化工原理課設(shè)資料

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書第一章設(shè)計方案的確定蒸發(fā)操作條件的確定主要是指對以下參數(shù)的確定：蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強（或溫度）、冷凝器的操作壓強（或溫度）的確定。合理選擇蒸發(fā)過程的操作條件，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量以及降低能耗都是極為重要的。1.1 蒸發(fā)操作條件的確定1.1.1 加熱蒸汽壓強的確定原則被蒸發(fā)溶液有一個允許的最高溫度，即保證物料不會被分解或發(fā)生其他反應(yīng)的極限溫度，這是確定加熱蒸汽壓強的一個重要依據(jù)。正確的做法是使操作在低于最大溫度范圍內(nèi)進行，常用方法有加壓蒸發(fā)，常壓蒸發(fā)或真空蒸發(fā)（閃蒸）。蒸發(fā)過程消耗大量加熱蒸汽同時產(chǎn)生大量二次蒸汽的，因此從節(jié)能的觀點出發(fā)，應(yīng)充分利用二次蒸汽作為其它加熱

2、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）。這樣既可減少鍋爐產(chǎn)生蒸汽的消耗量，又可以減少末效進入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率， 故采用較高溫度的飽和蒸汽作為加熱蒸汽對蒸發(fā)操作的過程來說是有利的，但通常所用飽和蒸汽的溫度不超過180, 因為過高溫會導致過高壓強 , 反而會增加設(shè)備費和操作費，考慮到經(jīng)濟效益的問題，一般的加熱蒸汽壓強在 500-800 kPa 范圍之內(nèi)。本次設(shè)計任務(wù)中，加熱蒸氣設(shè)計壓強為 500 kPa 。1.1.2 冷凝器操作壓強的確定原則若一效采用較高壓強的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸汽，此時末效產(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

3、溫度高時，溶液粘度低，傳熱好。若一效加熱蒸汽壓強低，末效應(yīng)采用真空操作，此時各效二次蒸汽溫度低，進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)常采用的。對混合式冷凝器， 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80-90kPa。本次設(shè)計中，以大氣壓強為100 kPa ，冷凝器設(shè)計壓強為80 kPa 。1.2 蒸發(fā)器的類型及其選擇在化工、制藥、食品、生物等生產(chǎn)中，大多數(shù)蒸發(fā)器都是利用飽和水蒸汽作為1內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書加熱介質(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，

4、 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)形式的蒸發(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。工業(yè)中常用的間壁式傳熱蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的流動特點，可分為循環(huán)型 （中央循環(huán)管式、懸筐式、外加熱式、列文式、強制循環(huán)式等）和單程型（升膜式、降膜式、升- 降膜式、刮板式等）兩大類型。面對種類繁多的蒸發(fā)器，在結(jié)構(gòu)上必須有利于過程的進行，為此在選用時應(yīng)考慮以下原則：（1） 盡量保證較大的傳熱系數(shù)，滿足生產(chǎn)工藝的要求。（2） 生產(chǎn)能力大，能完善分離液沫，盡量減慢傳熱面上的垢層的生成。（3） 結(jié)構(gòu)簡單，操作維修和清洗方便，造價低，使用壽命長。（4）

5、能適應(yīng)所蒸發(fā)物料的一些工藝特性（如粘性、起泡性、熱敏性、結(jié)垢性、腐蝕性等）。由于單程型蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，本次設(shè)計任務(wù)中料液為NaOH水溶液，為非熱敏性物料，綜上各條件考慮，選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。1.3 多效蒸發(fā)效數(shù)的確定在流程設(shè)計時首先應(yīng)考慮采用單效還是多效蒸發(fā)， 為充分利用熱能， 生產(chǎn)中一般采用多效蒸發(fā)。 因多效蒸發(fā)中可以將前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽， 節(jié)省生蒸汽耗量。但不是效數(shù)愈多愈好，效數(shù)受經(jīng)濟上和技術(shù)上的因素所限制。首先經(jīng)濟上的限制是指效數(shù)超過一定時經(jīng)濟上不合算。 隨效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時所需生蒸汽量減少， 雖然使操作費用降低， 但是隨效數(shù)增加， 設(shè)備費成倍增

