毕业设计双效板式蒸发装置设计说明书

1、蒸发量为1000kg/h的板式蒸发装置的设计 摘要蒸发是化工、轻工、食品、医药等工业生产中常用的一种单元操作。蒸发过程是溶剂汽化过程，由于溶剂汽化潜热很大，所以蒸发过程是一个大能耗单元操作。随着能源危机的日益加重，能源节约日渐引起国升膜 蒸发器 双效 Design of Plate Evaporation Device of 1000 kg/hEvaporation Capacity ABSTRACTEvaporation is commonly used in industrial production as a unit operation in chemical industry, li

2、ght industry, food, medicine, etc.The evaporation process is the solvent evaporation process, the latent heat of solvent vaporization great, so the evaporation process is a large energy consumption of unit operations. With the ever increasing energy crisis, energy conservation is increasingly caused

3、 by more and more attention at home and abroad. Plate evaporator is based on the film heat transfer theory and plate heat exchanger principle developed a highly efficient, energy saving, a new evaporation plant, it is compared with the tube evaporator, with a compact, high efficiency heat transfer,

4、easy to clean and many other advantages .1000kg / h plate evaporation device Based on the known conditions on the evaporation process of calculation and process design, and the plate evaporator and separator structure has been designed, at the same time, the evaporation plant auxiliary equipment sel

5、ection. Key Words： Plate-style Rising film Evaporator Double-effect 目 录 第一章 前言 . 错误！未定义书签。1.1概述 . 11.1.1蒸发的基本概念 . 11.1.2蒸发的基本流程 . 11.1.3蒸发的操作方法 . 11.1.4蒸发操作的特点 . 31.1.5蒸发设备及蒸发器的类型 . 41.1.6蒸发器类型的选择 . 101.2板式蒸发器基本构造及优缺点 . 101.2.1整体结构 . 101.2.2板片形式及其性能 . 111.2.3密封垫片 . 111.2.4优缺点 . 12第二章 蒸发装置设计计算 . 142.

6、1蒸发装置流程图 . 142.2蒸发装置设计计算 . 142.2.1蒸发装置设计初始数据 . 152.2.2各效浓液浓度的计算 . 152.2.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 . 152.2.4蒸发器传热面积计算 . 162.2.5蒸发器计算结果列表 . 17第三章 蒸发装置主要设备设计 . 183.1板式蒸发器设计 . 183.1.1加热蒸汽进口尺寸设计 . 183.1.2料液进口尺寸设计 . 183.1.3料液出口尺寸设计 . 19 3.1.4冷凝水出口尺寸设计 . 193.1.5板片尺寸设计 . 203.1.6板片厚度校核 . 203.1.7蒸发器密封垫片设计 . 233.1.8压

7、紧螺栓选型 . 243.1.9压紧板设计 . 253.2分离器设计 . 263.2.1分离器直径与高度的确定 . 263.2.2第一效分离器设计计算 . 273.2.3第二效分离器设计计算 . 283.2.4分离器规格的确定 . 293.2.5分离器厚度设计 . 303.2.6封头厚度设计及校核 . 303.2.7分离器支座的选择 . 31第四章 蒸发装置的辅助设备 . 334.1预热器选型 . 334.1.1预热器类型的选择 . 334.1.2热传量的计算 . 334.1.3传热面积的计算 . 334.1.4换热器规格选择 . 344.2冷凝器选型 . 344.2.1所需冷却水流量的计算 .

