化工设计说明书-蒸发器资料

1、内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书第一章蒸发装置的设计蒸发器是一种特殊的传热设备，它与一般的传热设备的区别是：需要不断地将蒸发所产生的二次蒸汽除去， 因此，蒸发器在结构上除设有用于进行热量交换的加热室之外，还设有气液分离的蒸发室。此外，为了使蒸汽和液沫能有效地分离，还设有除沫器。随着工业蒸发技术的发展， 蒸发设备的结构与型式亦不断改进与创新，其种类繁多，结果各异。目前，工业上常用的为间接加热蒸发器，根据溶液在蒸发器中流动的情况，大致可将其分为循环型与单程型两类。循环型蒸发器包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；单程蒸发器包括升膜式、降膜式、升降膜式及刮板式等。这些蒸发器

2、结构不同，性能各异，均有自己的特点和适应场合。1.1 蒸发操作条件的确定蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。1.1 .1 加热蒸汽压强的确定通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度， 若超过了此温度物料就会变质， 破坏或分解，这是确定加热蒸汽压强的一个依据。应使操作在低于最大温度范围内进行，可以采用加压蒸发，常压蒸发或真空蒸发。蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。从节能观点出发，应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源， 即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。这样既可

3、以减少锅炉产生蒸汽的消耗量， 又可以减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。 因此，能够采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽是有利的，但是通常所用饱和蒸汽温度不超过 180，超过时相应的压强就很高，这将增加加热的设备费和操作费用。一般加热蒸汽压强在 500700kPa范围之内。通过上述的规定，选择530kPa作为加热蒸汽压强。1.1.2 冷凝器操作压强的确定若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效可采用常压或加压蒸发，此时末效产生的二次蒸汽具有较高的温度，可以全部利用。而且各效操作温度高时，溶液黏度低，传热好。若一效加热蒸汽压强低， 末效采用真空操作。 此时各效产生的二次蒸汽温度1内蒙古工

4、业大学化工学院本科课程设计说明书低，进入冷凝器需要消耗大量冷却水，而且溶液黏度大，传热差。根据以上论述选冷凝器的真空度取75kPa。1.1.3进料状况的确定单位时间内蒸发的水量越多，蒸发器的生产能力越好， 所以，尽量使热量尽可能多的用于蒸发水量。而进料热状况可以影响蒸发水量。进料状况影响蒸发器的生产能力： （ 1）低于沸点进料时， 需消耗部分热量将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力； （2）沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水分，生产能力有所增加；（3）高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。根据以上论述本设计采用沸点进料。为了便于计算本设计假设冷凝水在饱和温度下排

5、出并且二次蒸汽全部用于下次应用。1. 4 多效蒸发效数的确定蒸发过程中总的有效温度差是给定的，它是过程中最大的温度差， 是加热蒸汽的冷凝温度和末效被蒸发溶液沸点温度之间的差数。由于沸点升高， 每效都有温度差损失，它使传热的有效温度差降低。装置的效数越多，有效温度差越小。效数有一定的限度，不能超越定的总的温度差。此外，效数增加，蒸发设备的投资也增加。因此，工业上碱液蒸发装置多取三效蒸发。1. 5 多效蒸发流程的选择按溶液与蒸汽相对流向的不同，可分为并流、逆流、平流及错流四种。并流 并流是工业上最常见的加料模式优点缺点溶液从压力和温度较高的蒸发器流向压力和温度随着溶液从前一效逐效流向后面较低的蒸发

6、器，故溶液在效间的输送可以利用效各效，其组成增高，而温度反而间的压差，而不需要泵送。同时，当前一效溶液降低，致使溶液的黏度也增加，流入温度和压力较低的后一效后，会产生闪蒸，蒸发器的传热系数下降。因而可以多产生一部分二次蒸汽。此外，此法操作简便，工艺条件稳定。2内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书并流法操作只使用于黏度不大的料液蒸发。逆流 料液与蒸汽呈逆流操作。优点随着料液浓度的提高，其温度相应提高，使料液黏度增加较小， 各效的传热系数相差不大，故可生产较高浓度的浓缩液。缺点逆流操作需设置效见料液输送泵， 动力消耗较大，操作比较复杂。各效均在低于沸点下进料，没有自蒸发，与并流相比，所产生的二

