本科畢業(yè)論文——多效蒸發(fā)太陽能海水淡化設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）30噸/日多效蒸發(fā)太陽能海水淡化蒸發(fā)器設(shè)計張大鵬燕 山 大 學(xué)2010年6月本科畢業(yè)設(shè)計（論文）30噸/日多效蒸發(fā)太陽能海水淡化蒸發(fā)器設(shè)計學(xué)院（系）： 車輛與能源學(xué)院 專 業(yè)： 熱能與動力工程 學(xué)生 姓名： 張大鵬 學(xué) 號： 060113020005 指導(dǎo) 教師： 高殿奎 答辯 日期： 2010年6月25日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 系級教學(xué)單位：熱能與動力工程系 學(xué)號060113020005學(xué)生姓名張大鵬專 業(yè)班 級熱能工程06-（1）班題目題目名稱30噸/日多效蒸發(fā)太陽能海水淡化蒸發(fā)器設(shè)計題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計 （ ）；工程技術(shù)實驗研究型

2、（ ）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）題目類型1.畢業(yè)設(shè)計（ ） 2.論文（ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容1. 完成30噸/日太陽能海水淡化所需太陽能聚光裝置的選材與設(shè)計2. 完成海水淡化所需熱能的熱交換器選型、設(shè)計與計算3. 海水淡化蒸發(fā)器和冷凝器的設(shè)計與計算4. 完成裝置的整體設(shè)計和主要部件的強度校核基本要求1設(shè)計工作要嚴格按照國家太陽能行業(yè)和海水淡化行業(yè)相關(guān)標準及規(guī)范進行2在熟練掌握相關(guān)理論和標準的基礎(chǔ)上，獨立完成所有的設(shè)計內(nèi)容，達到設(shè)計的目標3設(shè)計要求選材合理，結(jié)構(gòu)合理，強度計算

3、完整準確;設(shè)計計算說明書要書寫工整；設(shè)計圖紙要表達清楚準確，圖面簡潔。編制設(shè)計計算說明書，字數(shù)25千字以上，外文資料5千字以上，設(shè)計圖紙繪圖量7a1以上參考資料1太陽能制冷技術(shù) 薛德千編著2太陽灶技術(shù) 任紅琛編著3空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用 蔣能照主編4太陽能利用技術(shù) 羅運俊編著5熱能存儲技術(shù)及應(yīng)用 郭茶秀編著周 次第14周第58周第912周第1315周第1617周應(yīng)完成的內(nèi)容檢索相關(guān)技術(shù)資料，熟悉畢業(yè)課題，完成外文翻譯，完成開題報告完成初步方案設(shè)計，進行儲熱和強度計算完成裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制設(shè)備總圖繪制裝置的零部件圖撰寫設(shè)計說明書畢業(yè)答辯指導(dǎo)教師：高殿奎職稱：教授 年 月 日系級教學(xué)單位審批：

4、 年 月 日摘要摘要本文介紹了多效蒸發(fā)太陽能海水淡化技術(shù)，該技術(shù)基于太陽能集熱技術(shù)和多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)，并結(jié)合了二者的優(yōu)點，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點。系統(tǒng)的闡述了多效蒸發(fā)海水淡化原理，重點討論了多效蒸發(fā)流程、現(xiàn)代太陽能集熱技術(shù)，并進行了詳細的蒸發(fā)工藝計算和太陽能熱力計算，同時對實現(xiàn)海水淡化的輔助設(shè)備（預(yù)熱器、冷凝器、太陽能集熱器）進行了工藝計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)備選型。本文所進行的設(shè)計研究，充分考慮工況要求和成本狀況，使其更有利于實際生產(chǎn)狀況。關(guān)鍵詞 太陽能，多效蒸發(fā)，蒸發(fā)器，海水淡化，集熱器abstractthis article describes the solar multi-effect

5、evaporation desalination technology, the technology is based on solar collector technology and multi-effect evaporation desalination technology, and combines the two advantages of high efficiency, energy saving advantages. system, multi-effect evaporation desalination described the principle of focu