8、 344.2.2传热面积的计算 . 344.2.3冷凝器规格选择 . 354.3真空泵选型 . 354.4卫生泵选型 . 36参考文献 . 38致谢 . 39 天津理工大学2012届本科毕业设计说明书第一章 序论 1.1.1蒸发的基本概念 1.1概述蒸发是采用加热的方法，使含有不易挥发性杂质的溶液沸腾，把溶剂自混合液中汽化蒸出，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。蒸发是化工、轻工、食品、医药等工业生产中常用的一种单元操作。就工艺目的来说，蒸发的应用主要有以下三种情况1。(1) 制取浓溶液，例如果汁浓缩和氢氧化钠溶液的浓缩；(2) 将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用以获

9、得固体产品，如蔗糖的生产、食盐的精制等；(3) 脱除非挥发性杂质，获得纯净的溶剂或半成品，如利用蒸发的方法用海水制取淡。1.1.2蒸发的基本流程蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶液使水沸腾汽化和不断除去汽化的水蒸气。典型的蒸发器由加热器和分离器组成。加热室采用饱和蒸汽加热，从溶液中蒸发出来的水蒸气在分离器中与溶液分离后从蒸发器中排出。为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器的顶部装有气液分离用的除沫装置。通常把从溶液蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽，以便与加热蒸汽相区别。二次蒸汽进入冷凝器直接冷凝，二次蒸汽中含有的不凝气体则从冷凝器顶部排出。料液在蒸发器中浓缩到规定浓度后，成为完成液，从蒸发器底部放出。

10、1.1.3蒸发的操作方法根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。1. 常压蒸发和减压蒸发根据操作压强不同，蒸发过程可分为常压蒸发和减压蒸发（真空蒸发）。常压蒸发是指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压强为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压强从冷凝器排出来。真空蒸发时冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压强低于大气压，此时系统中的不凝气必须用真空泵抽出。采用真空蒸发的基本目的是降低溶液的沸点。与常压蒸发比较，它有以下优点：(1) 溶液沸点低，可以用温度较低的低压蒸汽或废热蒸汽作为加热蒸汽；1天津理工大学2012届本科毕业设计说明书(2) 溶液沸点低，采用同样的加热蒸汽

11、，蒸发器传热的平均温度差大，所需的传热面积小；(3) 沸点低，有利于处理热敏性物料，即高温下易分解和变质的物料；(4) 蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。真空蒸发的缺点是：(1) 溶液温度低，黏度大，沸腾的传热系数小，蒸发起的传热系数小；(2) 蒸发器和冷凝器在操作开始时，将料液加入蒸发器，当液面达到一定高度，停止加料。开始加热蒸发，随着溶液中的水分蒸发，溶液的浓度逐渐增大，相应地溶液的沸2天津理工大学2012届本科毕业设计说明书点不断升高。当溶液浓度达到规定的要求时，停止蒸发，将完成液放出，然后开始领一次操作。（2）连续进料，一次出料 当蒸发器液面加到一定高度时，开始加热蒸发，随着溶液中水

12、分蒸发，不断加入料液，使蒸发器中液面保持不变，但溶液浓度随着溶液中水分的蒸发而不断增大。当溶液浓度达到规定值时，将完成液放出。有上可知，间歇操作的特点是在整个操作过程中，蒸发器内溶液的浓度和沸点随时间而变，因此传热的温度差，传热系数也随时间而变，所以间歇蒸发为非稳定操作。连续蒸发时，料液连续加入蒸发器，完成液连续地从蒸发器放出，蒸发器内始终保持一定的液面与压强，器内各处的浓度与温度不随时间而变，所以连续蒸发为稳定操作。一般连续蒸发器（采用循环型蒸发器）内溶液的浓度为完成液的浓度。通常大规模生产中大多采用连续操作。 图1.1 三效蒸发流程图Fig.1.1 Three effect evapora

13、tion flow chart 1.1.4蒸发操作的特点工程上，蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂，而溶质仍留在溶液中，因此，蒸发器操作便能使使溶液中的挥发性溶质与不挥发性溶质进行分离。由于溶剂的汽化速率取决于传热速率，故蒸发操作属传热过程，蒸发设备为传热设备，但是，蒸发操作与一般的传热过程相比较，具有以下特点：1.溶液沸点升高由于溶液含有不挥发性溶质，因此，在相同温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的相对要小些。也就是说，如在相同压力下，溶液的沸点要比纯溶剂的高，所以溶液浓度越高，则这种影响也就越显著。2.物料及工艺特性 物料在浓缩过程中，溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶，从而形成垢层，影响传3

