NaOH水溶液蒸发装置的设计-中央循环管式蒸发器

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SsspsmuCTmtCtmSWCmRkgkJrRWQmWqPPapnnsmkgMmL er //).(//)../( 222 壁面的水的体?的蒸汽的外?的最小的最大的平均的液体的冷凝器的??的沸?的平均的下?水流收?系?，无因次因次管材?的校正系?，无密度，表面?力，粘度，??系?，?利用系?，无因次 ????=?????????????°?? wwuvomLKiBavmkgmNsPaCmWminmax//.)./( 3 ?φρσ?λη 第一?第一?第一?第一? 概述概述概述概述 一一一一、、、、 蒸发及蒸发流程蒸发及蒸发流程蒸发及蒸发流程蒸发及蒸发流程 3 蒸发是采用加?的方法，使含有不?发性??（如?类）的溶液沸?，除去其中被汽化?位部分??，使溶液得以??的?元操作?程。 蒸发操作广泛用于??各种不?发性物?的水溶液，是化工、医药、食品等工业中??常见的?元操作。化工生?中蒸发主要用于以下几种目的： 1 ?得??的溶液?品； 2 、?溶液蒸发增?后，冷却?晶，用以?得固体?品，如?碱、抗生素、糖等?品； 3 、?除??，?得??的溶?或半成品，如海水淡化。?行蒸发操作的设备叫做蒸发器。 蒸发器?要有足够的加?面?，使溶液受?沸?。溶液在蒸发器?因各处密度的差异而形成某种循?流动，被??到?定?度后排出蒸发器外。蒸发器?备有足够的分离空间，以除去汽化的蒸汽??的?沫和液滴，或装有适?形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，??其在冷凝器中加以冷凝。 蒸发?程中经常采用?和蒸汽间壁加?的方法，通常把作?源用的蒸汽?做一次蒸汽，从溶液蒸发出?的蒸汽叫做二次蒸汽。 二二二二、、、、 蒸发操作的分类蒸发操作的分类蒸发操作的分类蒸发操作的分类 按操作的方式可以分?间歇式和??式，工业上大多?蒸发?程????定操作的?程。 按二次蒸汽的利用情况可以分??效蒸发和多效蒸发，若?生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，?种操作???效蒸发。若把二次蒸汽引至另一操作?力?低的蒸发器作?加?蒸气，并把若干个蒸发器串联?合使用，?种操作??多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜?得到了??充分的利用，提高了加?蒸汽的利用率。 按操作?力可以分?常?、加?或减?蒸发。真空蒸发有?多优点： （ 1 ）、在低?下操作，溶液沸点?低，有利于提高蒸发的??温度差，减小蒸发器的??面?； （ 2 ）、可以利用低?蒸气作?加??； （ 3 ）、有利于??敏性物料的蒸发； （ 4 ）、操作温度低，??失?小。 在加?蒸发中，所得到的二次蒸气温度?高，可作?下一效的加?蒸气加以利用。因此，?效蒸发多?真空蒸发；多效蒸发的前效?加?或常?操作，而后效?在真空下操作。 三三三三、、、、 蒸发操作的特点蒸发操作的特点蒸发操作的特点蒸发操作的特点 从上述?蒸发?程的??介?可知，常见的蒸发?间壁两?分??蒸气冷凝和液体沸?的???程，蒸发器也就是一种??器。但和一般的???程相比，蒸发操作又有如下特点 : (1) 沸点升高蒸发的溶液中含有不?发性的溶?，在港台?力下溶液的蒸气??同温度下?溶?的蒸气?低，使溶液的沸点高于?溶液的沸点，?种?象??溶液沸点的升高。在加?蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液?的??温差必定小于加?唇溶?的??温差，而且溶液的?度越高，?种影响也越?著。 (2) 物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在???可能析出晶体，或易于?垢；有些?具有?大的黏度或?强的腐?性等。如何根据物料的特性和工艺要求，??适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作彼此必?要考?的??。 (3) ??