6、sing on the multi-effect evaporation process, the modern solar collector technology, and conduct a detailed calculation and solar thermal evaporation process calculated at the same time supporting the achievement of seawater desalination equipment (preheater , condenser, solar collectors) were calcu

7、lated process, structure design and equipment selection.this design study carried out by full consideration of conditions and the overall cost required to make it more conducive to actual production conditions.n.key words solar multi-effect evaporation evaporator seawater desalination collectorv目錄目錄

8、摘要iabstractii目錄iii第1章 緒論11.1 課題背景11.2 海水淡化的發(fā)展概括21.2.1 國外發(fā)展應(yīng)用概括21.2.2 國內(nèi)海水淡化的現(xiàn)狀21.3 選題的目的和意義31.4 論文的主要內(nèi)容41.5 本章小結(jié)4第2章 多效（三效）蒸發(fā)未知量的估算52.1.多效（三效）蒸發(fā)計算的已知量52.2.多效（三效）蒸發(fā)計算的未知量52.3.未知量的估算52.3.1 估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度52.3.2 估算各效溶液的沸點和有效溫差度62.3.3 估算各效蒸汽量和各效蒸發(fā)水量92.3.4 估算蒸發(fā)器的傳熱面積102.3.5 有效溫度差的再分配112.3.6 重復(fù)上述計算112.3.7 計

9、算結(jié)果數(shù)據(jù)表142.4.本章小結(jié)15第3章 蒸發(fā)流程的設(shè)計163.1 蒸發(fā)流程概述163.2 蒸發(fā)裝置的設(shè)計163.2.1 蒸發(fā)器的形式163.2.2 多效蒸發(fā)的效數(shù)和流程193.3 降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計213.3.1 加熱管的選擇和管數(shù)的計算213.3.2 計算加熱室的直徑和壁厚223.3.3 計算分離室的直徑和高度233.3.4 計算接管尺寸243.4 降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)253.5 預(yù)熱器的設(shè)計與選用253.5.1 熱流量263.5.2 平均傳熱溫差263.5.3 初選換熱器規(guī)格263.5.4 其它結(jié)構(gòu)尺寸273.5.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算273.6 冷凝器的設(shè)計與選用293.6.1 冷卻水

10、量303.6.2 冷凝器的直徑303.6.3 淋水板的設(shè)計303.7 本章小結(jié)31第4章 太陽能集熱裝置的設(shè)計與選用324.1 太陽能集熱器的計算324.2 太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)334.2.1 聚光器334.2.2 接收器344.3 太陽能集熱器的材料354.3.1 殼體材料的技術(shù)要求354.3.2 反光材料的選用354.3.3 支架材料的選用364.4 太陽能集熱器絕熱儲水箱的選型364.4.1 水箱的作用和分類364.4.2 水箱的技術(shù)要求364.4.3 水箱的常用的材料374.4.4 水箱的結(jié)構(gòu)與性能374.5 本章小結(jié)38結(jié)論39參考文獻40致謝42附錄143附錄246附錄349第1章

11、緒論第1章 緒論1.1 課題背景淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)基礎(chǔ)之一。地球表面積約為51億km ，其中海洋面積占708左右，地球上的總水量約有近14億km 。若從地球上人均占有水量來看，水資源是十分豐富的，人類似乎不應(yīng)該有缺水之患。然而，含鹽度太高而不能直接飲用或灌溉的海水占地球上總水量的97以上，僅剩的不到3 的淡水分布也極其不均，有34被凍結(jié)在地球的兩極和高寒地帶的冰川中，其余的從分布上來說，地下水也要比地表水多37倍左右。剩下的存在于河流、湖泊和可供人類直接利用的地下淡水已經(jīng)不足036。就人均占有量來說，中國在水資源方面是一個窮國。據(jù)推算，我國人均占有水量只居世界的第108位。