7、次蒸汽量较小。对浓缩液在高温时易分解的料液， 不宜采用此流程。 适合于黏度随温度和组成变化较大的溶液，不适合于处理热敏性物料。平流 各效都加入料液又都引出浓缩液。此法除用于有结晶析出的料液外，还可用于同时浓缩两种以上不同水溶液。4.错流它是并、逆流的结合。 其特点是兼有并逆流的优点避免缺点，但操作复杂，控制困难，应用不多。根据上述比较， 对于碱溶液 （黏度变化不大），本设计采用并流的方法进行蒸发。1.2蒸发器的类型蒸发器类型结构特点优点缺点中央循环管式中央循环管式蒸发器的加结构紧凑、制造循环速度较低、热室由一垂直的加热管束方便、操作可靠溶液的沸点高、构成，在管束中央有一根有效温度差减直径较大的

8、管子，称为中小、设备的清洗央循环管和检修不方便悬筐式加热室像个悬筐，悬挂在适用于蒸发易结结构复杂，单位蒸发器壳体的下部，可由垢或有晶体析出传热面积需要的顶部取出，便于清洗与更的溶液设备材料量较大换。加热介质由中央蒸汽管进入加热室，而在加热室外壁与蒸发器壳体的内壁之间有环隙通道外热式加热室与分离室分开便于清洗与更换可以降低蒸发器3内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书的总高度溶液的循环速度大列文加热室的上部增设一沸腾循环速度大，传设备庞大，需要室热效果好 、 适用的厂房高 、 由于于处理有晶体析液层静压力大，出或易结垢的溶故要求加热蒸汽液的压力较高强制循环利用外加动力（循环泵）传热系数大，对动

9、力消耗较大使溶液沿一定方向作高速于黏度较大或易循环流动结晶、结垢的物料，适应性较好升膜加热室由一根或数根垂直适用于蒸发量较的长管组成大（即稀溶液）、热敏性及易起泡沫的溶液，但不适于高黏度、有晶体析出或易结垢的溶液降膜原料液由加热管的顶部加蒸发组成较高的不适用易结垢或入，每根加热管的顶部均溶液 、 适用于黏易结晶的溶液、需设置液体布膜器度较大的物料传热系数较小升降膜升膜和降膜蒸发器装在一适用于蒸发过程个外壳中中溶液的黏度变化很大，水分蒸发量不大和厂房高度有一定限制的场合刮板薄膜利用旋转刮片的刮带作对物料的适应性结构复杂、动力用，使液体分布在加热管很强消耗大、传热面4内蒙古工业大学化工学院本科课程

10、设计说明书壁上积选用蒸发器的结构型式应考虑一下原则：（1） 要有较高的传热系数，能满足生产工艺的需求。（2） 生产能力大。（3） 结构简单，操作维修方便。（4） 能适应所处理物料的工艺特性。NaOH溶液是腐蚀性溶液，通过比较上述各种蒸发器的特点，选用中央循环管式蒸发器。5内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书第二章三效蒸发工艺设计过程的计算多效蒸发工艺计算的主要项目有：加热蒸汽（生蒸汽）消耗量、各效水分（或溶剂）蒸发量及各效传热面积。计算的已知参数为：进料液的流量、温度和浓度、最终完成液的浓度、加热蒸汽的压强和冷凝器中的压强等。其变量受物料衡算、 热量衡算、传热速率方程以及相平衡等基本关系的

11、支配。21 各效蒸发量和完成液组成的估算设计任务条件是： NaOH溶液的处理量 39.8 kt/a ，原料液浓度 12%，完成液的浓度为 30%。原料液的温度为30 ，通过预热器原料液在第一效的沸点下加入蒸发器。第一效的加热蒸汽压力为530 kPa，冷凝器中的绝压为25 kPa 。639.810原料液加料量 F=5527.8 kg/h总蒸发量W=F(1- x0 )=5527.8 （ 1- 0.12 ）=3316.7 kg/hx30.30式中： W 总蒸发量 , kg/hF 进料流量 , kg/hx0 原料液浓度xn 完成液浓度因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，假设各效蒸发量相等，即W1 W2

12、W33316.71105.6 kg/h3W1 、 W2 、 W3 分别表示第一效、第二效、第三效蒸发量。各效完成液的浓度为：x1Fx 05527.80.120.15FW15527.8 1105.6x2Fx05527.80.120.20FW1W25527.8 21105.6x3Fx05527.80.120.30FW1 W2W35527.831105.6其中： x1 第一效完成液浓度x2 第二效完成液浓度6内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书x3 第三效完成液浓度22 估算各效二次蒸汽温度Ti加热蒸汽压强 P1 和冷凝器中的操作压强 Pn 是已知的，其它各效二次蒸汽的压强可按各效间蒸汽压强降相