6、長，而所節(jié)省的生蒸汽量愈來愈少， 所以無限制增加效數(shù)已無實際意義， 最適宜的效數(shù)應(yīng)使設(shè)備費和操作費二者之和為最??； 其次技術(shù)上的限制是指效數(shù)過多， 蒸發(fā)操作難于進行。一般工業(yè)生產(chǎn)中加熱蒸汽壓強和冷凝器操作壓強都有一定限制， 因此在一定操作下，蒸發(fā)器的理論總溫差為一定值。 在效數(shù)增加時，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法保證各效發(fā)生正常的沸騰狀態(tài)時，蒸發(fā)操作將無法進行下去。所以實際的多效蒸發(fā)過程效數(shù)并不多。 為了保證傳熱的正常進行， 每一效有效溫差不能小于 6-10 。通常對于 NaOH電解質(zhì)溶液，由于其沸點升高較大，采用 2-3 效即可。本次設(shè)計采用的是

7、三效蒸發(fā)。2內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書1.4 多效蒸發(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，平流及錯流四種。并流法（順流法），其料液和蒸汽呈并流。因各效間壓差較大，料液能自動從前效進入后效， 可省去輸料泵； 前效的溫度高于后效， 料液從前效進入后效時呈過熱狀態(tài)，可以產(chǎn)生自蒸發(fā)； 結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，應(yīng)用廣泛。但由于后效較前效的溫度低，濃度大，因而逐效料液的粘度增加， 傳熱系數(shù)下降，故只適用于粘度不大的料液蒸發(fā)。逆流法即料液于蒸汽呈逆流操作。隨著料液濃度的提高，其溫度相應(yīng)提高，使料液粘度增加較小， 各效的傳熱系數(shù)相差不大， 故可生產(chǎn)較高濃度的濃縮液。

8、 因而逆流法操作適用于粘度較大的料液蒸發(fā)， 但由于逆流操作需設(shè)置效間料液輸送泵， 動力消耗較大，操作也較復雜。此外對濃縮液在高溫時易分解的料液，不宜采用此流程。平流法即各效都加入料液， 又都引出濃縮液。此法除可用于有結(jié)晶析出的料液外，還可用于同時濃縮兩種以上的不同水溶液。錯流法亦稱混流法，它是并，逆流的結(jié)合。其特點是兼有并，逆流的優(yōu)點而避免其缺點，但操作復雜，控制困難，應(yīng)用較少。采用多效蒸發(fā)裝置是節(jié)能的途徑之一。此外為了回收系統(tǒng)中的熱量，應(yīng)盡量利用低溫熱源，如蒸汽冷凝液的利用及二次蒸汽的壓縮再利用等，可參考有關(guān)蒸發(fā)專著?；谏鲜霰容^，本設(shè)計采用選擇并流流程。1.5 進料溫度的確定根據(jù)經(jīng)驗和實驗

9、得出沸點進料有利于蒸發(fā)和傳質(zhì)過程的進行，減少蒸發(fā)過程的熱損失，增大蒸發(fā)過程的處理量，因此選擇沸點進料。3內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書第二章 三效并流蒸發(fā)過程的工藝計算多效蒸發(fā)工藝計算依據(jù)物料衡算，熱量衡算以及傳熱速率三個基本方程。在多效蒸發(fā)中，各效的操作壓力依次降低， 與之相應(yīng)的， 各效的加熱蒸汽溫度及溶液的沸點亦依次降低。以下以三效蒸發(fā)為例，采用試差法進行計算。計算步驟如下：第一，根據(jù)工藝要求及溶液性質(zhì)確定蒸發(fā)的操作條件，蒸發(fā)的形式，流程和效數(shù)。第二，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。第三，根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)蒸汽通過各效壓強降相等，估計各效溶液沸點和有效總溫差。第四，根據(jù)