12、我國海岸線長，一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)均屬缺乏淡水的地區(qū)。長期飲用不符合衛(wèi)生標準的水，會給當(dāng)?shù)鼐用駧砀鞣N疾病，直接影響他們的身體健康和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè)。因此，解決淡水供應(yīng)不足是我國面臨的一個嚴峻問題。為了增大淡水的供應(yīng)，除了采用常規(guī)的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一條有效的途徑就是就近進行海水或苦咸水的淡化。那些用水量分散而且偏遠的地區(qū)更適合用此方法。對海水或苦咸水進行淡化的方法很多，常規(guī)的方法有蒸餾法、離子交換法、滲析法、反滲透膜法以及冷凍法等，但都要消耗大量的燃料或電力。據(jù)報道，截止1990年，全世界已經(jīng)安裝的海水淡化裝置的產(chǎn)水能力為10 10 m d。到2000年，

13、這個數(shù)字已經(jīng)翻了一倍。根據(jù)統(tǒng)計，每天生產(chǎn)13 x 10 m的淡化水，每年需要消耗原油13億t。除去這筆燃料的費用，其帶來的溫室效應(yīng)、空氣污染等問題更為嚴重。因此，利用清潔能源如太陽能等來進行海水淡化，必將受到人們的青睞。1.2 海水淡化的發(fā)展概括1.2.1 國外發(fā)展應(yīng)用概括目前，全世界有一百二十多個國家和地區(qū)采用海水或苦咸水淡化技術(shù)取得淡水，建成的海水淡化廠達一萬多座，平均每日淡化水生產(chǎn)能力約四千萬噸。據(jù)統(tǒng)計，海水淡化系統(tǒng)與生產(chǎn)量以每年10以上的速度在增加。亞洲國家如日本、新加坡、韓國、印尼與中國等也都積極發(fā)展或應(yīng)用海水淡化作為替代水源，以增加自主水源的數(shù)量。全球生產(chǎn)的淡化海水約80用于飲用水

14、，解決了一億多人的供水問題，即世界上平均每60人當(dāng)中就有一人靠淡化水生活。尤其在中東地區(qū)和一些島嶼地區(qū)，淡化水在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。以色列70的飲用水源來自于海水淡化水，2005年日產(chǎn)海水淡化水量達738萬立方米；阿聯(lián)酋飲用水主要依賴海水淡化水，2003年日產(chǎn)海水淡化水量5466萬立方米；意大利西西里島500萬居民，2005年日產(chǎn)海水淡化水量為135萬立方米，約占全部可飲用水源的1520。隨著社會的需求和技術(shù)的發(fā)展，國外海水淡化工程不斷向大型化、規(guī)?；较虬l(fā)展，無論是多級閃蒸，還是多效蒸餾和反滲透，其規(guī)模均已從最初的幾百m3d發(fā)展到現(xiàn)在的幾十萬m3d目前，世界上最大的多級閃蒸海

15、水淡化廠建于沙特阿拉伯的，日產(chǎn)淡水46萬m3；世界上最大的低溫多效海水淡化廠建于塔維拉酋長國，日產(chǎn)淡水24萬m3；世界最大的反滲透海水淡化廠建于以色列南部地中海岸工業(yè)區(qū)的阿什凱隆海水淡化廠，日產(chǎn)淡水33萬m3。在海水淡化規(guī)模不斷增加的同時，海水淡化成本也逐漸降低。其中，典型的大規(guī)模反滲透海水淡化噸水成本己從1985年的102美元降至2005年的48美分。且在成本的組成上，運行及維護，能源消費和投資成本均逐年下降，目前各占總成本的13。1.2.2 國內(nèi)海水淡化的現(xiàn)狀1958年，我國開始了海水淡化工程技術(shù)的研究工作。1967年1969年全國組織海水淡化會戰(zhàn)，同時開展了電滲析、反滲透和蒸餾等多種海水