14、天津理工大学2012届本科毕业设计说明书热；有些溶质是热敏性的，在高温下停留时间过长易变质；有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。3.能量回收蒸发过程是溶剂汽化过程，由于溶剂汽化潜热很大，所以蒸发过程是一个大能耗单元操作。因此，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。1.1.5蒸发设备及蒸发器的类型蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸汽，并使之与所夹带的雾沫和液滴相分离。蒸发的主体设备是蒸发器，蒸发的辅助设备包括：分离器、除沫器、冷凝器和预热器等。减压操作时还需真空装置。工业上需要蒸发的物料多种多样，它们的物性和蒸发要求各不相同，为了适应不同

15、的需求，发展出了多种型式的蒸发器，根据蒸发器中溶液的流动情况，它们主要分为循环型蒸发器与非循环型（也成为单程型）两类。1.循环型蒸发器溶液每经过加热管一次，水的相对蒸发量较小，达不到规定的浓缩要求，则就需要采用循环蒸发器。这类蒸发器中存液量大，溶液在器中的停留时间长，蒸发器如图1.2所示，中央循环管式蒸发器属于自然循环型的蒸发器。它是工业生产中广泛使用且历史悠久的大型蒸发器，至今在化工、轻工、环保等行业中仍被广泛采用。它的加热室由管径为25mm-75mm，长度为1m-2m(长径之比约为20-40)的直立管束组成，在管束中央安装一根较粗的管子。操作时，管束内单位体积溶液的受热面积大于粗管内的，即

16、前者受热好，溶液汽化的多，因此细管内的溶液含汽量多，致使密度比粗管内溶液的要小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的循环运动，故粗管除称为中央循环管外还称为降液管，细管称为加热管或沸腾管。为了促使溶液有良好的循环，设计时取中央循环管截面积为加热管束总截面积的40%-100% .4天津理工大学2012届本科毕业设计说明书 图1.2中央循环管式蒸发器Fig.1.2 The central circular tube type evaporator 中央循环管式蒸发器是从水平加热室及蛇管加热室蒸发器发展而来。相对于这些老式蒸发器而言，它具有溶液循环好、传热速率快等优点，同时由于结构紧凑、制造

17、方便，应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但实际上由于结构的限制，循环速度一般在0.4m/s-0.5m/s以下；由于溶液不断循环，使加热管如图1.3所示，悬筐式蒸发器是中央循环管式蒸发器的改良，它的特点是将加热管做成一个悬挂的筐状，打开蒸发器的顶盖后，可将悬筐取出清洗。清洗时加热管束可以取出，用备用的加热管束替换，节省了等待的时间。加热蒸汽由中央管进入管束的管间。包围管束的外壳外壁面与蒸发器外壳内壁的环隙通道代替了中央循环管，操作时溶液沿环隙通道下降而沿加热管束上升。一般环隙截面积约为加热管束总截面积的100%-150%，较中央循环管蒸发器的比例大，故改善与加速了料液的循环速度，循环速度可达1

18、m/s-1.5m/s,不但提高了传热效果，也阻止了加热管内的结垢，这种蒸发器传热面积限于100m以下，总传热系数在600W/( m .)-3500/(m .)之间。悬框式蒸发器的优点是热损失较少，此外，因加热室可由蒸发器取出，便于检修和更换。这种蒸发器的缺点是结构较复杂，单位传热面的金属消耗量较大，它适用于蒸发易结垢或有结晶析出的溶液。 5天津理工大学2012届本科毕业设计说明书 图1.3悬筐式蒸发器Fig.1.3 basket type vertical tube evaporator (3)外热式蒸发器 外热式蒸发器的结构特点是加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器