能源蒸发?汽化的溶?量?大，需要消耗?大的加?蒸气。如何充分利用?量，提高加?蒸气的利用率是蒸发操作要考?的另一个??。 四四四四、、、、蒸发设备蒸发设备蒸发设备蒸发设备 蒸发设备的作用是使?入蒸发器的原料液被加?，部分气化，得到??的完成液，同?需要排出二次蒸气，并使之与所??的液滴和?沫相分离。 蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加?室和蒸发室?成。蒸发的?助设备包括：使液沫?一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。减?操作??需真空装置。兹分述如下： 由于生?要求的不同，蒸发设备有多种不同的?构型式。?常用的间壁??式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分?以下两大类： （ 1 ）循?型蒸发器 特点：溶液在蒸发器中做循?流动，蒸发器?溶液?度基本相同，接近于完成液的?度。操作?定。此类蒸发器主要有 a. 中央循?管式蒸发器， 4 b. ?筐式蒸发器 c. 外?式蒸发器， d. 列文式蒸发器 e. 强制循?蒸发器。 其中，前四种?自然循?蒸发器。 （ 2 ）?程型蒸发器 特点：溶液以液膜的形式一次通?加?室，不?行循?。 优点：溶液停留?间短，故特?适用于?敏性物料的 蒸发；温度差?失?小，表面??系??大。 缺点：设?或操作不??不易成膜，?流量?明?下降；不适用于易?晶、?垢物料的蒸发。 此类蒸发器主要有 a. 升膜式蒸发器， b. 降膜式蒸发器， c. 刮板式蒸发器 五五五五、、、、蒸发器?型蒸发器?型蒸发器?型蒸发器?型 本次设?采用的是中央循?管式蒸发器中央循?管式蒸发器中央循?管式蒸发器中央循?管式蒸发器 ： ?构和原理：其下部的加?室由垂直管束?成，中间由一根直??大的中央循?管。?管?液体被加?沸??，中央循?管?气液混合物的平均密度?大；而其余加?管?气液混合物的平均密度?小。在密度差的作用下，溶液由中央循?管下降，而由加?管上升，做自然循?流动。溶液的循?流动提高了沸?表面??系?，强化了蒸发?程。 ?种蒸发器?构?凑，制造方便，???好，操作可靠等优点，?用十分广泛，有"?准蒸发器"之?。?使溶液有良好的循?，中央循?管的截面?，一般?其余加?管总截面?的40%?100%；加?管的高度一般?1?2m；加?管?多?25?75mm之间。但实际上，由于?构上的限制，其循?速度一般在0.4?0.5m/s以下；蒸发器?溶液?度始?接近完成液?度；清洗和?修也不够方便。 第二?第二?第二?第二? 蒸发装置蒸发装置蒸发装置蒸发装置设?任务设?任务设?任务设?任务 一、设??目 NaOH水溶液蒸发装置的设? 二、设?任务及操作条件 1、设?任务 处理量（ ）： 5000（kg/h） 料液?度（ ）： 5% （wt%）?量分率?品?度（ ）： 30% （wt%）?量分率加?蒸汽温度（ ） 147.3（℃） 末效冷凝器的温度（ ） 65.2（℃） 2、操作条件 加料方式： 三效并流加料 原料液温度： 15 ℃各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ 1 =1060kg/m 3 ，ρ 2 =1250kg/m 3 ，ρ 3 =1330kg/m 3 加?蒸汽?强： 445kPa（??） ，冷凝器?强? 28 kPa（??）各效蒸发器的总??系?：K 1 =1800W/（m 2 ·K），K 2 =1200W/（m 2 ·K），K3=600W/（m 2 ·K）各效蒸发器中液面的高度： 2m 5 各效加?蒸汽的冷凝液均在?和温度下排出。假设各效??面?相等，并忽略??失。 3、设备型式 中央循?管式蒸发器 第三?第三?第三?第三? 三效蒸发器得工艺?算三效蒸发器得工艺?算三效蒸发器得工艺?算三效蒸发器得工艺?算 一一一一、、、、估?各效蒸发量和完成液?度估?各效蒸发量和完成液?度估?各效蒸发量和完成液?度估?各效蒸发量和完成液?度 多效蒸发的工艺?算的主要依据是物料衡算和、?量衡算及??速率方程。?算的主要?目有：加?蒸气（生蒸气）的消耗量、各效溶?蒸发量以及各效的??面?。?