16、淡化技術(shù)方法的研究。1974年在天津建立了同產(chǎn)100 m3的多級閃蒸實驗裝置，實驗時，同產(chǎn)淡水72 m3。1977年大連工學(xué)院建成了日產(chǎn)10 m3的豎管多效多級蒸發(fā)模擬裝置；1981年建成西沙200m3d電滲析海水淡化裝置；1986年天津大港發(fā)電廠從美國引進2臺每臺日產(chǎn)淡水3000 m3的多級閃蒸裝置，同年在西沙永興島建成日產(chǎn)200 m3、每立方米耗電16度的電滲析淡化站，其規(guī)模為世界之首；1997年2000年期間，先后建成了500m3d、1000m3d反滲透海水淡化裝置：2003年，山東榮成r產(chǎn)10000m3級反滲透海水淡化示范工程一期5000m3d機組建成投產(chǎn)；2004年，低溫多效海水淡化

17、示范工程項目3000m3d低溫多效海水淡化裝置在青島的黃島電廠建成。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2006年6月底，我國已建成投產(chǎn)的海水淡化裝置總數(shù)為4l套，合計產(chǎn)水能力12萬m3d。已建成投產(chǎn)的41套海水淡化裝置，主要分布在山東、遼寧、浙江、河北和天津等地。在國內(nèi)已建成投產(chǎn)的海水淡化裝置中，反滲透法和低溫多效蒸餾法為主流，其產(chǎn)水量占總產(chǎn)水量的95，多級閃蒸蒸餾法(msf)約占5，而電滲析法(med)和壓汽蒸餾(vc)合計尚不足1。從我國實際應(yīng)用情況來看，反滲透海水淡化技術(shù)應(yīng)用于市政供水具有較大優(yōu)勢，而對于具有低品位蒸汽或余熱可利用的電力、石化等企業(yè)來說，制備鍋爐補給水和工藝純水，則采用低溫多效蒸餾技術(shù)。

18、1.3 選題的目的和意義地球雖然水資源豐富，但是可供人類直接享用的淡水總量僅有3000 m3，占陸地水量的0.64%，不足地球總儲水量的十萬分之三。 海洋中卻蘊藏著豐富的淡水，其總量約占海水的97%，相當(dāng)于13.3億立方公里之多，是一個最大而又穩(wěn)定可靠的淡水儲庫。因此，發(fā)展海水淡化技術(shù)，向海水索取淡水已成為現(xiàn)代社會的當(dāng)務(wù)之急。大力發(fā)展海水淡化技術(shù)產(chǎn)業(yè)，對緩解當(dāng)代水資源短缺、供需矛盾日趨突出和環(huán)境污染日益嚴重等系列重大的問題具有深遠的戰(zhàn)略意義。本課題采用太陽能集熱系統(tǒng)與多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)的結(jié)合，用太陽能提供熱量大大降低了成本，提高了效率，具有一定的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。1.4 論文的主要內(nèi)容本文是建立

19、在海水淡化技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，基于多效蒸發(fā)技術(shù)、太陽能集熱技術(shù)，通過對蒸發(fā)器和其他輔助裝置的工藝條件和結(jié)構(gòu)尺寸的計算，來設(shè)計一套三效蒸發(fā)太陽能海水淡化的工藝流程和裝置。1.5 本章小結(jié)本章主要介紹了太陽能海水淡化的國際國內(nèi)背景及歷史，闡述了世界對太陽能海水淡化技術(shù)的需求，總體介紹了本論文的意義。71第2章 多效（三效）蒸發(fā)未知量的估算第2章 多效（三效）蒸發(fā)未知量的估算2.1. 多效（三效）蒸發(fā)計算的已知量秦皇島地區(qū)年平均日照數(shù)約為2489小時，約為每天6小時的有效日照淡水生產(chǎn)量：30t/d總蒸發(fā)量：d=30000kg/6h=5000kg/h海水初濃度：xo =3.45%海水終濃度： x3 =8

20、.625%濃縮比：cr =2.5原料液進料溫度：t0=55加熱水的溫度：t0=99冷凝器內(nèi)的壓力：pk=9kpa冷凝器內(nèi)的溫度：tk=43.3各效總傳熱系數(shù)：k1=1500w/( m2) k2=1400w/( m2)k3=1200w/( m2)2.2. 多效（三效）蒸發(fā)計算的未知量原料液處理量：g ， kg/h各效從海水中蒸發(fā)的蒸汽量： d1 、d2 、d3 ，kg/h各效蒸發(fā)出的蒸汽作為預(yù)熱器中的加熱蒸汽量：e1 、e2 、e3 ，kg/h各效蒸發(fā)出的蒸汽作為下一級蒸發(fā)器的加熱蒸汽量：w1 、w2 、w3 ，kg/h加熱所需熱水量：d0 ，kg/h各效間的溫度差：t1、t2 、t3，2.3.