10、蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。第五，根據(jù)轉(zhuǎn)熱速率方程計算各效的轉(zhuǎn)熱面積。本次設(shè)計條件是：設(shè)計一個連續(xù)操作的三效并流蒸發(fā)裝置，NaOH溶液處理量：36.0kt/a ；溶液濃度 30%，溫度 30；完成液含 NaOH濃度 30%。每年按 8000 小時計算。原料液進料流量： F =36.0 kt/a=4500kg / h2.1 常用的試差法該法是一種近似計算方法，它是對蒸發(fā)過程進行一些適當?shù)暮喕图僭O(shè)，然后按假設(shè)條件對未知參數(shù)進行估算。 若計算的結(jié)果與假設(shè)的條件不符， 則對假設(shè)條件進行調(diào)整并重復計算， 直至兩者基本符合或者相近為止。 具體步驟多種多樣， 下面介紹逐次逼近法（以蒸發(fā)器的傳熱

11、面積相等為原則）的計算步驟。各效蒸發(fā)量和完成液濃度的估算蒸發(fā)過程總蒸發(fā)量：W=F（ x0）（2-1）1xn式中： F原料液進料流量，kg / hW 過程蒸發(fā)量， kg / hx0 進料濃度xn 完成液濃度W = F （ 1 x0 ）= 4500 （ 1 0.1/0.3） = 3000kg / hx34內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書取各效蒸發(fā)量相等、第 i 效蒸發(fā)量為： W i = W n式中Wi 第 i 效蒸發(fā)量 溶液蒸發(fā)總量n 效數(shù)即 W1 = W2= W3 = 6500/3 = 2166.7kg / h各效完成液濃度 :xiFx0FW1 W2WiFx10833.30. 12x 100.

12、15FW110833.32166.7x 2Fx010833.30. 120.20FW1W210833.32166. 72x 3 0.302.2 估算各效二次蒸汽溫度設(shè)各效間的壓強降相等，則各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽壓強之差：設(shè)加熱蒸汽壓強P1=500kpa,冷凝器操作壓強Pn =20kpaP150020PP3160KPan3第 i 效二次蒸汽壓強pi = p1 i p式中：p 各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽壓強之差， kpap 第 i 效的操作壓強，1p500160340kp11appp2p12p5002160180 kpap3p13p500316020 kpa查附表得到蒸汽的溫度和汽化熱(2-2

13、)(2-3)2-4 ）2 5）5內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書表 2-1 二次蒸汽的溫度和汽化熱第一效第二效第三效二次蒸汽壓強 Pi (kPa)34018020二次蒸汽溫度 Ti （）137.7116.660.1二次蒸汽的汽化熱（KJ/Kg）2155.462214.32854.92.3 計算各效傳熱溫度差各效溫度差損失：i（1）由于溶液蒸汽壓降引起的溫度差損失校正系數(shù)法 :f0（ 2-6）式中：0 為常壓下由于溶液蒸汽壓強下降引起的溫度損失，0 t A 100，某些水溶液在常壓下的沸點t A 值可在有關(guān)手冊中查得。 校正系數(shù)，無因次。一般取f0.0162 (ti273) 2（2-7）r 上式

14、中： ti 操作壓強下水溶液的沸點，即二次蒸汽的飽和溫度，；r 操作壓強下二次蒸汽的潛化熱，kJ / kg 。第一效： f 10. 01625 (137. 7273)21. 272155. 46t A1105 1051005a 11. 27456.351第二效： f 20. 01625 ( 116.6273) 21. 112214.3t A2107.5 6內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書107.51007.5 a21. 117. 58.325 2第三效： f 30. 01625 ( 60.1273)20. 632854.9t A3117. 5 117. 510017. 5a30. 6317.

15、511.025 3由液層靜壓效應(yīng)引起的溫度差損失某些蒸發(fā)器操作時，蒸發(fā)器內(nèi)部需要維持一定的液位，因而溶液內(nèi)部的壓力大于液面上方的壓力， 致使溶液的實際沸騰溫度較液面高， 兩者之差即為因溶液靜壓強引起的溫差損失 。為簡便計算溶液內(nèi)部沸點升高按液面與底部的平均壓強下水的沸點和二次蒸汽壓強下水的沸點差估算。平均壓強按靜力學方程式計算：g則pm pL（2-8 ）2t pmt p（2-9 ）式中 pm液層的平均壓力， kPap液面處的壓力，即二次蒸汽的壓力，kPa溶液的平均密度， kg / m3L液層高度，m重力加速度， m / s2tpm對應(yīng) pm 下水的沸點， t p對應(yīng) p 下水的沸點， 取液層高