13、等的假设来确定。 即各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差P 为：PP1Pnn故第 i 效二次蒸汽压强 Pi 为：PiP1 iPP1Pn53025168.3kPaPn3第一效 :PPP530 168.3 361.7kPa11第二效 :212P5302168.3193.4kPaPP第三效 :P3P13 P5303168.325 kPa利用 PP、 P3可以从手册中查得相应的二次蒸汽的温度及汽化潜热见表1、 22-1 ：表 21不同压力下蒸汽温度和汽化潜热效数加热蒸汽第效第效第效参数二次蒸汽压强 Pi /KPa530361.7193.425二次蒸汽的温度 Ti / o C153.8139.9119.0

14、63.3气化潜热 ri KJ/Kg2106.62149.12207.82594.323 计算各效传热温度差t i7内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书各效传热温度差计算公式为：tiTi 1ti式中 Ti 1 为前一效二次蒸汽的温度 （即第 i效加热蒸汽温度），ti 为第 i 效溶液沸点，其计算式为 : tiTii式中 Ti 为第 i效二次蒸汽温度，i 为第 i效温度差损失。各效温度差损失：iiii2.3.1由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失对于 NaOH水溶液可采用杜林经验式计算：kt wt Amt AtW上两式中：t A 指一定压强下水溶液的沸点，；tW 对应压强下水的沸点，；k 和 m

15、 为常数，其值为：k=1+0.142xm=150.75x2x为溶液浓度，质量分数。第 1效：k11 0.142x1 1 0.1420.15 1.0213m1150.75 x122.71x1150.750.1522.710.15 2.985k1t w11.0213 139.92.985145.9Ct A1m1tW 1145.9139.961t A1第 2效：k21 0.142x2 10.142 0.20 1.0284m2150.75x222.71x2150.750.2022.710.205.4888内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书k2 tw21.0284 119.01 5.488 127

16、.9 t A2m2127.9 119.01 8.9 2t A 2tW 2第 3效：k310.142x310.142 0.301.0426m322.71x31150.750.3022.710.3012.755150.75x31.042663.312.7578.8t A 3k3 t w3m378.863.315.53t A3t W32.3.2 由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失某些蒸发器操作时，器内需维持一定的液位，因而液体内部压强大于液面压强，致使实际沸点较液面为高，两者之差即为因溶液静压强引起的温度差损失 。为简便计算溶液内部沸点升高按液面与底层的平均压强 pm 下水的沸点和二次蒸汽压强

17、P下水的沸点差估算。因为管长为三米, 所以选液面高度 L2.7 mPmPgL2则：=t pmt p式中： pm 蒸发器中液面与底层的平均压强，Pa;t pm 对应 pm 下水的沸点，；P 二次蒸汽的压强， Pa；t p 对应 P 下水的沸点，；溶液的平均密度， kg/m3 ；L液层高度， m。各效溶液浓度见表2-2 ：9内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书表 2-2不同浓度下溶液的密度溶液浓度x0 x1x2x3溶液密度 (kg/ m3 )1130.911631219.11327.9第 1效：Pm1 P11 gL11639.81 2.7361.72377.1 kPa21000Pm1 下对应的

18、水的沸点 t Pm1 =141.3141.3 139.9 1.41t pm1t p1第 2效：Pm2 P22 gL1219.1 9.81 2.7193.42209.5 kPa21000Pm2 下对应的水的沸点 t Pm2 =141.32t pm 2 t p 2 121.5 119.01 2.49第 3效：Pm3P33 gL251327.99.812.722100042.6 kPaPm3 下对应的水的沸点 t Pm 3 =76.6 3t pm3t p 376.663.3 13.3 2.3.3 由流动阻力而引起的温度差损失在多效蒸发中，各效二次蒸汽流到下一效加热室时， 由于管道阻力使其压强降低，致

19、使蒸气的饱和温度相应降低，取经验值=1 。计算数据见表2-3 ：10内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书表 2-3每一效传热温度差损失参数效数第 1 效61.41第 2 效8.92.491第 3 效15.513.312.3.4 各效传热温度差ti各效温度差损失：11112222 333361.418.48.92.49112.415.513.3129.8各效溶液沸点为：t1T11t 2T22t 3T33139.98.4148.3119.0112.4131.463.329.893.1T1 、 T2 、 T3 分别为第一效、第二效和第三效二次蒸汽的温度，各效传热温度差：t1T0t1153.8 1