21、 未知量的估算2.3.1 估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度原料液處理量：g=d/（1x0/x1)=5000/(10.0345/0.08625)=8333.3kg/h造水比和效數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系：=0.8n=0.83=2.4 (其中n為有效數(shù))第一效加熱蒸發(fā)量：d0 =d/=5000/2.4=2083.3 kg/h由于蒸發(fā)過程中存在閃蒸現(xiàn)象，各效從海水中得到的蒸發(fā)量滿足比例關(guān)系： d1 d2 d3 =11.11.2 d= d1+ d2+ d3=3.3 d1 d1 =1515.2kg/h d2 =1666.7kg/h d3 =1818.2kg/h各效完成液濃度： x1=4.22%x2=5.58%x2=8.62

22、52.3.2 估算各效溶液的沸點和有效溫差度2.3.2.1 估算各效壓差設(shè)各效間的壓差相等則總壓差：p=p1pk=809 =71kpa各效間的平均壓差： p1=p/2 =71/2=35.5kpa則各效蒸發(fā)室的壓力：p1=80kpa=80-35.5=44.5kpapk=9kpa由各效的蒸汽壓力，可以查的二次蒸汽的溫度和汽化潛熱：效數(shù)壓力（kpa）溫度（）汽化潛熱（kj/kg）第一效8093.42275第二效44.578.42312第三效943.723932.3.2.2估算各效沸點升高的溫度差損失各效由于沸點升高引起的溫度差損失，根據(jù)各效二次蒸汽溫度和各效完成液的濃度x1,查海水物性數(shù)據(jù)表和手冊，

23、由經(jīng)驗公式得到：=其中：a常壓下（101.3kpa）由于溶液存在引起的沸點升高， 操作壓力下由于溶質(zhì)存在而引起的沸點升高， f 校正系數(shù) t 操作壓力下二次蒸汽的溫度， ri 操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱，kj/kg得則2.3.2.3 估算各效靜壓升高引起的溫度損失由于液體靜壓力而引起的沸點升高，以液層中間的壓力和沸點代表整個液層的平均壓力和平均溫度，則由流體靜力學(xué)方程的：液層的平均壓力：pav=p+其中pav液層平均壓力，kpa p液面處壓力, kpa 液層平均密度，kg/m3 l液層高度,m那么：pav1=p+=80 + = 85.8 kpa pav=p+ =44.5 + =50.4 kp

24、apav=p+ =9 + =15.04 kpa查手冊得平均壓力對應(yīng)的飽和溫度：tav1=95.4 tav2=81.5 tav3=54.0那么：則2.3.2.4 估算各效流動引起得溫度差損失由于液體流動阻力引起的溫度差損失應(yīng)該去經(jīng)驗值1則 =1則蒸發(fā)裝置的總溫度差損失：2.3.2.5 估算有效總溫差由各效二次壓力級溫度差損失，計算各效料液的溫度ti:ti=各效料液的溫度：t1=t+=93.4+3.57=96.97t2= =78.4+4.7=83.1t1=43.7+11.91=55.61那么，有效總溫差：=(93.4-43.7)=29.522.3.3 估算各效蒸汽量和各效蒸發(fā)水量第i效的熱量恒算：