19、的总高度。因其加热管较长（管长与管径之比为50100），同时由于循环管列文式蒸发器属自然循环蒸发类型，主要特点是在加热室上部增设了一段直管作为沸腾室，故加热管中的溶液将受到来自沸腾室附加液柱的作用，从而使溶液的沸点进一步升高，以至于不会在加热管中沸腾。只有当溶液上升至沸腾室中时，才会因压力降低而开始沸腾。由于沸腾室中没有装设传热面，因而可减轻加热管内的结晶或结垢现象。此外，由于循环管不受热且管的截面积较大，约为加热管总截面积的23倍，即溶液的循环6天津理工大学2012届本科毕业设计说明书阻力较小，因而溶液可获得较大的循环速度，这不仅可进一步减少管蒸发设备的一类。溶液在设备如图1.5，升膜蒸发器

20、的构成是液体根据虹吸泵的原理进入加热管加热，流入到分离器后液体与蒸汽分离开来，通过循环管流回到蒸发器，形成闭路循环，因此，这种蒸发器又称外循环蒸发器。加热管由换热管组成，原料液经预热达到沸点或接近沸点后，由加热室底部引入，为高速上升的二次蒸汽带动，沿换热管内壁边流动边蒸发，在加热室顶部可达到所需的浓度，完成液由分离室底部排出，产生的二次蒸汽经设在上部分离板组除去汽泡、水珠、杂物后成为下一效的热源。升膜蒸发器适宜处理蒸发量较大，热敏性，粘度不大及易起泡的溶液，但不适于高粘度、有晶体析出和易结垢的溶液。7天津理工大学2012届本科毕业设计说明书 图1.5升膜式蒸发器Fig.1.5 Rising m

21、embrane evaporator (2)降膜式蒸发器 降膜式蒸发器与升膜蒸发器的区别在于原料液由加热管的顶部加入。溶液在自身重力作用下沿管内壁呈膜状下流，并被蒸发浓缩，汽液混合物由加热管底部进入分离室，经气液分离后，完成液由分离器的底部排出。为使溶液能在壁上均匀成膜，在每根加热管的顶部均需设置液体布膜器。布膜器的型式有多种，较常用的三种，采用一螺旋型沟槽的圆柱体作为导流管，液体沿沟槽旋转下流分布在整个管内壁上；导流管下部为圆锥体，锥体底面向下内凹，以免沿锥体斜面流下的液体再向中央聚集；液体是通过齿缝沿加热管内壁成膜状下降。 图1.6降膜蒸发器Fig.1.6 Falling film eva

22、porator 8天津理工大学2012届本科毕业设计说明书降膜蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘度较大的物料也能适用。但对于易结晶或易结垢的溶液不适用。此外，由于液膜在管蒸发器外壳内带有加热蒸汽夹套，其内装有可旋转的叶片即刮板。刮板有固定式和转子式两种，前者与壳体内壁的间隙为0.51.5mm，后者与器壁的间隙随转子的转数而变。料液由蒸发器上部沿切线方向加入（亦有加至与刮板同轴的甩料盘上的）。由于重力、离心力和旋转刮板刮带作用，溶液在器内壁形成下旋的薄膜，并在此过程中被蒸发浓缩，完成液在底部排出。这种蒸发器是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器。刮板式蒸发器使用特点:A.蒸发效率高，能力大，对水

23、和有机溶剂等溶液的蒸发量100300Kg/h。B.被处理物料在蒸发面停留时间短，约±10秒左右，不结焦，不结垢。C.可以实现真空条件下低温蒸发。D.适宜于连续性生产，操作弹性大，结构简单，便于维修，可实行自控。E.改变刮板外侧的沟槽倾斜角度，可调节物料在蒸发器内停留的时间，以适应不同粘度物料蒸发的需要。F.本装置凡接触料液的部分和设备，均采用不锈钢，从而保持了料液不被污染。G.蒸发器顶部装有快开盖板，便于对加热管的刷洗。顶部两侧装有灯孔、视镜，便于操作中的观察。其缺点为动力消耗大，每平方米传热面约需1.53kW。此外，其处理量很小且制造安装要求高。 图1.7刮板式蒸发器Fig.1.7

