpwW2Cpw)r3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.235-0.158)=0.9260r3=2116.8KJ/Kgr3'=2184.5KJ/Kgt2=156.0l5t3=137.836W3=0.865W20.032W1+763(c)第四效的熱衡算式為：W4=W4=4叫FCp0-W1Cpw-W2Cpw-W3CpwILr4r4r3=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7(0.5-0.235)=0.7943r4=2184.5KJ/Kgr4'=2

27、355KJ/Ktg=137.86t4=111.54W4=0.6996W30.037W20.037W1+879(d)又W1+W2+W3+W4=20000(e)聯(lián)立以上方程式得：D1=5543Kg/hW1=5246Kg/hW2=5367Kg/hW3=5237Kg/hW4=4150Kg/h斷4蒸發(fā)器的傳熱面積任意一效的傳熱速率方程為：QiSi=AtiKi產(chǎn)=Ti-"得到：Qi第i效的傳熱速率，WKi第i效的傳熱系數(shù)，W/(m2*C)優(yōu)第i效的傳熱溫度差，CSi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，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器；即S1=S2=S3=S4=S各效蒸發(fā)器的總

28、傳熱系數(shù)：K1=3400W*m2*K-1K2=2700W*m2*K-1K3=2000W*m2*K-1K4=1500W*m2*K-1Q1=D1r1=5543X2027.9父103/3600=3.12父106WQi咕Ki=115.2m23.121063400(177.7-169.7)Q2=W1r2=52462068.2103/3600=3.01106WS2=q2也K23.011062700(166-156.05)_2=112.2mQ3=W2r3'=5367父2116.8父103/3600=3.16父106WS3=3.161062000(150.7-137.86)=122.9m2Q4=W3r

29、4'=5237父2184.5父103/3600=3.18父106W誤差為:S4=Q4邛43.181061500(127.8-111.54)=130.3m2S11221-1-mn=1一一-=0.139Smax130.3誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述步驟。§3.5有效溫度的再分配平均傳熱面積:62沌0沌&七S一115.28112.29.9122.912.8130.316.347.02=122m2§3.5.1重新分配各效的有效溫度差：二ti=:ti=7.6CS&2=&2'=昆&2=9.0C=9.0CS."-：t

30、3'=S3：t3=12.9CH4=-4.n4=17.4CS3.5.2重復(fù)上述計(jì)算步驟（一）計(jì)算各效溶液濃度Xi=FxoF-W250000.1=0.12725000-52466X2=FX0F-W-W2r250000.12000-5246-5367=0.174X3=FX0250000.1F-W1-W2-W32000-5246-5367-5237=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111.5C,即t4=111.5C則第四效加熱蒸汽溫度（即第三效二次蒸汽溫度）為T4=T3'=t4+&4&

31、#39;=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=131C.所得第三效料液的溫度為3=131+1.86+1=133.86C同理：T3=T2/=t3+t3/=133.86+12.9=146.76C由于T2/=146.76C,X2=0.174查杜林曲線得：tB2=155C.'."'t2te2'-2'-2一一。一22=155+1.05+1=157.05C同理：T2=T1/=t2+t2/=157.05+9=166.05C由于T1/=166.05C,X1=0.127查杜林曲線得

32、：te1=168.4Crrt1=tB1-L1，即收=47.0C1B111=168.4+0.7+1=170.1C效數(shù)A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后效溫差,（C）t1/=7.6t2/=9t3/=12.9t4=17.4料液溫度（沸點(diǎn)）,（C）170.1157.05133.86111.5說(shuō)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以上計(jì)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/(C)溫度如下表：查附錄九:效數(shù)付效第二效第三效第四效二次蒸汽溫度Ti/(C)166.05146

33、.76128.960.1二次蒸汽的汽化潛熱KJ/kg2067.12133.721812355第一效:1=0.98-0.7X(0.127-0.1)=0.9614W=1Dr1=0.96142027.9D1=0.9431=0.9614r12067.1第二效：y2=0.98-0.7(x2-x1)=0.98-0.7X(0.174-0.127)=0.9469t1-t2Fcp0-W1cpw2067.1=0.9469W(250003.96-4.187皿)H.2133.7=0.8934W1+591170.1-157.052133.7第三效：Y3=0.98-0.7(x3-x2)=0.98-0.7(0.273-0.