25、其中第i-1效給第i效的加熱蒸汽量，kg/h 第i-1效的加熱蒸汽冷凝潛熱，kj/kg 第i效水在溫度下的氣話潛熱，kj/kg 第i-1效溶液的比熱，kj/(kg)熱利用系數(shù)可取為0.98-0.7（為質(zhì)量分數(shù)表示的溶液組成變化）那么：由第i效流出的濃溶液量：則 2.3.4 估算蒸發(fā)器的傳熱面積蒸發(fā)器傳熱面積：其中，第i效的傳熱效率，第i效的傳熱系數(shù)，)第i效的傳熱面積，第i效的傳熱溫差，則則：則：計算誤差：誤差太大，需要調(diào)整各效的有效溫差2.3.5 有效溫度差的再分配那么，第i效產(chǎn)生的二次蒸汽溫度:2.3.6 重復(fù)上述計算2.3.6.1 估算各效料液的溫度第i效的沸點：其中，假設(shè)各效相等，均為

26、0.5那么，第i效的傳熱溫度差：2.3.6.2 估算各效料液的濃度第i效濃溶液出口濃度：調(diào)整各效從海水中得到的蒸汽量比例：=1.2:1.1:1那么： 2.3.6.3 各效的熱量恒算第i效的熱量恒算：則 第i效預(yù)熱器的蒸汽消耗量：由海水物性數(shù)據(jù)表查的各效預(yù)熱器內(nèi)的海水比熱值，代入數(shù)據(jù)得到各效預(yù)熱器的蒸汽消耗量： 2.3.6.4 估算蒸發(fā)器傳熱面積則則則計算誤差： 平均傳熱面積：2.3.7 計算結(jié)果數(shù)據(jù)表 第i效參數(shù) 1 2 3 ti（）81.2862.6244.01pi（kpa）8044.59xi（%）4.415.938.625ei（kg/h）410368333（）80.361.642.9（）1

27、7.7217.6817.59di(kg/h)1818.21666.71515.2gi(kg/h)6565.14848.43333.2wi(kg/h)1906.11594.81501.12.4. 本章小結(jié)本章通過對秦皇島地區(qū)海水淡化數(shù)據(jù)的收集，依據(jù)多效蒸發(fā)計算的理論對該地區(qū)所需多效蒸發(fā)太陽能設(shè)備的參數(shù)進行了計算。第3章 蒸發(fā)流程的設(shè)計第3章 蒸發(fā)流程的設(shè)計3.1 蒸發(fā)流程概述蒸發(fā)是化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中常用的一種單元操作，其目的主要是獲得濃縮的溶液，有時也為得到純凈的溶劑。為充分利用熱能，生產(chǎn)上普遍采用多效蒸發(fā)。蒸發(fā)裝置的設(shè)計任務(wù)是：確定蒸發(fā)操作條件；蒸發(fā)器的形式及蒸發(fā)流程；進行工藝

28、計算；確定蒸發(fā)器的傳熱面積及結(jié)構(gòu)尺寸以及強度計算；附屬設(shè)備選型；最后用流程圖、設(shè)備圖和設(shè)計書表達設(shè)計者的設(shè)計思想和全部設(shè)計內(nèi)容。一項好的蒸發(fā)裝置設(shè)計，除了必須要滿足工藝要求以外，還要合理利用熱能，降低蒸發(fā)過程的能耗，以便提高蒸汽利用的經(jīng)濟性。為了減少設(shè)備投資費及操作費用，提高設(shè)備生產(chǎn)能力，為此選擇一個合理的流程、設(shè)備形式及操作條件甚為重要。3.2 蒸發(fā)裝置的設(shè)計3.2.1 蒸發(fā)器的形式工業(yè)上為了適應(yīng)各種不同的需要，發(fā)展了多種形式的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是蒸發(fā)的主要設(shè)備，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。它的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分汽化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸汽，并使之與所夾帶的液

29、滴和霧沫相分離。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進一步分離的除沫器和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需要真空裝置。由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)形式。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：（1） 循環(huán)型蒸發(fā)器 特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度，操作穩(wěn)定。 此類蒸發(fā)器主要有；1. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 2. 懸筐式蒸發(fā)器 3.外加熱式蒸發(fā)器 4. 列文式蒸發(fā)器 5. 強制循環(huán)式蒸發(fā)器（2） 單程式蒸發(fā)器特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱器，不進行循環(huán)。優(yōu)點：溶停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)，溫