算的已知参?有：料液的流量、温度和?度，最?完成液的?度，加?蒸气的?强和冷凝器中的?强等。 蒸发器的设??算步?多效蒸发的?算一般采用?算法。 （ 1 ） 根据工艺要求及溶液的性?，确定蒸发的操作条件（如加?蒸气?强及冷凝器的?强），蒸发器的形式、流程和效?。 （ 2 ） 根据生?经??据，初步估?各效蒸发量和各效完成液的?度。 （ 3 ） 根据经?假设蒸气通?各效的?强降相等，估算个效溶液沸点和有效总温差。 （ 4 ） 根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和??量。 （ 5 ） 根据??速率方程?算各效的??面?。若求得的各效??面?不相等，??按下面介?的方法重新分配有效温度差，重复步?（ 3) 至（ 5 ），直到所求得各效??面?相等（或?足?先?出的精度要求）?止。 总蒸发量 : hkgxxFW /4167)30.005.01(5000)1( 30 =?=?= 并流加料蒸发中无?外蒸汽引出 , 可设 3.1:2.1:1:: 321 = WWW W=W 1 +W 2 +W 3 =3.5 1 W =4167kg/h 由以上两式可得 : W 1 =1191kg/h; W 2 =1429kg/h; W 3 =1547kg/h; X 1 = 10 WFXF ?× = 11915000 05.05000 ? × =0.067; X 2 = 210 WWFXF ??× = 142911915000 05.05000 ?? × =0.105; X 3 =0.30 二二二二、、、、估?各效溶液的沸点和有效总温差估?各效溶液的沸点和有效总温差估?各效溶液的沸点和有效总温差估?各效溶液的沸点和有效总温差 6 设各效间的?强降相等，?总?强差?： ? =?=?=? KPaPPP K 41728445 '1 各效?力差 KPaPP i 139 3 417 3 ==?=? ? 式中 ? P ---各效加?蒸汽?强与二次蒸气?强之差 KPa ， 1 P ----第一次加?蒸气的?强 KPa / K P -----末效冷凝器中的二次蒸气的?强 KPa 由各效的?力差可求得各效蒸发室的?力 , 即 KPaPPKPaPPPKPaPPP kii 2816713924452306139445 ''31'21'1 ===×?=??==?=??= 由各效的二次蒸汽?强，从手?中查得相?的二次蒸汽温度和汽化潜?列与下表中 : 效? 第一效 第二效 第三效 二次蒸汽?强 P i / (KPa) 306 167 28 二次蒸汽温度 T i / ( ℃) (即下一效加?蒸汽温度) 134.0 114.3 65.2 二次蒸汽的汽化潜? ( 即下一效 加?蒸汽的 r i / ) （ kj/kg ） 2166 2221 2338 多效蒸发中的有效??总温度差可用下式?算： 有效总温度差 ? ? ???=? )( /1 K TTt 式中 t ? ? -----有效总温度差，?各效有效温度差之和，℃。 1 T -----第一效加?蒸气的温度，℃。 / K T -----冷凝器操作?强下二次蒸气的?和温度，℃。 ? ? -------总的温度差?失，?各效温度差?失之和，℃， ? ? = ? ? / + ? ? // + ? ? /// 式中 ? ? / --- 由于溶液的蒸汽?下降而引起的温度差?失，℃， ? ? // ---由于蒸发器?溶液的??强而引起的温度差?失，℃， ? ? /// ----由于管道流体阻力?生?强降而引起的温度差?失，℃， （（（（一一一一））））各效由于溶液的蒸汽?下降所引起的温度差?失各效由于溶液的蒸汽?下降所引起的温度差?失各效由于溶液的蒸汽?下降所引起的温度差?失各效由于溶液的蒸汽?下降所引起的温度差?失 ? / 杜林??（dnhring’srule）:某种溶液的沸点和相同?强下?准液体（一般?水）的沸点呈?性?系。 根据各效二次蒸汽温度（也即相同温度?力水的沸点）和各效完成液的?度 i x ，由?氧化?水溶液的杜林??可查的各效溶液得沸点分??； 7 t A1 =136 ℃ ; t A2 =117 ℃ ; t A3 =81 ℃ ; ?各效由于溶液蒸汽??下降所引起的温度差?失?