24、 Scrape board type evaporator 9天津理工大学2012届本科毕业设计说明书1.1.6蒸发器类型的选择本次设计采用的是升膜式板式蒸发器。结构和原理：板式蒸发器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板片上有四个管口，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。 1.2板式蒸发器基本构

25、造及优缺点 1.2.1整体结构典型的板式蒸发器是由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等零部件所组成，如图1.8所示： 图1.8板式蒸发器组装图Fig.1.8 Plate assembly the evaporator 10天津理工大学2012届本科毕业设计说明书板片为传热元件，垫片为密封元件，垫片粘贴在板片的垫片槽内。粘贴好垫片的板片，按一定的顺序（如图1.1所示，冷暖板片交叉放置）置于固定压紧板和活动压紧板之间，用压紧螺柱将固定压紧板、板片、活动压紧板夹紧。压紧板、导杆、压紧装置、前支柱统称为板式蒸发器的框架。按一定规律排列的所有板片，称为板束。在压紧后

26、，相邻板片的触点互相接触，使板片间保持一定的间隙，形成流体的通道。换热介质从固定压紧板、活动压紧板上的接管中出入，并相间地进入板片之间的流体通道，进行热交换。图1.8所示板式蒸发器为可拆式板式蒸发器，其原理就是在上导杆处安装了活动滑轮、顶压装置，在增减板片的时候，可以通过该滑轮调节换热器内可安装板片数量，顶压装置加固整体结构牢固性；而对于一些小型的板式蒸发器，则没有该装置，而是直接地将固定压紧板和活动压紧板通过导杆固定连接起来，这种结构没有清洗空间，清洗、检查时，板片不能挂在导杆上，虽然这样的结构轻便简易，但对大型的、需经常清洗的板式蒸发器不太适用。对于要进行两种以上介质换热的板式蒸发器，则需

27、要设置中间隔板。在乳品加工的巴氏灭菌器中，为了增加在灭菌温度下乳品的停留时间，通常需要在灭菌器的特定位置上安装延迟板。为了节约占地面积，APV公司和ALFA-LAVAL公司开发应用了一种双框架结构，该结构有两种形式，第一种是公用一个检修空间，左右各设一个固定压紧板，中间设两个活动压紧板；第二种是共用中间的固定压紧板，左、右各设一个活动压紧板。双框架的结构，可视为两台板式蒸发器装在一起。1.2.2板片形式及其性能板片是板式蒸发器的核心元件，冷、热流体的换热发生在板片上，所以它是传热元件，此外它又承受两侧的压力差。从板式蒸发器出现以来，人们构思出各种形式的波纹板片，以求得换热效率高、流体阻力低、承

28、压能力大的波纹板片。板片按波纹的几何形状区分，有水平平直波纹、人字形波纹、斜波纹等波纹板片；按流体在板间的流动形式区分，有管状流动、带状流动、网状流动的波纹板片。1.2.3密封垫片板式蒸发器的密封垫片是一个关键的零件。板式蒸发器的工作温度实质上就是垫片能承受的温度；板式蒸发器的工作压力也相当程度上受垫片制约。从板式蒸发器结构分析，密封周边的长度(m)将是换热面积(m2)的68倍，超过了任何其它类型的换热器。11天津理工大学2012届本科毕业设计说明书1.2.4优缺点人们通过科学研究和生产实践，对板式蒸发器的特点有了深刻的了解，并总结出一系列优缺点，通常是和管壳式蒸发器加以比较，共归纳为以下几点