34、174)=0.9104$W2r3_t2-t3IW3=W=2T+(FCp0WCpwW4Cpw2133.7W=0.91042250003.96-4.187-4.187W22181157.05-133.862181=0.8502W2+955-0.0404W1第四效：r4=0.98-0.7(x4-x3)=0.98-0.7X(0.5-0.273)=0.8213nW3r41.W4=W4="4T+(FCp。-WiCpw-W2Cpw-W3Cpw一4Q2181W2133.86-111.54=0.82132250003.96-4.187-4.187W2-4.187W3_23552355=0.7276W3

35、+771-0.033W1-0.033W2因?yàn)椋篧1+W2+W3+W4=20000Kg/h得：D1=5491Kg/h得：W1=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W1:51791=0.0128<0.055246W215335=0.00596<0.055367W315276=0.0.745<0.055237W414215=0.0157<0.054150計(jì)算相對(duì)誤差均在0.05以下.故各效蒸發(fā)量的計(jì)算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無(wú)明顯變化，不需要重新計(jì)算。（四）計(jì)算各效傳熱面積Qi=Diri=54

36、912027.9103/3600=3.09106WF1=7.6Q1S1=-13.091062=120mt1K134007.6Q2=W1門'=51792067.1103/3600=2.97106W也=96Q9297102S2=122m2t2K227009Q3=W22'=53352133.7103/3600=3.16106W飛=12.95Q33.16106S3=122.6t3K3200012.9Q4=W3r3'=52762181103/3600=3.20106W心=17.43.20106=122.5150017.4誤差為:1-1-Smin-=1SJmax120=0.0212

37、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=121.8m23.6計(jì)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(diǎn)tiC170.1157.05133.86111.54完成液濃度（）12.717.427.350.00蒸發(fā)水量WiKg/h5179533552764215生蒸汽量D1Kg/h5491傳熱面積Sim2121.8121.8121.8121.8注：表中Pj按T，=t2=166.05C查得，P；按T；=T3=

38、128.9C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)算方法如下。熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)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438X2.5mm無(wú)縫鋼管。加熱管長(zhǎng)可選取短管23m；中等管34m。管子長(zhǎng)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(lái)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)我們選取：L=2m438X2.5mm,可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長(zhǎng)度初步估計(jì)所需的管子數(shù)n',-538(根)121.83一一一二d0(L-0.1)3.143810(2.0

39、-0.1)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；L-加熱管長(zhǎng)度，m；L0.1)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(zhǎng)應(yīng)用（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表不則選用的中央循環(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%D1=,0.8n'di=0.85380.033=0.69m=690mm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

40、積中。循環(huán)管規(guī)格為（f）720X10mm,求得n=545根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(shí)，nc=1.1赤；其中n為總加熱管數(shù)。初步估計(jì)加熱室Di=t（nc

41、-1）+2b'，式中b'=（11.5）d0.然后由容器公稱直徑系列，試選一個(gè)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)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，nc=1.W538=26b'=(11.5)d0=1.5d0,Di=t(nc-1)+2b'=48M(26-1)+2父38父1.5=1314mm,壁厚為14mm；所以加熱是殼體內(nèi)徑為1600mm,壁厚14mm4.1.4分離室直徑與高度的確定分離室的

42、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;W3600:UW-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h;P-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=1.11.5m3/(m3*s)U的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個(gè)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?gòu)恼舭l(fā)體積強(qiáng)度值，即可由上式算出分離室的體積。一般說(shuō)來(lái)，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(huì)相同，通常末效體積最大。為方便起見，各效分離室的

43、尺寸可取一致。分離室體積宜取其中較大者。二2V=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(duì)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(guò)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(jiǎn)單制造方便。(3)高度和直徑都適于施工現(xiàn)場(chǎng)的安放?，F(xiàn)取分離室中U=1.5m3/(m3s)；WiV1二3600二1U517936003.7641.53=0.255m。V2W23600己U533536002.5931

44、.53=0.381mV3W33600*U527636001.3931.53=0.701mV4W43600：、4U421536000.13071.5=5.97所以V=V4=5.97m3由V=nD2H/4求得:H=3.0M,D=1.6M管尺寸的確定流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計(jì)算:4Vs二U式中Vs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。部.2.1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，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;取DN=100mm,4Vs425000/3600d=s0.099m二U,

45、3.140.81131.88取管6108X4mnjB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=1120m3/hV1=W1/；i=5179/3.7729=137333m/hV2=W2/2=5335/2.3454=2275m/hV3=W3/：'3=5276/1.4504=3638m3/hV4=W4/?4=4215/0.1307=32249m3/h3,加熱蒸汽進(jìn)口接管內(nèi)徑可按V3=3638m/h計(jì)算，并且各效取相同接管直徑，即二u4V43638/36000.207m3.1430U=30m/s取DN=209

46、mm所以取小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,4Vs432249/36003.1430ds0.613m取DN=614mm取6630X8mm42.3冷凝水出口冷凝水的排出一般屬于液體自然流動(dòng)，接管直徑應(yīng)由各效加熱蒸汽消耗量較大者確定。U=0.5m/s45491/36000.059m3.140.51120取DN=60mm所以取小76X8mmB格管第五章、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備氣液分離器蒸發(fā)操作時(shí)，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(dòng)方向