： /1 ? =136-134=2.0 ℃ /2 ? =117-114.3=2.7 ℃ /3 ? =81-65.2=15.8 ℃ 所以 ? ? / =2.0+2.7+15.8=20.5 ℃ （（（（二二二二））））各效由于溶液??强所因引起的温度差?失各效由于溶液??强所因引起的温度差?失各效由于溶液??强所因引起的温度差?失各效由于溶液??强所因引起的温度差?失 ??便?算，以液?中部点处的?力和沸点代表整个液?的平均?力和平均温度，?根据流体?力学方程，液?的平均?力?： 2 ' gLPP avav ρ += 式中 av P —蒸发器中 液面和底?的平均?强，pa ' P —二次蒸气的?强，即液面处的?强，，pa av ρ —溶液的平均密度， L -液?高度 g-重力加速度， 根据 2 ' gLPP avav ρ += 又因液位高度? 2 米 由 NaOH 水溶液比重?可得下列?据 : NaOH 水溶液密度 (Kg/m 3 ) 330.1,250.1,060.1 321 === avavav ρρρ 2 1'11 gLPP avav ρ += = 2 281.9060.1306 ×× + =316KPa 2 22'2 gLPP avav ρ += = 2 281.9250.1167 ×× + =179KPa 2 33'3 gLPP avav ρ += = 2 281.9330.128 ×× + =41KPa 根据各效溶液平均?强查得??的?和溶液温度? : 1' pav T =135.1 ℃ ; 2' pav T =116.4 ℃ ; 3' pav T =75.6 ℃ 根据 ′′ ? = pmp tt ′ ? 式中 pm t ′ --根据平均?强求取的水的沸点℃， p t --根据二次蒸气?强求得水的沸点℃, 所以 " ? 1 = 1' pav T - T /1 =135.1-134.0=1.1 ℃ " ? 2 = 2' pav T - T /2 =116.4-114.3=2.1 ℃ " ? 3= 3' pav T -T /3 =75.6-65.2=10.4 ℃ 8 ? ? '' =1.1+2.1+10.4=13.6 ℃ （（（（三三三三））））流体阻力?生?降所引起的温度差?失流体阻力?生?降所引起的温度差?失流体阻力?生?降所引起的温度差?失流体阻力?生?降所引起的温度差?失 ''' ? 取经?值1 C° ，即 3'''2'''1''' ?=?=? =0 c ° ，? ? °=? C0 ''' 故蒸发装置得总的温度差?失? ? ? = ? ? / + ? ? '' + ? ? ''' =20.5+13.6+0=34.1 ℃ （（（（四四四四））））各效料夜的温度和有效总温差各效料夜的温度和有效总温差各效料夜的温度和有效总温差各效料夜的温度和有效总温差 由各效二次蒸气?力 i P ' 及温度差?失 i ? ，即可由下式估算各效料夜的温度 i t ， t i =T i/ + i ? =?+?+?=? ///1//1/11 2.0+1.1+0=3.1 C° C°=++=?+?+?=? 8.401.27.2 2'''2"2'2 C°=++=?+?+?=? 2.2604.108.15 3'''3''3'3 各效料夜得温度?： t 1 = 11' ?+ T =134.0+3.1=137.1 ℃， t 2 = 22' ' ?+ T =114.3+4.8=119.1 ℃ ， t 3 = 33' ?+ T =65.2+26.2=91.4 ℃ 有效总温度差? ? ? ???=? )( ' ks TTt 由手?查的 445Kpa ?和蒸气的温度? 147.3 ℃，气化潜?? 2127KJ/kg, 所以 ? ? ???=? )( ' ks TTt =147.3-65.2-34.1=48.0 ℃ 三三三三、、、、加?蒸汽消耗量和各效蒸发水量的?算加?蒸汽消耗量和各效蒸发水量的?算加?蒸汽消耗量和各效蒸发水量的?算加?蒸汽消耗量和各效蒸发水量的?算 第i效的焓衡算式?： 01211 (.....)() pw iiippwcipwiii QDrFcWcWWcttWr ?? ==????×?+ η = 0.94-0.7△x（式中△x?溶液的?度变化，以?量分率表示）。 