30、度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。缺點：設(shè)計和操作不當(dāng)時溶液不易成膜，熱流量將明顯下降，不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。此類蒸發(fā)器主要有：1. 降膜式蒸發(fā)器 2. 升膜式蒸發(fā)器 3. 刮板式蒸發(fā)器 4. 升降膜式蒸發(fā)器這些蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)不同，性能各異，均有各自的特點和適用場合。我們本著選用最佳蒸發(fā)器的原則選應(yīng)用較為普遍的降膜式蒸發(fā)器。降膜式蒸發(fā)器如圖 31所示，其工作原理是：原料液由加熱室頂部加入，經(jīng)分離分布后，沿管壁呈膜狀向下流動，汽液混合物由加熱管底部排出進入分離室，完成液由分離室底部排出。設(shè)計和操作降膜式蒸發(fā)器的要點是使料液在加熱管內(nèi)壁形成均勻液膜，并且不能讓二次蒸汽由管上竄出。常用的分布器

31、形式如圖32所示。 圖32 降膜式蒸發(fā)器的液體分布裝置圖32中左邊所示的分布器是用一根有螺旋形溝槽的導(dǎo)流柱使液體均勻分布到內(nèi)管壁上；中間所示的分布器是利用導(dǎo)流桿均勻分布液體，導(dǎo)流桿下部設(shè)計成圓錐形，且底部向內(nèi)凹，以免使錐體斜面下流的液體再向中央聚集；右邊所示的分布器是使液體通過齒縫分布到加熱器內(nèi)壁成膜狀下流。降膜式蒸發(fā)器大多數(shù)情況下被用于蒸發(fā)粘度較大、濃度較高的溶液，但不適用于處理易結(jié)晶和易結(jié)垢的溶液，這是因為這種溶液形成均勻液膜比較困難，傳熱系數(shù)不高。所以對于本設(shè)計而言，海水的預(yù)處理是必須的，這樣可以減少設(shè)備內(nèi)結(jié)垢，提高設(shè)備壽命。3.2.2 多效蒸發(fā)的效數(shù)和流程3.2.2.1 效數(shù)的確定在實

32、際工業(yè)生產(chǎn)中，大多采用多效蒸發(fā)，其目的是為了降低蒸汽的消耗量，從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟性。表32為不同蒸發(fā)裝置的蒸汽消耗量，其中實際消耗量包括蒸發(fā)裝置的各項熱損失。效數(shù) 理論蒸汽消耗量 實際蒸汽消耗量蒸發(fā)1kg水所需的蒸汽量1kg蒸汽所能蒸發(fā)的水量蒸發(fā)1kg水所需的蒸汽量1kg蒸汽所能蒸發(fā)的水量裝置再增加一效所能節(jié)約的蒸汽量 1 1.0 1 1.1 0.91 93 2 0.5 2 0.57 1.754 30 3 0.33 3 2.5 2.5 25 4 0.25 4 0.3 3.33 10 5 0.2 5 0.27 3.7 7 表32 不同效數(shù)蒸發(fā)裝置的蒸汽消耗量由表32中數(shù)據(jù)可以看到，隨著效數(shù)的

33、增加，單位蒸汽的消耗量會減小，但是有效溫度差也會減小，使設(shè)備投資費用增大。因此，必須選擇合理的蒸發(fā)效數(shù)，使操作費和設(shè)備費之和最少。具體而言，在多效蒸發(fā)中隨效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時所消耗的蒸汽量在減小，使操作費用下降。但效數(shù)越多，設(shè)備的固定投資越大，設(shè)備的折舊費就越高，而且隨效數(shù)的增加，所節(jié)約的蒸餾越來越少。如從一效改為二效時，蒸汽節(jié)約93%，但從四效改為五效，僅節(jié)約10%。最合適的效數(shù)是使操作費和設(shè)備費的總和最小。在技術(shù)上，蒸發(fā)器裝置的效數(shù)過多，蒸發(fā)器操作將不能順利的進行。在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽的壓力和冷凝器的壓力都有一定的限制。因此，在一定的操作條件下，蒸發(fā)器的理論總溫差為一定值。當(dāng)效數(shù)

