南林大黑液四效蒸发器设计

1、XX大学化工原理课程设计说明书学院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 课程设计题目：造纸厂四效黑液蒸发器设计 起讫日期： 课程设计地点： 指导教师： 目录一、设计条件2二、流程图选择3三、工艺计算（一）估算各效的水分蒸发量，各效蒸汽压力4（二）根据各效浓度和二次蒸汽温度计算各效温度差损失6（三）求各效的沸点及总有效温度差7（四）蒸发器的焓衡算7四、设备结构计算（一）确定加热管数及其在管板上的排列方式，固定方法15（二）加热室尺寸计算15（三）分离室计算16（四）花板计算16（五）进料室17（六）黑液管路计算17（七）蒸汽管路计算18（八）封头和法兰19(九) 平盖手孔21（十）视镜21五、附

2、属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器21（二）预热器23（三）真空泵24（四）支架24（五）除沫器27参考文献造纸厂碱回收车间四效长管蒸发器设计一设计条件：1： 处理量 ：5000 2： 进料浓度：9 (15)出料浓度：35 (15)3：加热蒸汽压力: 0.25 4: 末效真空度 ：60 5: 各效传热系数 ： 6： 黑液比热 ： 7： 热利用系数 ： 8：蒸汽流向 ： ààà 黑液流向 ： ààà9：黑液进，前均有预热器的加热至该效沸点10：进料温度：50 11：预热器的传热系数： 12： 加热管采用厂方提供的51×3

3、15;6000碳素钢管二 .流程图 (见附图） 注释： 气体：由效进入效再到效最后到效后进入冷凝器三 工艺计算 （一）估算各效的水分蒸发量，各效蒸汽压力1. 黑液浓度换算： 本设计所选用的浆种为麦草浆 （-波美度 -浓度） 2. 总蒸发量 3.各效的蒸汽压力(表压) 由各效的压力差可求的各效的加热室的压力由各效二次蒸汽压力，查教材续表10知相应蒸汽的温度和汽化潜热，见表1。 表1 各效汽化热及有效温度差值表 效数 效数 IIIIIIIV加热蒸汽压强P（）351.33273.83196.33118.83加热蒸汽温度T（）138.92130.114119.54104.21加热蒸汽汽化热r（)215

4、1.932177.152206.382247.54二次蒸汽压强P'（）273.83196.33118.8341.33二次蒸汽温度（）130.114119.54104.2175.82二次蒸汽汽化热（)2177.152206.382247.542311.18(2） ：根据各效的浓度和二次蒸汽的温度计算各效温度差损失 15与20之间的波美度的换算 : (1)因黑液沸点升高引起的温度差损失由各效完成液的浓度查制浆原理与工程图7-3见表2。 表2 各效因黑液沸点升高引起的温度差损失 效数IIIIII IV黑液浓度x 26.76 49.25 13.98 18.37（15）19.603510.841

5、3.85（20）19.3434.7410.5813.592.216.851.01.22.677.751.031.02(2)因液柱静压力引起的温度差损失查林产化学工业手册上 表4-7，见表3。 表3 各效黑液浓度对应比重 效数IIIIIIIV黑液浓度x 26.76 49.25 13.98 18.37比重1.1551.3161.0811.105 由平均压力可查表得到对应饱和温度为：由平均压力可查化工原理（上册）续表10得到对应饱和温度为，见表4。 表4 各效因液柱静压力引起的温度差损失 效数 I II III IV（） 131.0 120.8 106.0 80.1 2.67 7.75 1.03 1

6、.02（） 0.89 1.26 1.79 4.28（3）管路流动阻力引起的温度差损失取=1 （三）求各效的沸点及总有效温度差（1）各效料液的温度得 （2）蒸发装置的总温度差损失(3)有效总温度差 求得各效有效温度差，见表5。 表5 各效有效温度差 效数IIIIIIIV（）4.250.5611.5122.09（四） 蒸发器的焓衡算 (1)计算和第三效： 其中有： 热损失有： 第四效：由于有 因为其中：所以热损失有： 同理，可得： 代入数据，并化简得： 解出方程： （2）各效传热面积 为了便于蒸发器的安装和操作，通常使传热面积相同，即(3)重新分配有效温度差 （4）重新计算各效温度差损失由各效完成