第i效的蒸发量 i W 的 ?算式? 10121 [(.....)] pw iii iiippwcipwii rtt WDFcWcWWcrr η ?? ? =+???? ′′ 式中 i D ------ 第i效的加?蒸汽量，?无?外蒸汽抽出? i D = 1i W ? i r ------ 第i效加?蒸气的汽化潜? r ′ ------ 第i效二次蒸气的汽化潜? 0 p c ----------- 原料液的比? pw c --------- 水的比? i t ， 1i t ? -------- 分?? 第i效及第i-1效溶液的沸点 i η ----------- 第i效的?利用系?,无因次， ?于沸点?料， 10 tt = ，考?到?氧化?溶液溶液???的影响，? 9 9688.0)05.0066.0(7.098.0 1 =?×?=η 由前面可知道， kgkJrkgkJr /2166,/2127 1'1 == ,代入 111'1111 951.0216621279688.0DDrrDW === η ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.(a) 第二效的?衡算式? : ?????? ??+= 2'2112'2122 )( rttcWFcrrWW pwpo η 9527.0)066.0105.0(7.098.07.098.0 22 =?×?=??= x η 由前面可知道， kgkJrkgkJr /2221,/2166 2'2 == ，所以 7.153897.022211.1191.137)187.498.35000(222121669527.0 1112 += ?????? ??×+×= WWWW ⋯⋯.(b) 第三效的?衡算式? : 8435.0)105.03.0(7.098.07.098.0 33 =?×?=??= x η ?????? ??+= 3'3213'3233 )( rttcWFcrrWW pwpo η 由前面可知道， kgkJrkgkJr /2338,/2221 3'3 == , 所以 1232123 042.09.198760.023384.911.119)187.4187.498.35000(233822218435.0 WWWWWWW ?+= ?????? ???×+= ⋯.(C) 又因 W 1 + W 2 + W 3 =4167 (d) 联立 (a),(b),(c),(d) 式 , 解得 : 1 W =1453Kg/h 2 W =1462Kg/h 3 W =1252Kg/h D 1 = 1530 Kg/h 四四四四、、、、蒸发器的??面?的估算蒸发器的??面?的估算蒸发器的??面?的估算蒸发器的??面?的估算 任意一效的??速率方程? iiii tKQS ?= 式中 i Q --- 第 i 效的??速率， W 。 i K ---- 第 i 效的??系?， W/ （ m 2 , ℃） . i t ? --- 第 i 效的??温度差，℃ S i------- 第 i 效的??面?， m 2 在三效蒸发中，?了便于制造和安装，通常采用各效??面?相等的蒸发器，即 SSSS === 321 各效蒸发器的总??系?： )./(600),./(1200),./(1800 232221 KmWKKmWKKmWK === Q 1 =D 1 r 1 = W 63 10904.03600/1021271530 ×=×× Kg/h 2.101.1373.147 111 =?=?=? tTt ℃ 261111 2.492.10180010904.0mtKQS =××=?= WrWQ 63'112 1087.03600/1021661453 ×=××== CtTtTt 02'1222 9.141.1190.134=?=?=?=? 10 262222 9.489.1412001087.0mtKQS =××=?= 26333332'33363'223 6.659.226001090.0S9.224.913.1141090.03600/1022211462mtKQtTtTtWrWQ =××=?==?=?=?=?×=××== ?差? 255.06.659.4811 maxmin =?