29、：优点：1传热系数高管壳式蒸发器的结构，从强度方面看是很好的，但从换热角度看并不理想，板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。所以板式蒸发器有较高的传热系数，一般情况下是管壳式蒸发器的35倍。2对数平均温差大在管壳式蒸发器中，两种流体分别在壳程和管程内流动，总体上是错流的流动方式。如果进一步分析，壳程为混合流动，管程是多股流动，所以对数平均温差都应采用修正系数。修正系数通常较小。流体在板式蒸发器内的流动，总体上是并流或逆流的流动方式，其温差修正系数一般大于0.8，通常为0.95。3占地面积小板式蒸发器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式蒸发器的25倍，因此实现同样的换热任务时，板式蒸发器的

30、占地面积约为管壳式蒸发器的1/51/10。4重量轻板式蒸发器的板片厚度仅为0.60.8mm，管壳式蒸发器的换热管厚度为2.02.5mm；管壳式蒸发器的壳体比板式蒸发器的框架重得多。在完成同样的换热任务的情况下，板式蒸发器所需要的换热面积比管壳式蒸发器的小。5污垢系数低板式蒸发器的污垢系数比管壳式蒸发器的污垢系数小得多，其原因是流体的剧烈湍流，杂质不宜沉积；板间通道的流通死区小；不锈钢制造的换热面光滑、且腐蚀附着物少，以及清洗容易。6多种介质换热如果板式蒸发器安装有中间隔板，则一台设备可以进行三种或三种以上介质的换热。7清洗方便板式蒸发器的压紧板卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。8容

31、易改变换热面积或流程组合只需要增加（或减少）板片，即可达到需要增加（或减少）的换热面积。缺点：1工作压力在2.5MPa以下板式蒸发器是靠垫片进行密封的，密封的周边很长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以目前板式蒸发器的最高工作压力仅为2.5MPa；单板面积在1m2以上时，其工作压力往往低于2.5MPa。12天津理工大学2012届本科毕业设计说明书2工作温度在250以下板式蒸发器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度在200以下；用压缩石棉绒垫片时，最高工作温度为250260。3不宜于进行易堵塞通道的介质的换热板式蒸发器的板间通道很窄

32、，一般为35mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合，应考虑在入口安装过滤装置，或采用再生冷却系统。 13天津理工大学2012届本科毕业设计说明书第二章 蒸发装置设计计算 2.1蒸发装置流程图 根据本次设计所给条件，采用双效并流进料，蒸发装置流程图如图2.1所示。 图2.1双效板式升膜蒸发系统流程图Fig. 2.1 Double effects plate-type up-film evaporation system processes 双效板式蒸发装置流程：锅炉产生蒸汽，一部分通入一效蒸发器，一部分通入预热器加热进口物料。通入一效蒸发器的加热蒸汽加

33、热从预热器抽到一效蒸发器的物料，加热蒸汽冷凝成冷凝水进入冷凝水罐，物料经过加热产生二次蒸汽，二次蒸汽将物料带到一效分离器，经过分离器分离成二次蒸汽和物料。二次蒸汽通入二效蒸发器，加热二效蒸发器的物料，二次蒸汽冷凝成冷凝水通入冷凝水罐，物料经过加热产生二次蒸汽，二次蒸汽将物料带到二效分离器，经过分离器分离成二次蒸汽和物料。物料进入物料罐，二次蒸汽通入冷凝器冷凝成冷凝水进入冷凝水罐。2.2蒸发装置设计计算 14天津理工大学2012届本科毕业设计说明书2.2.1蒸发装置设计初始数据1.蒸发量W为1000kg/h2.料液浓度x0为12%（wt%）质量分率3.产品浓度x3为 20%（wt%）质量分率4.