16、度 L=2.6m11. 148kg / m321. 1925kg / m33 1. 2740kg / m3一效： Pm1 3401. 1489.812. 8354. 64kPa27內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書查附表t pm1139.23 139.23-137.7=1.53 二效： Pm21. 19259. 812. 61802195.21 kPat pm 2119.34 119.34-116.6=2.74 三效： Pm31. 27409. 812. 620236.25 kPat pm371.6 71.6-60.1=1.5 （3）由管道流動阻力產(chǎn)生的壓強降所引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)器中，

17、各效二次蒸汽從上一效的蒸發(fā)室流動到下一效加熱室時，由于管道阻力，其壓力下降， 致使蒸汽的飽和溫度相應(yīng)降低，由此引起的溫度差損失即為。根據(jù)經(jīng)驗，一般取=1。 1（2-10 ）1234）各效料液的溫度和有效總溫差 1111 2222 33336.351.5318.88 8.3252.74112.065 11.0251.05113.075 各效傳熱溫度差計算式：tiTi 1tiTi 1 為前一效二次蒸汽溫度（即第i 效加熱蒸汽溫度）， ti 為第 i 效溶液沸點，其計算式為： ti TiiTi 為第 i 效二次蒸汽溫度，i 為第 i效溫度差損失所以各效沸點為：第一效： t第二效： t1137. 78

18、.88146.58 t1151.7146. 585. 122116.612.065128. 665t 2137.7128.6659.035 8內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書第三效： t 3 60.113.07573.175 t 3116.673.17543.425 2.4 計算各效蒸發(fā)量Wi 和傳熱量 Qii1i Di riFC p 0WnC pw (ti 1 ti )根據(jù)物料衡算和熱量衡算得公式Win 1（2-11）ri式中：D i -第i效的加熱蒸汽量，當無額外蒸汽抽出時i =Wi-1Dri , ri - 分別為第 i 效加熱蒸汽與二次蒸汽的汽化潛熱，kJ / kg,且 ri ri 1C

19、 p 0 - 為原料液的比熱，3.7kJ/ （kg）C pw - 為水的比熱， 4.183kJ/（ kg）ti ,ti1 -分別為第 i 效及第 i-1效溶液的沸點i - 為第 i 效的熱利用系數(shù) , 對于 NaOH水溶液蒸發(fā)，則i 0.98 0.7xi（2-12 ）式中：i 第 i 效的熱利用系數(shù)xi 溶液濃度差iii0. 980. 7x 10.9590. 980. 7x 2-0.9450. 980. 7x 30.910第一效：沸點進料 t0tiW1D r 10.9592113. 2 D112128. 981r 10. 95D1第二效：9內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書i12D 2r 2(F

20、Cp0WC2pw )(t1t 2)W2n1r 20.945 0.95D12128.98( 1085D14.183)( 146.58128.605)2185.40.866D1318.74第三效 ：3 D3 r3FCp 031tt(WCpw)(3 )32W3n1r33. 74. 18373.175)0.912( 10833.312 2181.33WW4. 183W )( 128.6652323.830.61 D11184.46由于 W = W1+ W2+ W3解得： D12059.7kg / h11956.7 kg / hW22102.4 kg / hWW2440.9kg /

21、h3各效傳熱量的計算：QiDiriQ14.3526106 kJ /hQ24.1658106 kJ /hQ34.5860106 kJ /h2.5 核算過程因各效之間相對誤差較大，應(yīng)做出調(diào)整重新核算。各效蒸發(fā)量取上次計算值：11956.7kg / h22102.4kg / h32440.9kg / hWWW由各效蒸汽量求各效溶液濃度 :x 1 Fx010833.30. 120. 147110833.31956.7FWx 2Fx010833.30. 120. 192WW10833.3 1956.7 2102.4F1210內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書x 3Fx010822.30. 120. 3WW

22、10833.31956.72102.42440.9F W123表 2-1各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)生蒸汽123加熱蒸汽溫度 Ti （）151.7137.7116.660.1汽化潛熱 ri (kJ / kg )2113.22155.462214.42854.9壓強 (kPa)50034018020第一效：溶液沸點T1137.7 f 11. 275.0 a11. 275.06.35 1p 1p gL354.62kPam2t pm1139.2 139.2137.71.51t 1 137.7 6.35 1.5 1 146.55 T11111T0151.7T第二效溶液沸點：T2116.6 f 21. 11