=? SS ，?差?大，??整各效得有效温度，重复上述?算?程。 五五五五、、、、有效温差的再分配有效温差的再分配有效温差的再分配有效温差的再分配 平均??面? : 2332211 9.480.489.226.659.149.482.102.49mttStStSS =×+×+×=??+?+?= ? 重新分配有效温度差 : /1 t ? = 11 t S S ?? = C°=× 8.82.10 9 . 56 2.49 /2 t ? = 22 t S S ?? = 8.129.14 9 . 56 9.48 =× ℃ /3 t ? = 33 t S S ?? = 4.269.22 9 . 56 6.65 =× ℃ 六六六六、、、、重复上述?算步?重复上述?算步?重复上述?算步?重复上述?算步? （（（（一一一一）））） ?算各效溶液?度?算各效溶液?度?算各效溶液?度?算各效溶液?度 070.01453500005.05000 101 =?×=?= WFFxx ; 120.014621453500005.05000 2102 =??×=??= WWFFxx ， 3 x =0.3， （（（（二二二二）））） ?算各效溶液沸点?算各效溶液沸点?算各效溶液沸点?算各效溶液沸点 末效溶液沸点和二次蒸汽?强保持不变,各种温度差?失可视?衡值，故末效溶液的沸点 3 t =90.2 ℃ . 而 /3 t ? =27.5 ℃,?第三效加?蒸汽温度（即第二效二次蒸汽温度）? 8.1174.264.91 '332'3 =+=?+== ttTT ℃ 由于第二效二次蒸汽温度?T 2/ =117.8℃,再由X 2 =0.120查杜林曲?得:t A2 =121.7℃, 所以第二效料夜的温度? 8.12301.27.121 2'''2''22 =++=?+?+= A tt ℃ 同理 T 2 = T 1/ = t 2 + /2 t ? =123.8+12.8=136.6 ℃ 11 再由 T 1/ = 136.6 ℃，X 1 =0.07， 查杜林曲?得: t A1 =138.5℃ 6.13901.15.138 1'''1"11 =++=?+?+= A tt ℃ ?明溶液的温度差?失变化不打，不必重新?算，故有效温度差? ? =? 0.48 t ℃ 温度差重新分配后，各效温度情况列于下表: 效次 I II III 加?蒸气温度，℃ 3.147 1 = T 6.136 2 = T 8.117 3 = T 有效温度差，℃ 8.8 '1 =? t 8.12 2' =? t 4.26 3' =? t 料夜温度（沸点），℃ 1 t =139.6 2 t =123.8 3 t =91.4 （（（（三三三三））））各效焓衡算各效焓衡算各效焓衡算各效焓衡算 : CTCTCT °=°= ° = 2.658.1176.136 321 kgkJrkgkJrkgkJr /2338/2211/2159 3'2''1 === 第一效： 97.0)05.007.0(7.098.0 1 =?×?=η 111'1111 95.02159212797.0DDrrDW === η （ 1 ） 第二效： 945.0)07.0120.0(7.098.0 2 =?×?=η ?????? ??+= 2'2112'2122 )( rttcWFcrrWW pwpo η 4.134894.022118.1236.139)187.498.35000(22112159945.0 1112 += ?????? ??×+×= WWWW （ 2 ） 第三效： 854.0)120.03.0(7.098.07.098.0 33 =?×?=??= x η ⋯(3) 又因?： W 1 + W 2 + W 3 =4167Kg/h ⋯(4) 联解（ 1 ） ~ （ 4 ），得 W 1 =1463Kg/h W 2 =1442Kg/h W 3 =1262 Kg/h D =1540Kg/h 与第一次?量恒算所得?果： ?算的相??差均在 0.05 允?范?之?股?算得各效蒸发面?合理。其各效溶液?度无明?变化不必再 12 算。 （（（（四四四四））））蒸发器??面?的?算蒸发器??面?的?算蒸发器??面?的?算蒸发器??面?的?算 Q 1 =D 1 r 1 = Kg/h ℃ ℃ ?