7、液的浓度查制浆原理与工程图7-3见表6。表6 各效因溶液沸点升高引起的温度差 效数 I II III IV黑夜浓度 26.42 49.25 13.69 17.6 19.36 35.0 10.64 13.32 19.1 34.74 10.38 13.06 2.18 6.85 0.98 1.15 2.64 7.75 1.01 0.98 由各效二次蒸汽温度，查教材续表10知相应蒸汽的压力，由二次蒸汽压力课求得、的值，见表7。 表7 各效因液柱静压力引起的温度差 效数黑夜19.3635.010.6413.32244.71115.166.9541.331.1531.3161.0791.1011.21.2

8、1.21.2251.5122.8573.347.81 127.38105.2890.9980.1126.46103.0388.1875.820.922.252.814.28 由各效二次蒸汽温度，查教材续表10知相应蒸汽的压力和汽化热，见表8。 表8 各效汽化热及有效温度差值表 参数 效数效数IIIIIIIV加热蒸汽140.14126.46103.0388.18 加热蒸汽2234.352242.792257.58 2268.84二次蒸汽 126.46103.0388.1875.82 二次蒸汽2242.792257.582268.842311.18温度差损失 2.64 7.75 1.01 0.98

9、 温度差损失0.922.252.814.28 温度差损失1110溶液沸点（）131.02114.0393 81.08有效温度差t（）9.1212.4310.03 7.1将所计算的数据代入方程并化简得：联立上述方程，可以解得： 并进一步可以求得： 为了便于蒸发器的安装和操作，通常使传热面积相同，即取平均面积为 四、结构计算（一）、确定加热管数及其在管板上的排列方式，固定方法对于多效蒸发器系统，加热室既受内压（一，二效），又受外压（后面几效），我们根据最大内压和最大外压分别计算出加热室的壁厚，然后取两者之间数值较大者。最为蒸发器加热室的壁厚。一般情况下，由于内压压力不大，外压的加热室壁厚，内压加热

10、室也满足要求。 1求管数n 采用碳钢管为安全 取n= 90 根 加热管按正三角形排列，安装方法采用焊接法（正三角形错列） 2.求管心距t取t=65 mm求管束中心线上的管数 取 （二）加热室尺寸计算1.求加热室内径 为最外层管心至管壳内壁的距离 取 取55 760 取800 2. 最小壁厚s按外压容器计算壁厚 查表取s=203.求临界长度按长圆筒计（麦草浆）E材料弹性模数 临界压力（）4.稳定性计算：所有钢为A3，查得E=20400()（） 临界应力考虑到圆筒形状不能绝对圆，材料不均匀等因素，临界压力必须有一定的安全强度。 m=3(稳定系数) p为最大设计压力合格5.求壁厚钢板公差（查取） =

11、0.8腐蚀强度 =1加工过程减荡量 =2.5 取3.0 取壁厚 =20（三）分离室计算1.分离室的壁厚因分离室的直径要大于加热室 故取2.直径和高度计算 二次蒸汽体积 取 即 允许的蒸发体积强度 取1.3 由加热蒸汽温度，查化工原理书上附录表9，可得，见表9。 表9 分离室的直径与高度效数IIIIIIIV1075.551007.41902.64868.211.35380.66160.39750.25000.1780.3650.6070.9650.4770.5630.6670.779取整5006007008001000120014001600（四）花板计算 S:管壁厚度（） 筒体内径（） a常数

12、一般取17 b常数一般取0.0083:系数，一般取中最大一个：制造系数，焊接 =1.00：结构系数 管内介质压力 取1.00：压力系数 取1.00= 取s=32（五）进料室直径与加热室相同，为800，高度H=300400取H=400（六）黑液管路计算黑液比重稀黑液 =1.01.5 ， 浓黑液 =0.50.8 取效 ， ， ，黑液流送管径d效出料管 查表取32 效出料管 查表取25 效出料管 查表取40 效出料管 查表取32 四条管路统一取内径100 （七） 蒸汽管路计算蒸汽密度 查表得 蒸汽管径d（进汽管），采用离心式除沫室，取25 .效进汽管 查表取内径100效进汽管 外径108 查表取内径