23、7.8a 21. 117. 88.6582p mp gL195.13 kPa22t pm2118.3 11內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書 118.3116.61.72t 2 116.68.6581.71127.958 T2222T2T1137.7第三效溶液沸點：T360.1f 30.6316 a 30.631610.083p mp gL36.19 kPa32t pm370. 8 70. 860. 110. 73t 3 60. 110. 0810. 7121. 78T3333對以上結(jié)果總結(jié)：見表 2-2表 2-2 數(shù)據(jù)及計算結(jié)果第一效第二效第三效傳熱溫度差 t i（）5.228.7934.9溶

24、液的沸點 ti （）146.48128.9181.71加熱蒸汽溫度與汽化潛熱見表 2-3表 2-3 各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)生蒸汽123加熱蒸汽溫度 T （）151.7146.48128.9181.71i汽化潛熱 ri(kJ / kg )2113.2213021702299效率： =0.98 -0.7（ xixi1）， 10.9610 ， 20.9455，30. 907612內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書第一效 ：沸點進料 t0tiW11D1r10.96102113.2 D1r121300. 953D1第二效 ：i1W22 D2r2( FCp0nWC2pw )( t 1t 2 )1r 20.

25、9455 2130W1( 10833.33. 704. 183W1)( 146.48 128.91 )21700.845 D1306.86第三效 ：31 Dr3( FCWC)( t2t3)W3 3p 0n3pw13r30.9076 2170W ( 10833.33. 704. 183W4. 183W)( 18.91 81.71)21222990.591D1755.69由于 W = W1+ W2+ W3解得： D12271.28kg / h12164.5kg / hW22246.5kg / hW32098kg / hW因相對誤差小于4%，所以進行下一步計算QiDi ri， Q1D1r14.799

26、7106 kJ /hQ2D2r 24.6104106 kJ / hQ3D3r 34.8749106 kJ / h2.6 各效傳熱面積的計算Qi（2-13 ）SiKiti13內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書式中 ：Si 各效傳熱面積， m2Qi 各效傳熱量， kJK i 各效傳熱系數(shù)ti 各效的有效溫度差，S1Q14. 79971092K1 t 1360010005. 22255. 4mS2Q24. 6104109182. 1m2K2 t 236008008. 79S3Q34. 87491092K3 t 3360050034. 977. 6m各效傳熱面積相差較大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復上

27、述步驟。2.7 溫差的重新分配與試差計算（1）重新分配各效的有效溫度差S1 t1S2 t 2S3 t 3St 1t 2t 3225. 45. 22182. 18. 7977. 634. 9）5. 228. 7934. 9（ 2-14115. 4m2重新分配的有效溫度差為：tiSiti（ 2-15 ）S式中： t i 重新分配的有效溫度差Si 重 新 分 配 的 有 效 傳積熱 面S平均傳熱面積ti 第 i 效的有效溫度差S1t 1225.4t 1S5.2211. 55 115.414內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書tS2t 2182.113. 872S8.79115.4tS3t 377. 62

28、3. 473S34. 9115. 4（2）重新求沸點ttt1T0t 1151. 711. 55140. 152T1t 2137. 713.87123. 83 3T2t 3116.623.4793.13 表 2-4 各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)生蒸汽123加熱蒸汽溫度 t i（）151.7140.15123.8393.13汽化潛熱ri (kJ / kg )2113.2215022092279據(jù)的計算公式得：0.9590.9440.9114重復計算 W得： D12259.76 kg / hw12130.95 kg / hw22175.49 kg / hw32193.55kg / h重復計算 Q得： Q

29、1D1r14.7753106kJ / hQ2D2r 24.5815106 kJ / hQ3D3r 34.8057106 kJ / h重復計算 Si 得： S176.56 m2S291.76 m215內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書S394.80m2誤差為 1Smin176.5614.7 %4%（2-16 ）Smax94.80計算結(jié)果不合理，重復章節(jié)2.7 的過程，得：D12154.29 kg / hw12040.1kg / hw22145.28 kg / hw32314.6kg / h重復計算 Q得： Q1D1r14.5524106 kJ /hQ2D2r 24.3719106 kJ /hQ3D