差?算得： ；所以?差允?，取平均??面? : 13 七七七七、、、、?算?果?算?果?算?果?算?果 效? 1 2 3 冷凝器 加?蒸汽温度 ( ℃ ) 147.3 136.6 117.8 65.2 操作?强 P i / (KPa) 329 186 28 28 溶液沸点 t i ℃ 139.6 123.8 91.4 完成液?度 (%) 7 12 30 蒸发水量 W i Kg/h 1463 1442 1262 生蒸汽量 D Kg/h 1540 ??面? S i m 2 56.8 56.8 56.8 表中操作?强 按 查得， 按 查得， 第四?第四?第四?第四? 蒸发器的主要?构尺寸?算蒸发器的主要?构尺寸?算蒸发器的主要?构尺寸?算蒸发器的主要?构尺寸?算 一一一一、、、、加?管的??和管?的初步估?加?管的??和管?的初步估?加?管的??和管?的初步估?加?管的??和管?的初步估? 蒸发器加?管?取： ， 的无?钢管 S----蒸发器的??面?，m 2 L---加?管长度，m； d 0 ----加?管外?，m； ?加?管的?格与长度确立后，可由下式初步估算所需管子?n’， 因加?管固定在管板上，考?管板厚度所占据的??面?，??算n’?的管长?用（L—0.1）m. 14 二二二二、、、、循?管的??循?管的??循?管的??循?管的?? 中央循?管式蒸发器的循?管截面?可取加?管总截面?的40%--100%。加?管的总截面?可按n’?算。循?管??以D1表示，?于加?面??小的蒸发器，?去?大的百分?，取加?管的面?70%，? ?取管子的直??： 循?管管长与加?管管长相同?2.0m。 三三三三、、、、加?室直?及加?管?目的确定加?室直?及加?管?目的确定加?室直?及加?管?目的确定加?室直?及加?管?目的确定 加?室的??取决于加?管和循?管的?格、?目及在管板撒?能够的排列方式。 加?管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心?排列。 查表4-4，加?管的管心距 管子按正三角形排列，管束中心?上管? 初步估算加?室??，即 15 其中 取。? 查国家?准?力容器公?直?表和表4-5 ?取加?室壳体?? ，壁厚按加?管的排列方式和管心距作? 通?作?，求得加?管? ，而初步估算其相??差 所以?差不大，?算合理，所以循?管的?格一次?定 。 四四四四、、、、分离室直?与高度的确定分离室直?与高度的确定分离室直?与高度的确定分离室直?与高度的确定 分离室的直?与高度取决于分离室的体?，而分离室的体?又与二次蒸汽的体?流量及蒸发体?强度有?。 分离室体?的?算式? 式中 -----分离室的体?，m 3 ; 16 -----某效蒸发器的二次蒸汽量，kg/h; -----某效蒸发器二次蒸汽密度，Kg/m 3 ， -----蒸发体?强度，m 3 /(m 3 .s);。一般用允?值??方便起见，各效分离室的尺寸取一致。分离室体?宜取其中?大者。 蒸发强度? 因?末效体?最大，故分离室体力? 确定了分离室的体?，其高度与直?符合下列?系， 利用此?系确定高度和直???考?如下原?： (1)分离室的高度与直?之比 。?于中央循?管式蒸发器，其分离室一般不能小于1.8m，以保?足够的?沫分离高度。分离室的直?也不能太少，否?二次蒸汽流速?大，?致?沫???象?重。 (2)在条件允?的情况下，分离室的直??量与加?室相同，?样可使?构??制造方便。 (3)高度和直?都适于施工??的安放。 故? 五五五五、、、、接管尺寸的确定接管尺寸的确定接管尺寸的确定接管尺寸的确定 17 流体?出口的??按下式?算 式中 -----流体的体?流量 m 3 /s ； --------流体的适宜流速 m/s ， 估算出??后，?从管?格表格中?用相近的?准管。 （（（（一一一一）））） 溶液的?出口溶液的?出口溶液的?出口溶液的?出口 ?于并流加料的三效蒸发，第一效溶液流量最大，各效设备尺寸一致，根据第一效溶液流量确定接管。取流体的流速?0.8 m/s； 所以取 ?格管。 （（（（二二二二）））） 加?蒸气?口与二次蒸汽出口加?蒸气?口与二次蒸汽出口加?蒸气?口与二次蒸汽出口加?蒸气?口与二次蒸汽出口 各效?