47、時(shí)，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=D1D1:D2:D3=1:1.5:2H=D4h=(0.40.5)D1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(jià)值的產(chǎn)品需要回收或會(huì)嚴(yán)重地污染冷卻水時(shí)，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(shí)，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：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。閃Vl二Vl冷卻水量m3/h;wv所需冷凝的蒸汽量，Kg/h實(shí)際取Vl=WRx(i.2-1.5)=4215x1.3

48、=109.59nm/hx50§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)算得到冷凝器的直徑44215/36003.14150.13072=0.87m取D=1500mm淋水板的設(shè)計(jì)淋水板數(shù)：D>900mm,淋水板取79塊淋水板間距：Ln+=0.7LnL末之0.15m取L7=0.15L6=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=066mL2=L3/0.74=066/0.7=0.94mL1=L2/0.7=0.94/0.7=1.34mL0

49、=L1/0.7=1.34/0.7=1.91m所以?。篖0=1.91mL1=1.34mL2=0.94mL3=0.66mL4=0.46mL5=0.31mL6=0.22mL7=0.15m(3)弓型淋水板的寬度：最上面一塊B'=(0.80.9)D,其他各淋水板B=D/2+0.05mB=0.8X1.5-0.91.5,取B=1.2m,其余取B=0.5m。(4)淋水板堰高h(yuǎn)：D>500mm,取h=70mm淋水孔徑：冷卻水循環(huán)使用，取d=10mm淋水孔數(shù)：淋水孔冷卻水流速淋水孔的阻力系數(shù)n=0.950.98邛-水流收縮系數(shù)中=0.800.82h一淋水板堰高，m0.95=0.80u0=0.980.

50、80.29.817010=0.8914109.59=408323600-(10103)20.891考慮到長(zhǎng)期操作容易堵塞，則最上板空孔數(shù)：N1=n(1+15%=469其他各板孔數(shù)：N=n(1+5%)=428§5.3泵的選型離心泵的選擇q=F/p=25000/1075=23.26m3/h查IS型單級(jí)離心泵性能表：選型號(hào)：IS80-65-125流量：50m3/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：3.0m5.3.2預(yù)熱器的選擇加熱介質(zhì)采用950Kpa絕壓的飽和水蒸NaOH§液通入管內(nèi)。飽和蒸汽壓強(qiáng)為950Pa,絕壓溫

51、度將25000Kg/h的10%NaO解液從20oC加熱到169.7oC氣，冷凝液在飽和溫度下排出：確定流體通入的空間：因加熱介質(zhì)是飽和蒸汽宜通入殼程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,T=177.7oCo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。計(jì)算熱負(fù)荷Q按管內(nèi)NaOH§液計(jì)：即-250006Q=WcCp(t2-t1)3964.4(169.7-20)=4.12110w3600若忽略熱

52、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：Q4.121106Wh=3=1.950Kg/sr21132103(4)計(jì)算平均溫度差：，tm二支筆立lnT-t1T-t2(169.7-20)-(169.7-157.05)ln169.7-20169.7-157.05-54.2C殼徑d1500mm實(shí)際面積S25.30m2管程數(shù)N-2管子排列方法一正三角形排列第五章(1)選換熱器規(guī)格：根據(jù)管外為水蒸汽冷凝來(lái)加熱管內(nèi)的NaOH溶液(科0.002Pa.s)，總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)的范圍為11604070。選Ko=3000W/(m2.oC)cQ4.1211062So=25.30mKoTm300054.

53、3所以選FA系列浮頭式換熱器規(guī)格如下：公稱面積S10m2管長(zhǎng)L3m管數(shù)n504管子直徑小38x2.5mm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PDi2口2-P2公式中，P:設(shè)計(jì)壓力；巾：焊縫系數(shù)：Di:筒體內(nèi)徑；仃材料的許用應(yīng)力，MPa(J壓力實(shí)驗(yàn)選用水壓試驗(yàn)，公式為RD,，0外2、6容器的有效厚度；Qs-設(shè)計(jì)溫度下屈服極限PT-試驗(yàn)時(shí)容器承受壓力；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)溫度下二=113MPa,p=1.05PW=1.05606.7KPa=0.637MPa0.6371500、.d4.99mm21130.85-0.637最小厚度查取:Di-3800mm21500min3.0mm:41000則取6=4、d=40.81=5.8mm向上整和為6d=6mm,3=61,8=4.2mm水壓試驗(yàn)Pr=1.25P=1.250.637=0.796MPaRDi、e0,796(15004.2)2：e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24.20.85=167.75MPa：0.9235MPa-d=PDi0.815002司2-0.5Pc1c2=1.8=8.06:9mm21130.85-