30、3r 34.6985106 kJ /h重復計算 Si 得： S186.55m2S285.52m2S387.64 m2SS1 t 1S2 t 2S3 t 3t 1t 2t 386.555. 2285.528. 7987.6434. 95. 228. 7934. 986.80 m2誤差為 1Smin186.800.96 %4%Smax87.64留 10%的傳熱余量，則傳熱面積S 有2（2-17 ）S S平(1 5%) 91. 14m16內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書第三章 蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)工藝尺寸的設(shè)計以中央循環(huán)管式蒸發(fā)器為例說明蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算方法。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸

31、包括： 加熱室和分離室的直徑和高度； 加熱管與中央循環(huán)管的規(guī)格、 長度及在管板上的排列方式。 這些尺寸的確定取決于工藝計算結(jié)果，主要是傳熱面積。3.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計3.1.1 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382.5mm的無縫鋼管。加熱管的長度L=3m由以下初步估計所需的管子數(shù)nnS（3-1 ）d 0L0.1式中： S 為蒸發(fā)器的傳熱面積，m2 ，由前面的工藝計算決定。nS91.14（根）d0L 0.12643.14 0.038 3 0.1理論管數(shù)目：264 根實際畫圖： 270 根17內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書3.1.2 循環(huán)管的直徑選擇循環(huán)管的截面

32、積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減少的原則來考慮的。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%。加熱管的總截面積可按n 計算，循環(huán)管內(nèi)徑D i 表示，則：D1( 0.4 1)nd1(3-2)式中： D1 循環(huán)管內(nèi)徑n 初估的所需管數(shù)d1 加熱管內(nèi)徑D0.6nd10.6 264 0.0 38 0.478 m1查附表：取50010mm管長 3 m3.1.3 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。加熱管在管板上的排列方式又三角形、正方形、同心圓等，目前以三角形排列居多。管心距 t 為相鄰兩管中心線之間的距離， t 一般為加熱管外

33、徑的 1.25 1.5 倍。目前在換熱器設(shè)計中，管心距的數(shù)值已經(jīng)標準化，只要管子規(guī)格確定，相應(yīng)的管心距也確定。加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用做圖法來確定， 具體做法是：先計算管束中心線上管束 nc ，管子按正三角形排列時： nc1.1n; 管子按正方形排列時：nc 1.9 n , 式中： n總加熱管數(shù) . 初估加熱管內(nèi)徑用Dit nc1 2b 式中 b11.5 d0 。然后用容器公稱直徑，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， 如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至適合為止。殼體內(nèi)徑的標準尺寸列

34、于表3中，以供參考。表 3-2 殼體內(nèi)徑的標準尺寸殼體內(nèi)徑， mm400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚， mm8101214經(jīng)過作圖，實際管數(shù)大于初估值，符合要求。正三角形排列初步估算加熱室內(nèi)徑，取 d0 38mmt 48mmb1.2do18內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書nc 1. 1n1. 1 26418（33）Di48181 245. 6 907. 2（34）mm壁厚選用 10mm加熱時內(nèi)徑為 1200mm，通過作圖法確定加熱管數(shù)n 為 264 根。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流量

35、及蒸發(fā)體積的強度有關(guān)。分離室體積的計算：VWm2（35）3600 U式中： W為某效蒸發(fā)的二次蒸汽量，kg / h某效蒸發(fā)的二次蒸汽密 度， kg / m3U取 2 m 3 / m 3s查附表表 3-3 各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)123二次蒸汽溫度137.7116.660.1密度 Kg / m31.8000.9700.135則：V3Wi/32.38 m3 / s（36）13600 i所以， V 取值 2.38m3/s取最大分離室體積計算分離室高度與直徑，取H=1.5DVD 2 H（37）4則2D 32.02341. 26 m1.86 m對中央循環(huán)管，其分離室高度不小于1.8m , 以保證足夠的霧