34、加热蒸汽温度t0为 1055.第一效蒸发温度t1为 906.第二效蒸发温度t2为 708.一效蒸发器的传热系数为 K1=1400 W/（m2·K）9.二效蒸发器的传热系数为 K22=1200 W/（m·K） 2.2.2各效浓液浓度的计算已知蒸发量的计算公式为：W=F 1x03 (2.1)已知蒸发量W=1000kg/h,则进料量F为：F=W11000=2500kg (2.2)3并流加料蒸发中无额外蒸汽引出，设W1=W2， 而W1+W2=1000kg/h，由以上二式可得：W1=500kg/hW2=500kg/h 由蒸发量计算各效浓液浓度x=Fx02500×0.1230

35、011=0.15x=Fx02500×0.12300212=0.2 2.2.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算第i效的焓衡算式为：15天津理工大学2012届本科毕业设计说明书Qi=Diri= Fcp0W1cpwW2cpwx（式中x为溶液的浓度变化，以质量分率表示）。第i效的蒸发量Wi的计算式为riti1tiWi=iDi+ Fcp0W1cpwW2cpwWi1cpw (2.5) ii式中 Di-第i效的加热蒸汽量，当无额外蒸汽抽出时Di=Wi1ri-第i效加热蒸汽的汽化潜热ri-第i效二次蒸汽的汽化潜热cp0-原料液的比热cpw-水的比热ti,ti1-分别为第i效及第i-1效溶液的沸点i

36、-第i效的热利用系数已知t1=90，t2=70，由查表可知，r1=2243.6kJ/kg,r1=2283.6kJ/kg取2=0.9代入W1=1D1r1/r1=0.9×D1×2243.6/2283.6=0.884D1 (2.6)第二效蒸发量W2的计算式为：WW1r2t1t2=22+ Fc2p0W1cpw 2取2=0.9由查表可知，r2=2283.6kJ/kg,r2=2334kJ/kg,代入W2283.690702=0.9×W1+ 2500×4.24.2W1 =0.848W1+81又因W1+W2=1000 联立（2.6）,（2.7）,（2.8）式解得W1=4

37、97kg/hW2=503kg/hD1=562kg/h 2.2.4蒸发器传热面积计算任意一效的传热速率方程为16 (2.7) 2.8） （天津理工大学2012届本科毕业设计说明书Si=Qi （2.9） Kiti式中Qi-第i效的传热速率，WKi-第i效的传热系数，W/（m2）ti-第i效的传热温度差，Si-第i效的传热面积，m2各效蒸发器的传热系数为：K1=1400W/（m2) ,K2=1200W/（m2),则第一效蒸发器传热面积S1为：Q1=D1r1=562×2244×1000÷3600=3.5×105w (2.10)t1=t0t1=10590=15S=

38、Q1=3.5×1051=16m211第二效蒸发器传热面积S2为：Q2=W1r1=497×2283×1000÷3600=3.2×105w (2.11)t2=t1t2=9070=20Q23.2×105S2=2=14m22 2.2.5蒸发器计算结果列表表2.1蒸发器计算结果列表Table 2.1 Evaporator calculations list 17天津理工大学2012届本科毕业设计说明书第三章 蒸发装置主要设备设计 3.1板式蒸发器设计 3.1.1加热蒸汽进口尺寸设计进出口面积S用下式计算：VS= (3.1) 根据文献3，可知饱和

39、蒸汽的流速为1030m/s，取第一效加热蒸汽流速u=12m/s，已知105时，饱和蒸汽密度为=0.7046kg/m3，则加热蒸汽进口面积S0为：V0D1562S0=0.0185m2 00验算第二效加热蒸汽进口面积为S0时，其加热蒸汽流速是否满足1030m/s，已知90时，饱和蒸汽密度1=0.4235kg/m3，则加热蒸汽流速ua为：VaW1497ua=18m/s 010由于10<ua<30，所以第二效加热蒸汽进口面积为S0满足要求。所以板片加热蒸汽进口面积S0=0.0185m2满足要求，蒸汽进口设计为260×70mm的矩形口。3.1.2料液进口尺寸设计根据