13、125效进汽管 外径133 查表取内径150效进汽管 外径159 查表取内径200 外径219四条管路统一取内径200， 外径219（八）封头和法兰1.加热室封头 选择椭圆形封头尺寸如下:(查常用化工单元设备设计P240) 公称直径DN（）800 曲面高度h1=200 直边高度h2=40 内表面积F=0.794 容积 V=0.087 标记： 分离室封头 选择椭圆形封头由公称直径DN，查常用化工单元设备设计，可得相应尺寸，见表10。表10 分离室封头尺寸 效数 I II III IV公称直径（）500600700800曲面高度（）125150175200直边高度（）40404040内表面积（）0

14、.2240.4640.6190.792容积（）220.03960.0600.0871壁厚（）500222222标记 3.筒体法兰光滑密封面(甲型平焊法兰JB1158-73) =6 Kg/ 由公称直径DN，查化工制图P97，得到相应尺寸，见表11。 表11 筒体法兰尺寸法兰螺栓DD1D2bd数量直径50061558040301820M16600715680640321824M16700830790745362324M20800930890845402324M204. 管法兰（平焊法兰HG5010-58） =6 Kg/,采用无缝钢管，尺寸见表12。 表12 管法兰尺寸DN（）管子法兰螺栓焊缝dH（

15、）S)DD1D2fbd重量数量直径K H40453.513010080316141.2194M124 580894185150128310181.574M165 61001084205170148318182.894M16705 62002196315280258322186.078M16707 8(9) 平盖手孔（JB589-64）平盖手孔相应尺寸数值，见表13。表13 平盖手孔尺寸 形式公称直径 DN 螺栓数量 规格A1501594.526022520312020168M1660A2502738370335225140241812M1660（10） 视镜(不锈钢制视镜HJB5901-86)

16、查化工制图国防工业出版社，可查得视镜尺寸，见表14。 表14 视镜尺寸公称直径公称压力 螺柱数量 直径质量标准图图号（不锈钢）8010（0.98）1601303624868M126.8HGJ501-86-14五、附属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器1. 冷凝器直径（） ：被冷凝的二次蒸汽量()=784.88 =60.95 ：蒸汽的比容1.009（）=0.2500 ：蒸汽在冷凝器的允许流速（） 在 取2. 淋水板的尺寸 淋水孔孔数 时，=25 淋水板小孔总面积 时，=5 取=3 取0.62 冷凝水消耗量 查表得=2634.94 =868.21 =45 =15 取n=11003.冷凝器中抽出的不凝

17、性气体体积 ()= =22 由22 查表得=2.67 ，=41.33-2.67=38.66 则(二)预热器的传热面积 加热蒸汽 140.14 =26.73 = =570337.33 III效 =25.82 =50003.767(93-50)=809905 （三）真空泵选型冷凝器 真空度=60 选用ZBE1型水环真空泵 （四）支架选用B型悬挂式支座（ JB116573），支座材料采用A3F 支座相关尺寸，见表15。 表15 支座相关数据支座本体允许载荷公称直径DN高度h底板钢板垫板地脚螺栓支座质量每增加高度的质量支座高度变化上限值规格10080031015010894120616020M165004.80.8500（五）除沫器选择离心式除沫器蒸汽射出角：二次蒸汽进口孔直径；：叶轮外径。叶片间的距离b用下式求出：叶片厚度，一般取；：叶片数目，约为片。叶片的高度可按下式计算： 参考文献 1马瑞金、金玲主编.上海市教育委员会组编.化工制图.上海：上海科学技术文献出版社 2 化工设备设计手册编写组编.材料及零部件(上册).上海:上海人民出版 社，1973 3 程康华.黑液蒸发器设计指导书.