36、沫分離高度。分離室直徑也不能太小，否則二次蒸汽流速過大將導致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴重。所以取19內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書H1.86 m，分離室直徑 D1.26 m均屬合理。3.2 接管尺寸的確定3.2.1 溶液的進出口管對并流三效蒸發(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。溶液的適宜流速按強制流動（ u=1-3m/s ）考慮，設(shè)計上進出口直徑可取為一致。根據(jù)濃度 X=0.12 查表得對應(yīng)密度為1131 kg/m 3, 適宜流速選 u=2 m/s.4Vs40.00273（38）(1) 溶液進出口管： d0.042 mu3.14 2所以選用 504mm規(guī)格不

37、銹鋼無縫鋼管核算： u=4F1.97 m/s，所以選用合適。2d36003.2.2 加熱蒸汽與二次蒸汽接管二次蒸汽體積流量取各效平均值，取u=40m/s4Vs41.9故 d3. 140. 2293m 264mmu40所以，選用 273mm13 規(guī)格不銹鋼無縫鋼管4Vs39. 67m/s，所以選用合適。核算： u=2d3.2.3 冷凝水出口管4V4Wdu3600uW為各效加熱蒸汽流量， u可取 0.8 1. 8m /s , 這里取 u 1. 4m / s 。D3maxD2145. 28Kg / hVsD3/36002145.28/36005.9710- 4水998.220內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)

38、計說明書4VS23. 31mmd1u綜上計算：選用選用32 2mm規(guī)格管冷凝水出口管。4Vs1. 3m / s ，所以選用合適。核算： u= u2d21內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書第四章 蒸發(fā)器裝置的輔助設(shè)備的設(shè)計蒸發(fā)裝置的設(shè)備主要包括汽液分離器和蒸汽冷凝設(shè)備，還需要真空泵，疏水器等輔助設(shè)備。4.1 氣液分離器蒸發(fā)操作時， 二次蒸汽中夾帶大量液體， 雖在分離室得到了初步分離， 但是為了防止有用的產(chǎn)品損失或污染冷凝液體， 還需設(shè)置器液分離設(shè)備， 以使霧沫中的液體凝聚與二次蒸汽分離， 故氣液分離器又稱除沫器。 其類型較多， 在分離室頂部設(shè)置的有簡易式，慣性式及網(wǎng)式除沫器等， 在蒸發(fā)器外部設(shè)置的

39、有折流式， 旋流式及離心式除沫器等。慣性式除沫器是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變方向時， 液滴因慣性作用而與蒸汽分離。它的結(jié)構(gòu)簡單。因此，本次試驗采用慣性式除沫器。慣性式除沫器主要尺寸的計算：D0D1D1:D2 :D31:1.5:2HD3h0.45 D1D0 d2246mm式中：D0為二次蒸汽的管徑，;mD1為除沫器內(nèi)管的直徑，;mD2除沫器外罩管的直徑，;mD3除沫器外殼直徑， m;除沫器的總高度， m;除沫器內(nèi)管頂部與器頂 的距離， m.所以，以上除沫器內(nèi)管選用27313mm, 除沫器外罩管直徑選用40212mm，除沫器外罩管選用52019mm。22內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書4.2

40、 蒸汽冷凝器4.2.1 冷凝器主要類型冷凝器的主要作用是用冷凝水將二次蒸汽冷凝。冷凝器分為直接接觸式冷凝器和間壁式冷凝器；直接接觸式冷凝器包括多孔板式，水簾式，填充塔式及水噴射式等。各種型式蒸汽冷凝器的性能各有優(yōu)劣，綜合考慮各種設(shè)備的性能， 本設(shè)計選用水噴射式冷凝器。4.2.2 設(shè)計與選用工作水量的計算： 對以冷凝為主的水噴射式冷凝器， 其冷卻水用量決定于被冷凝蒸汽的熱焓，冷卻水的進出口溫度，可按下式計算：WD (I C P t2 )（4-1）C P t 2 t1式中： W冷卻水用量， Kg / h;冷凝蒸汽量， Kg / h；蒸汽的焓， KJ / Kg；t1 ,t 2冷卻水進出口溫度，冷卻水