20、48.3 5.5t2T1t2139.9 131.48.5t3T2t3119.01 93.125.91T0 、 T1 、 T2 分别为第一效、第二效和第三效加热蒸汽的温度，计算结果见表2-4 ：11内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书表 2-4结果列表效数第一效第二效第三效参数二次蒸汽温度139.9119.0163.3温度差损失8.412.429.8溶液沸点148.3131.493.1传热温度差5.58.525.912.4各效蒸发量Wi 传热量 Qi2.4.1各效蒸发量的计算由于水的比热变化不大，可视为定值即C pw =4.187 kJ/（kg）12%的 NaOH的比热 C p0 =3.79

21、 kJ/(kg )Wii Di rii1ti 1ti (FC p 0Wi C pw )rin1rii0.980.7 xi第 1效：原料液为沸点进料，t 0t1 ，溶液的稀释热越大，热损失系数越小。0.98 0.7 (0.15 0.12) 0.959查表 2-1 ，将数据代入下式：W11D1 r10.959 2106.6 D1 0.94D1（ a）r12149.1第 2效：20.980.7 x2 0.98 0.7(0.200.15)0.945W22 D 2 r2(FC p 0W1C pw ) t1 t 2 r2r20.945W12149.1(5527.83.79W14.187) 148.3 13

22、1.42207.82207.80.8897W1151.5（b）12内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书第 3效：30.98 0.7 x30.980.7(0.30 0.20) 0.91W33 D3 r3(FC p0W1C pwW2C pw ) t2t3 r3r30.91W22207(5527.83.79 W1131.493.14.187 W2 4.187)2594.32594.30.7177W20.0563W1281.5(c)又因 :W =WW（ ）1+ 2 +W3 =27233.3 kg/hd式中：1、 2、 3 分别为第一效、第二效和第三效的热利用系数t1 、 t2 、 t3 分别为第一

23、效、第二效和第三效溶液的沸点，r1 、 r2 、 r3 分别为第一效、第二效和第三效二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kgW 、W1 、W2 、W3 分别为总的、第一效、第二效和第三效水的蒸发量，kg/hD1 、D2、D3、分别为第一效、第二效和第三效加热蒸汽量，kg/h ，当无额外蒸汽抽出时， DiWi 1联解式（ a）至式（ d），可得W1 =1122.6 kg/h， W2 =1150.3 kg/h， W3 =1043.9 kg/h， D1 =1194.3 kg/h2.4.2 各效传热量的计算Q1D1r11194.32106.6kW698.93600Q 2W1r11122.62149.1kW670

24、.23600Q3W2r1150.32207.8kW2750.53600D1 第一效加热蒸汽量， kg/hW1、W2分别为第一效和第二效水的蒸发量，kg/hr1 、 r1 、 r2 分别为第一效、第二效和第三效加热蒸汽的汽化潜热，kJ/kg2.4.3 计算蒸发器的传热面积13内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书由传热速率方程 QiQiK i Si t i 得： SiKi ti传热系数见表 2-5 ：表 25 不同 NaOH溶液浓度的传热系数效数第 1 效第 2 效第 3 效NaOH的质量分数 xi0.150.200.30传热系数2）16001200600K i ，W/ （ m则各效蒸发器传热

25、面积为 S1Q1698.910379.4 m2K1t116005.5S2Q2670.210365.7m2K 2t 212008.5S3Q3705.510345.4m2K 3t360025.91Q1 、 Q2 、 Q3 分别为第一效、第二效和第三效的传热量,Wt1 、t2 、t3 分别为第一效、第二效和第三效的传热温度差，误差 1为 S2 S165.9 79.40.204 0.04 ，误差较大，不符合要求。S265.9所以需要进行校核。2.5 计算结果的核算2.5.1 有效温差的再分配SitiSit ititiSi (Si t i)重新分配有效温度差得t1S1t1t179.45.55.5 8.5

26、25.98.03(S1t1 )79.45.565.78.545.425.9S2t2t265.78.55.5 8.525.910.3t 2(S2t 2 )79.45.565.78.545.425.914内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书tS3 t3t 345.4 25.95.58.525.921.63t3 )79.4 5.5 65.78.5 45.4 25.9( S3t1 、t2 、t3 分别为第一效、第二效和第三效的传热温度差，2S1、S2、 S3 分别为第一效、第二效和第三效蒸发器传热面积，m2.6 重复上述计算步骤2.6.1 计算各效料液的浓度由所求得的各效蒸发量，可求各效料液的浓度