40、文献3，可知液体流速为0.52m/s，取第一效料液流速为u1=1.5m/s，已知90时，料液的密度为3=1000kg/m3，则物料进口面积S1为：V1F2500S1=0.00046m2 131验算第二效料液进口面积为S1时，其料液流速是否满足0.52m/s，已知90时，料液的密度3=1000kg/m3，则物料流速uc为：VcFW12003uc=1.2m/s 141由于0.5<uc<2，所以第二效料液进口面积为S1满足要求。所以板片料液进口面积S1=0.00046m2满足要求，料液进口设计为圆形口，其直径为：18天津理工大学2012届本科毕业设计说明书4S14

41、5;0.00046d= = =0.0242m 所以料液的进口设计成直径为25mm的圆形口。3.1.3料液出口尺寸设计由于蒸发器出口中的料液中含有大量二次蒸汽，所以料液出口面积按含有的二次蒸汽出口面积计算。已知饱和蒸汽的流速为1030m/s，取第一效二次蒸汽流速u=12m/s，已知90时，饱和蒸汽密度为1=0.4235kg/m3，则二次蒸汽出口面积S2为：V2W1497S2=0.0272m2 1验算第二效二次蒸汽出口面积为S2时，其二次蒸汽流速是否满足1030m/s，已知70时，饱和蒸汽密度2=0.1982kg/m3，则加热蒸汽流速ue为：VeW2503ue=26m/s 222由于10&

42、lt;ue<30，所以第二效二次蒸汽出口面积为S2满足要求。所以板片料液出口面积S2=0.0272m2满足要求，料液出口设计为500×60mm的矩形口。3.1.4冷凝水出口尺寸设计已知冷凝水流速为自然流速，取冷凝水流速为u2=0.3m/s，所以冷凝水出口面积S3取三效冷凝水理论出口面积最大值。已知105时，冷凝水的密度为7=955.2kg/m3，则第一效冷凝水理论出口面积S4为：V4D1562S4=0.00052m2 272已知90时，冷凝水的密度为8=965.3kg/m3，则第二效冷凝水理论出口面积S5为：V5W1497S5=0.00048m2 282所以板片冷凝水出

43、口面积S3=0.00052m2，冷凝水出口设计为圆形口，其直径为：4S34×0.00052d0= = =0.026m 所以冷凝水出口设计成直径为38mm的圆形口。 19天津理工大学2012届本科毕业设计说明书3.1.5板片尺寸设计板片设计尺寸如下图： 图3.1板片尺寸图Fig.3.1 The size of the plate 3.1.6板片厚度校核本次蒸发器板片材料选择304不锈钢，厚度设计成0.6mm，板间间距选用4mm，由于一效蒸发器板片受压最大，变形量也最大，故对第一效蒸发器板片进行应力分析和板片变形分析，已知加热蒸汽处的压强为121kPa，料液处的压强为70kPa，板片的有

44、效面积为1000×500mm。首先对板片不经过任何加工进行应力分析和板片变形分析，板片应力分析图如下： 20天津理工大学2012届本科毕业设计说明书 图3.2板片应力分析图Fig.3.2 Stress analyses of the plate 板片变形图如下： 图3.3板片变形图Fig.3.3 Distortion of the plate 由软件分析的结果可知，单板在不经过任何加工的情况下，最大变形量为419mm，设计板间距为4mm，这样就使相邻板片贴在一起。所以，将在板片上冲压球形波纹，球形波纹使板片组装后有相互接触的地方，即形成支承点。其作用是在板片两侧出现压差时，保持流道的

45、正常间隙形状。同时，由于波纹板片的交叉相叠使通道内流体形成复杂的二维或三维流动，大大加强了流体的扰动，因而能在很小的Re数时形成湍流和高的传热系数，强化传热。板片波纹设计尺寸如图3.4所示： 21天津理工大学2012届本科毕业设计说明书 图3.4板片波纹尺寸Fig.3.4 Ripple size of the plate 从板片中取出一个50x50mm的矩形单元重新分析，单元应力分析结果如下图： 图3.5单元应力分析图Fig.3.5 Stress analyses of the unit 单元变形图如下： 22天津理工大学2012届本科毕业设计说明书 图3.6单元变形图Fig.3.6 Distortion of the