41、可循環(huán)使用 ；CP冷卻水平均比熱， KJ / Kg 。其中： t120 t 22060.140 2Cp4. 178kJ /( kg )2607kJ / kgD(ICPt 2 )W67584.33 kg / hCP t 2 t 1噴射器結(jié)構(gòu)尺寸計算：噴嘴數(shù) n 及噴嘴直徑 d0 ：23內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書通過一個噴嘴的水流速度為：2p2 ( 340 - 20) 103（42）u0. 9523.8 m / s998. 2工作水通過噴嘴的壓強 降，340 - 20 320KPa，即工作水進口壓強與 混合室壓強之差；水的密度，此時為 20下密度 998.2Kg / m3 ;流量系數(shù)，可取

42、0.930.96。這里取 0.94噴嘴直徑 d 0 ，在水質(zhì)清潔時可取 58mm，一般為 1222mm即可。選定d0 后，噴嘴個數(shù) n 的確定為： W3600nd 02 u1（43）4d160mmn4W467584.333.93600d02u1998. 236003. 140.016223.8取 n=4文氏管喉部直徑：d 3 d 0p16 32000032mm（44）pC81325式中： pC排出壓強與吸入壓強之 差，101.32520 81.325K Pa 81325Pa水噴射器其它各部尺寸為：文氏管喉部長度23 396mmLd文氏管收縮口直徑d2d354mm1. 68文氏管收縮段長度L13

43、. 5 d2d377mm文氏管收縮角度1106文氏管擴散段直徑d4d357mm1. 78文氏管擴散段長度L310 d4d3250mm24內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書文氏管擴散段角度2 3054進水管直徑與進蒸汽管直徑可按一般原則計算，但管內(nèi)水流速不宜太高， 否則電耗增大，取 12m / s 較好；蒸汽流速隨真空度不同而變化，當真空度在 73-95 KPa 時，其最大流速為 70120m / s 不等。25內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書設(shè)計結(jié)果匯總操作條件設(shè)計本設(shè)計選用 500kPa 的加熱蒸汽，冷凝器絕壓選20kPa.蒸發(fā)器類型因考慮蒸發(fā)料液的粘度、 設(shè)備的操作費和處理量等主要因素，本設(shè)

44、計選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。效數(shù)的選取因氫氧化鈉水溶液隨蒸發(fā)的進行沸點升高較大，影響傳熱，經(jīng)綜合考慮， 本設(shè)計選三效蒸發(fā)。流程的選擇考慮氫氧化鈉物性及操作條件，本設(shè)計選并流操作。工藝計算結(jié)果匯總表 5-1 熱量核算結(jié)果效次123冷凝器加熱蒸汽溫度 Ti ，137.7116.660.140操作壓力 pi， kPa3401802081溶液溫度 ti，140.15123.8393.13完成液濃度 xi0.1490.1990.300蒸發(fā)量 Wi ， kg/h2040.12145.282314.6蒸汽消耗量 D ， kg/h2154.29傳熱面積 Si ， m286.5585.5287.6426內(nèi)蒙古工業(yè)

45、大學本科課程設(shè)計說明書表 5-2 主要設(shè)備選擇加熱管長度3000mm循環(huán)管內(nèi)徑50010加熱管管徑382.5蒸發(fā)器尺寸加熱管數(shù)目264 根加熱室內(nèi)徑910mm分離室內(nèi)徑1260mm分離室高度1860mm溶液進出口管504mm接管尺寸加熱蒸汽與二次蒸汽接管27313冷凝水出口管322表 5-4輔助設(shè)備選型項目尺寸二次蒸汽的管徑2456.5 mm除沫器內(nèi)管的直徑2457.5 mm除沫器的外罩管直徑37715 mm除沫器外殼直徑48010mm除沫器總高度465mm除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x121mm表 5-4蒸汽冷凝器尺寸項目尺寸噴嘴個數(shù)6噴嘴直徑29.39mm文氏管喉管長度88.18mm文氏管收縮口直徑49.38mm文氏管收縮段長度59.97mm文氏管收縮角度116文氏管擴散段直徑52.31mm文氏管擴散段長度183.39mm文氏管擴散段角度35427內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計說明書對本設(shè)計評述對于化工原理課程設(shè)計這個課程， 我起初并不是十分了解， 只是掌握了簡單的化工原理理論知識， 即使通過老師的講解， 我也是一只半解， 然而當我自己親自動手完成這份設(shè)計書時候， 我才深入的了解了什么是化工原理課程設(shè)計。 這次我做的是三效并流蒸發(fā)裝置的