27、，即Fx 05527.80.12x15527.8-0.151F W11122.6Fx05527.8 0.12x20.204W1 W2 5527.8- 1122.6- 1150.3x3 =0.30 x0 原料液的浓度F 原料液的进料量， kg/hW1 、 W2 分别为总的、第一效和第二效水的蒸发量，kg/h2.6.2 计算各效料液的沸点第 3效：因完成液浓度和冷凝器压力均不变，各种温度差损失及溶液沸点可视为恒定，即33331.555.718.25故末效溶液的温度仍为93.1 , 即 :t3 =93.1 T2t3t393.129.8114.7第 2效：第二效二应次蒸汽的冷凝温度T2 =114.7

28、，水蒸气的汽化潜热r2 =2129.3 kJ/kg，相的压力为 169.4 kPa.k210.142x210.1420.2041.02915内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书m2150.75x222.71x2150.750.20422.710.2045.72t A2m21.029 114.75.72123.7k2 t w2tW 2123.7114.99C2t A2Pm2P22 gL1219.1 9.81 2.7185.5kPa2169.421000Pm2 下对应的水的沸点 t Pm2 =117.62t pm 2t p2117.6114.72.92 =1“92.9112.92222第二效溶

29、液的沸点为：t 2T22114.712.9127.6T1t 2t2114.712.9137.9第 1效：第二效二次蒸汽的冷凝温度为T1 =135.46 ，水蒸气的汽化潜热r1 =2129.3kJ/kg相应的压力为 341.8 kPa.k11 0.142x1 10.142 0.1511.021m1150.75x122.71x1150.750.15122.710.1513.028k1t w11.021137.93.028143.8t A1m1tW 1143.8137.9 5.9C1t A1Pm1P11gL341.811639.812.7221000357.2 kPaPm1 下对应的水的沸点 t P

30、m1 =139.5139.5 137.9 1.61t pm1t p11=116内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书11110.261.212.46故第 1 效溶液的沸点为：t1T11 137.98.5146.4温度差重新分配后各效温度情况见表2-6 ：表 26温度分配表效数第 1 效第 2 效第 3 效参数加热蒸汽温度，T0 =153.8T1=137.9T2 =114.7有效温度差ti ，8.0310.321.6溶液沸点 t i ，146.4127.693.12.6.3加热蒸汽用量及各效蒸发量蒸汽温度和汽化潜热见表2-7 ：表 2-7不同压力下蒸汽温度和汽化潜热效数加热蒸汽第 1 效第 2

31、 效第 3 效参数二次蒸汽压强 Pi /kPa530341.8169.425二次蒸汽的温度 Ti / o C153.8137.9114.763.3气化潜热 ri /(kJ/kg)2106.62129.32184.22594.3第 1效：10.980.7(0.1510.12)0.958D1r1D1 2106.6(e)W11 r10.9582129.30.948D1第 2效：20.980.7 x20.980.7( 0.2040.15)0.94317内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书W22 D 2r2(FC p0W1C pw ) t1 t2 r2r20.943W12129.3（3.79W114

32、6.4 127.65527.84.187)2184.22184.20.885W1 170.1(f)第 3效：30.98 0.7 x30.98 0.7(0.300.204)0.913W33 D3 r3(FC p 0 W1C pw W2C pw ) t2t3 r3r30.913 W22184.2 （5527.83.79W14.187W2 4.187)127.6 93.12594.32594.30.7162W20.0508W1254.4（g）又因 WW1W2W33316.7kg/h（h）1 、 2 、 3 分别为第一效、第二效和第三效的热利用系数t1 、 t2 、 t3 分别为第一效、第二效和第三效

33、溶液的沸点，r1 、 r2 、 r3 分别为第一效、第二效和第三效二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kgW 、 W1 、 W2 、 W3 分别为总的、第一效、第二效和第三效水的蒸发量，kg/hD1、 D2 、D3、分别为第一效、第二效和第三效加热蒸汽量，kg/h ，当无额外蒸汽抽出时， Di Wi 1联解式（ e）至（ h），可得W1 =1122.4 kg / h ， W2 =1163.4kg / h ， W3 =1030.9 kg / h ， D1 =1183.9kg / h各效传热量的计算Q1D1r11183.92106.6692.8KW3600Q2W1r11122.42129.3663.9KW3

34、600Q3W2 r21163.42184.2705.9KW3600D1 第一效加热蒸汽量， kg/h18内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书W、 W分别为第一效和第二效水的蒸发量，kg/h12r1 、 r1、 r2 分别为第一效、第二效和第三效加热蒸汽的汽化潜热，kJ/kg2.6.4 各效蒸发器传热面积计算S1Q1692.8103m2K1t1160053.98.03S2Q2663.9103m2K 2t2120053.710.3S3Q3705.9103m2K 3t360054.521.6Q1 、 Q2 、 Q3 分别为第一效、第二效和第三效的传热量,Wt1 、t2 、t3 分别为第一效、第二