构尺寸一致二次蒸汽体?流量?取各效中?大者。第III效体?流量最大，故 所以取 ?格管。 （（（（三三三三））））冷凝水出口冷凝水出口冷凝水出口冷凝水出口 冷凝水的排出一般属于液体自然流动，接管直??由各效加?蒸气消耗量?大者确定。 18 所以取 ?格管。 第五?第五?第五?第五? 蒸发装置的?助设备蒸发装置的?助设备蒸发装置的?助设备蒸发装置的?助设备 一一一一、、、、气液分离器气液分离器气液分离器气液分离器 蒸发操作?，二次蒸汽中??大量的液体，?在分离室得到初步的分离，但是?了防止?失有用的?品或防止污染冷凝液，?需设置气液分离器，以使?沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，故气液分离器或除沫器。 ???性式除沫器，其工作原理是利用?有液滴的二次蒸汽在突然改变运动方向?，液滴因?性作用而与蒸汽分离。 在?性式除沫器的主要尺寸?系： 由加?蒸气?口与二次蒸汽出口接管尺寸， 所以 所以 二二二二、、、、蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器 蒸汽冷凝器的作用是用冷却水?二次蒸汽冷凝。 二次蒸汽与冷却水直接接触?行?交?，其冷却效果好，?构??，操作方便，价格低廉，因此被广泛采用。 19 所以，?用多孔板式蒸气冷凝器。 （（（（一一一一）））） 冷却水量冷却水量冷却水量冷却水量 根据冷凝器入口蒸汽?强和冷却水?口温度可由?表4-13可查得。 式中， -----冷却水量m 3 /h； -----所需冷凝的蒸汽量，Kg/h 因??算值 值偏低，故设??取 查?4-13， 实际取 （（（（二二二二）））） 冷凝器的直?冷凝器的直?冷凝器的直?冷凝器的直? 20 根据?入冷凝器的二次体?流量，用流量公式求出冷凝器直? 所以? （（（（三三三三））））淋水板的设?淋水板的设?淋水板的设?淋水板的设? (1) 淋水板?： ，淋水板取 4 块 (2) 淋水板间距： L 末 0.15m 又 L 0 =D+(0.15~0.3)m 取 所以取 （ 3 ）弓型淋水板的?度： 21 最上面一块 = （ 0.8~0.9 ） D ， 其他各淋水板 B=D/2+0.05 m 所以 (4) 淋水板堰高 h ： D=300mm<500mm, 所以 h=40mm (5) 淋水孔?： 冷却水循?使用 , 取 d=10mm （ 6 ）淋水孔?： 淋水孔冷却水流速 考?到长期操作易堵 , 最上一板孔?? 其他各板孔?? 22 第六?第六?第六?第六? 主要设备强度?算及校核主要设备强度?算及校核主要设备强度?算及校核主要设备强度?算及校核 筒体厚度?算公式设?厚度 : 设??力 ; : 焊?系? : : 筒体?? ; 材料的?用?力 ,MPa ?力实??用水??? , 公式? --- 容器的有效厚度 ; 23 --- ?筒焊?系? --- ???容器承受?力 ; --- 设?温度下屈服极限 一一一一、、、、 蒸发分离室厚度设?蒸发分离室厚度设?蒸发分离室厚度设?蒸发分离室厚度设? 分离室壳体材料?用 , 查表得设?温度下 , 最小厚度查取 : <3 24 向上整和? , 水??? 所以强度符合，按?准管? D i =1200mm ? 取 12mm 符合要求 封头?用??型封头 , ?厚度 ?焊接方便取封头厚度和筒体厚度相等即 :12mm 二二二二、、、、加?室厚度校核加?室厚度校核加?室厚度校核加?室厚度校核 取 ?行校核 25 即 所以水?实?强度符合要求查?准管，??? 1200mm, 最小壁厚? 12mm, 强度符合要求。 【参考文献】 1. ?敏恒，?德兹等. 化工原理(上、下?)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000 2. 大?理工大学化工原理教研室. 化工原理?程设?. 大?：大?理工大学出版社，1994 3. 柴?敬，?国?，李阿娜. 化工原理?程设?. 天津：天津科学技?出版社，1995 4. ??，汪家鼎等. 化学工程手?，北京：化学工业出版社，1996年 5. 上海医药设?院. 化工工艺设?手?(上、下). 北京：化学工业出版社，1986