35、效和第三效的传热温度差，表 28计算结果总表效数第 1 效第 2 效第 3 效冷凝器加热蒸汽温度 Ti ，153.8137.9114.763.3操作压力 Pi ，kPa530341.8169.425溶液温度（沸点） ti ，146.4127.693.1完成液浓度 xi0.1510.2040.30蒸发量 Wi ， kg/h1122.41163.41030.9蒸汽消耗量 D， kg/h1183.9传热面积253.953.754.5Si ， m与第一次计算结果比较，其相对误差为:S3 S2 54.5 53.70.015 0.04 ，误差较小，符合要求。S354.5计算相对误差均在0.04 以下，故各

36、效蒸发量的计算结果合理。其各效溶液浓度无明显变化，不需重新计算。19内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书SS1 S2 S353.953.754.554m233根据要求最终选面积为 :S (110%)5460m2计算结果见表2-8 ：20内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书第三章 蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计下面就中央循环管式蒸发器为例说明蒸发器主要结构尺寸的设计计算方法。中央循环管式蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管与中央循环管的规格、长度及在管板上的排列方式。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。3.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.1

37、加热管的选择和管数的初步估计蒸发器的加热管通常选用25 2.5 mm、382.5 mm、 573.5 mm 等几种规格的无缝钢管。 一般为加热管的长度为0.2-6.0m。由于对工厂等综合因素的考虑，本设计选用管长L=3 m， 382.5 mm 的无缝钢管。由以下初步估计所需的管子数nnS60174 （根）d0L 0.13.14 38 10-33 0.1式中： S 蒸发器的传热面积，m 2 ，由前面的工艺计算决定。d0 加热管的外径，m 。L 加热管的长度，m。因加热管固定在管板上，考虑管板厚度所占的传热面积，则计算管子数n 时的管长应取 L0.1m 。3.1.2 循环管的选择循环管的截面积是根

38、据使循环阻力尽量减少的原则来考虑的。中央循环管式蒸发器的循环管截面积可取加热管总截面积的40%-100%。加热管的总截面积可按n 计算，循环管内径 Di 表示，则：Din0.6d i1740.60.038389 mm对加热面积较小的蒸发器，应取较大的百分数。本设计选取管子的直径为426 14 mm，循环管管长与加热管管长相同均为3 m 。21内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定加热室的内径取决于加热管和循环管的规格、 数目及在管板上的排列方式。 加热管在管板上的排列方式又三角形、正方形、同心圆等，目前以三角形排列居多。管心距 t 为相邻两管中心线之间

39、的距离， t 一般为加热管外径的 1.25 1.5 倍。目前在换热器设计中， 管心距的数值已经标准化， 只要管子规格确定， 相应的管心距则为确定值。表 3-1 摘录了管心距的数据加热管外径 d019253857管心距 t ， mm25324870加热室内径和加热管数采用做图法来确定，具体做法是：先计算管束中心线上管束 nc ，管子按正三角形排列时：nc1.1 n ; 管子按正方形排列时：nc1.9n ,式中：n总加热管数 .初估加热管内径用Dit nc12b 式中 b11.5 d0 。然后用容器公称直径，试选一内径作为加热室内径，并以此内径和循环管外径作同心圆，在同心圆的环隙中， 按加热管的排

40、列方式和管心距作图。 作图所得管数 n 必须大于初估值，如不满足，应另选一设备内径，重新作图，直至适合为止。壳体内径的标准尺寸列于表 3-2 中，以供参考。表 3-2壳体内径的标准尺寸壳体内径 mm400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚 mm8101214经过作图，排列的加热管数为181 根，大于计算的管数（174 根），实际管数大于初估值，符合要求。正三角形排列初步估算加热室内径，取d038mmt48 mmb1.5d01.5 3857nc1.1n1.1 17415D t (nc 1) 2b 4815 1257786mm取 D=900 mm3.1.4 分离室

41、直径与高度的确定22内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书分离室的直径和高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽流量及蒸发体积的强度有关。分离室体积的计算：VWm 23600 U式中： W为某效蒸发的二次蒸汽量，kg / h某效蒸发的二次蒸汽密 度， kg / m3U取1.3m3 / m3s水蒸汽密度见表3-1 ：表 3-1不同压强下水蒸汽的密度效 数加热蒸汽第 1 效第 2 效第 3 效二次蒸汽压强（KPa）530341.8169.425蒸汽密度（ kg/ m 3 ）2.81771.86520.91960.1608V1W11122.40.129m336001U36001.8652

42、 1.3V2W22U36001163.40.27m336000.1608 1.3V3W33U36001030.91.37m 336000.16081.3所以， V取1.37 m3 。取 H：D=2V4D 2 H则4D 321.37D1000mmH2000mm对中央循环管，其分离室高度不小于1.8m , 以保证足够的雾沫分离高度。分离室23内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书直径也不能太小，否则二次蒸汽流速过大将导致雾沫夹带现象严重。3.2 接管尺寸的确定3.2.1 溶液的进出口管对并流三效蒸发， 第一效溶液流量最大， 若各效设备尺寸一致的话， 根据第一效溶液流量确定接管。溶液的适宜流速按强

43、制流动（ u=0.8-1.5 m/s ）考虑，设计上进出口直径可取为一致。根据进料液的浓度 x=0.12查表得对应密度为 1130.9 kg/, 适宜流速 u=1.0 m/s.4Vs4F45527.842 mm溶液进出口管： du 36001130.93.14 1.0u3600根据管规格，选取 50 4.0mm的不绣钢管。核算流速 u：4F4 5527.81 m / su21130.9 3.14 0.0422 d3600所选的不绣钢管符合要求。3.2.2 加热蒸汽与二次蒸汽接管（1）加热蒸汽 D由表 3-1 查得加热蒸汽的密度 =2.8177 kg/m3 ，u=40 m/sD11183.954

44、20.23/ hV12.8177m4V14420.261 mmd36003.1440u第 1 效二次蒸汽 W1由表 3-1 查得加热蒸汽的密度 1=1.8652kg/ m3 ,u=40m/sW11122.4601.8m3/ hV21.865214V24601.873 mmd36003.1440u（3）第 2 效二次蒸汽 W224内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书由表 3-1 查得加热蒸汽的密度 2=0.9196 kg/m3 , u=40 m/sV3W21163.41265.1m3 / h20.9196d4V341265.1106 mmu36003.1440（ 4）第 33效二次蒸汽 W由

45、表 3-1 查得加热蒸汽的密度 3=0.1608kg/m3 , u=70 m/sV4W31030.96411.1m3 / h30.1608d4V446411.1180 mmu36003.14 70所以，加热蒸汽和前两效二次蒸汽的流速取u=40 m/s, 第 3 效二次蒸汽的流速取 u=70 m/s, 最后加热蒸汽和二次蒸汽的接管取194 8 mm的不锈钢管。510KPa 下， T =152.4时，914.696 kg / m33.2.3 冷凝水出口管（1）第 1 效冷凝水1kg/h,冷凝水温度T=153.8 , =913.3kg / m3冷凝水的流量 D =1183.9VsD11183.91.

46、3m 3 / h913.3d4Vs41.320 mmu36001.23.14（2）第 2 效冷凝水冷凝水的流量 W=1122.4 kg/h冷凝水温度T=137.9, =927.9kg / m31VSW11122.41.2m3 / h927.94Vs41.219mmd3.14u3600 1.225内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书（3）第 3 效冷凝水2冷凝水温度 T=114.7, =947.3kg / m3冷凝水的流量 W=1163.4 kg/hVSW21163.41.23 m3 / h947.34Vs41.23mmd3.1419u3600 1.2综上计算：取 dd MAX20mm选择2

47、52.5 mm的不锈钢管。26内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书第四章 蒸发器装置的辅助设备的设计蒸发装置的设备主要包括气液分离器和蒸汽冷凝设备，还需要真空泵，疏水器等辅助设备。4.1 气液分离器蒸发操作时， 二次蒸汽中夹带大量液体， 虽在分离室得到了初步分离， 但是为了防止有用的产品损失或污染冷凝液体， 还需设置气液分离设备， 以使雾沫中的液体凝聚与二次蒸汽分离， 故气液分离器又称除沫器。 其类型较多， 在分离室顶部设置的有简易式，惯性式及网式除沫器等， 在蒸发器外部设置的有折流式， 旋流式及离心式除沫器等。惯性式除沫器是利用带有液滴的二次蒸汽在突然改变方向时， 液滴因惯性作用而与蒸汽

48、分离，它的结构比较简单。因此，本次设计采用惯性式除沫器。惯性式除沫器主要尺寸的计算：D1D0D1:D2:D31:1.5 : 2HD3h 0.40.5D1式中：D0为二次蒸汽的管径，;mD1为除沫器内管的直径， m;D2除沫器外罩管的直径， m;D3除沫器外壳直径， m;除沫器的总高度， m;除沫器内管顶部与器顶 的距离， m.D0D1180mmD21.5D1270 mmD3 2D1 360 mmHD3360mmh0.4D172 mm所 以， 以上 除沫 器内 管选 用1948 mm 无缝 钢管 , 除沫 器外 罩管 选用14 mm 的无缝钢管。27内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书4.2

49、蒸汽冷凝器4.2.1 冷凝器主要类型冷凝器的主要作用是用冷凝水将二次蒸汽冷凝。冷凝器分为直接接触式冷凝器和间壁式冷凝器， 当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝器， 使二次蒸汽与冷凝水直接接触进行热交换，其冷凝效果好，结构简单，操作方便，造价低廉，因此，本次实验采用直接接触式冷凝器。直接接触式冷凝器包括多孔板式，水帘式，填充塔式及水喷射式等。多孔多板式是目前广泛使用的型式之一。冷凝器内装有4-9 块不等距的多孔板，冷凝水通过板上小孔分散成液滴与二次蒸汽接触，接触面积大， 冷凝效果好。 但多孔易堵塞，二次蒸汽在折流过程中压力增大， 所以也采用压力较小的单层多孔板冷凝器，但冷凝效果差

50、。水帘式冷凝器内装有3-4 对固定的环形和圆形隔板，使冷却水在隔板间形成水帘，二次蒸汽通过水帘式被冷凝。其结构简单，压力较大。表 4-1各种型式蒸汽冷凝器的性能比较项目型式多层多单层多孔板水帘式填充塔式水喷射式孔板式式水气接触面积大较小较大大最大压强降1067-20小，可不计1333-3333Pa较小大00Pa塔径范围大小均不宜过大350mm100mm二次蒸汽量可2t / h结构与要求较简单简单较简单，安装简单不简单，加工有一定要求有一定要求水量较大较大较大较大最大其它孔易堵适于腐蚀塞性蒸汽填充式冷凝器， 塔内上部装有多孔板式液体分布板，塔内装填拉西环填料。 冷水与二次蒸汽在填料表面接触， 提

51、高了冷凝效果。 适用于二次蒸汽量较大的情况及冷凝具有腐蚀性气体的情况。28内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书水喷射式冷凝器， 冷却水依靠泵加压后经喷嘴物化使二次蒸汽冷凝。不凝气也随冷凝水由排水管排出。 此过程产生真空， 则不需要真空泵就可以造成和保持系统的真空度。但单位二次蒸汽所需的冷却水量大，二次蒸汽量过大时不宜采用。各种型式蒸汽冷凝器的性能比较见表4-1 。综合考虑各种设备的性能，本设计选用水喷射式冷凝器。4.2.2 设计与选用工作水量的计算：对以冷凝为主的水喷射式冷凝器，其冷却水用量决定于被冷凝蒸汽的热焓，冷却水的进出口温度，可按下式计算：D(ICP t2 )WCP t 2 t1式

52、中： W冷却水用量， kg / h;冷凝蒸汽量， kg / h；Izh蒸汽的焓， kJ / kg；t1 ,t 2冷却水进出口温度， 冷却水可循环使用 ；CP冷却水平均比热， kJ / kg 。其中： t 1=18 ， t2 38， C p 4.180 kJ /( kg ) ， I 2614.4 kJ / kgD (I C P t2 )1030.9 2614.44.18 38W4.18 3830280.3 kg / hC P t 2 t118喷射器结构尺寸计算：喷嘴数 n 及喷嘴直径 d 0 ：工作水进口压强取0.5 MPa, 吸入压强为 25 MPa， =0.95 ， =913.7kg / m

53、3;P=500-25=475 kPa2 p2 475 10330.6 m / s通 过 一 个 喷嘴 的水 流 速 度为 ： u0.95913.7工作水通过喷嘴的压强 降， Pa，即工作水进口压强与 混合室压强之差；水的密度， kg / m3 ;流量系数，可取 0.930.96。29内蒙古工业大学化工学院本科课程设计说明书喷嘴直径d0 ，在水质清洁时可取 58 mm，一般为 12 22mm即可。选定 d0 后，喷嘴个数n的确定为： W3600n42d0 u1d 018mmn4W430280.323600 d02u1 913.736003.14 0.018230.6文氏管喉部直径：Pc=100-25=75 kPad3 d0p18 47546 mmpC75式中：pC排出压强