34、增加時，由于各效溫差損失總和的增加，使總有效溫差減小，分配到各效的有效的溫差有可能小至無法保證各效料液的正常沸騰，蒸發(fā)操作將難于進行。所以，綜上考慮，由日產(chǎn)淡水30噸確定選用三效蒸發(fā)較為合適。3.2.2.2 多效蒸發(fā)流程的選擇多效蒸發(fā)操作蒸汽和物料的流向有多種組合，根據(jù)加熱蒸汽和料液流向的不同，多效蒸發(fā)的操作流程可分為以下幾類；并流：料液與加熱蒸汽的流向相同逆流：料液流動方向和加熱蒸汽的流向相反平流：每一效都單獨平行加入料液錯流：料液與加熱蒸汽在有些效間并流，在有些效間逆流根據(jù)題目的工藝參數(shù)要求，我們選用并流蒸發(fā)流程。這種流程有如下優(yōu)點：1. 由于各效的真空度依次增大，故料液在各效之間的輸送不

35、必用泵，而是靠兩相鄰效之間的壓差自然流動； 2. 由于各效溫度依次降低，故料液從前一效流經(jīng)下一效時發(fā)生過熱現(xiàn)象（閃蒸）； 3. 對于濃度大、粘度大的物料而言，后幾效的傳熱系數(shù)比較低，由于濃度大，沸點高，各效不容易維持較大的溫度差，不利于傳熱。但是對于海水淡化而言，濃度變化的影響很小。3.2.2.3 蒸發(fā)的輔助設(shè)備（1）蒸汽冷凝器 蒸汽冷凝器的作用是使二次蒸汽冷凝成水排出。冷凝器有間壁式冷凝器和接觸式冷凝器兩種。間壁式冷凝器可采用列管式換熱器。混合式冷凝器在蒸發(fā)過程中應(yīng)用最為廣泛。（2）除沫器在蒸發(fā)器的分離室中二次蒸汽與液體分離后，其中還會夾帶著液滴，需要進一步的分離以防有用產(chǎn)品的損失或冷凝液被

36、污染，因此在蒸發(fā)器的頂部設(shè)置設(shè)置除沫器。二次蒸汽經(jīng)除沫器后從蒸發(fā)器引出，也可在蒸發(fā)器外設(shè)置專門的除沫器3.3 降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計降膜蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸：1. 加熱室、分離室的高度2. 加熱室、分離室的直徑3. 加熱管的規(guī)格和長度4. 加熱管在管板上的排列方式3.3.1 加熱管的選擇和管數(shù)的計算蒸發(fā)器的加熱管通常選用252.5mm、382.5mm、573.5mm、等幾種規(guī)格的無縫鋼管，加熱管的長度一般為0.62m。加熱管長度的選擇根據(jù)溶液結(jié)垢的難易程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮，易結(jié)垢和易起泡溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)設(shè)計任務(wù)和溶液性質(zhì)，對加熱管的選型：根據(jù)經(jīng)驗選?。?73.5mm

37、，長度l=1.1m的加熱管。計算所需的管子數(shù)：n=s/d0(l-0.1)其中： s蒸發(fā)器的傳熱面積，m2 d0加熱管外徑，m l加熱管長度，m則： n =49.3/0.057(3.5-0.1)=110.2(根)圓整到 n =1103.3.2 計算加熱室的直徑和壁厚加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管的規(guī)格、數(shù)目和排列方式。加熱管在管板上的排列方式選用三角形排列。加熱管外d0（mm）19 2538 57管心距（mm） 25 32 48 70表33 不同直徑加熱管對應(yīng)的管心距管心距 t 是相鄰兩個中心線之間的距離，t 一般為加熱管的外徑的1.251.5倍，目前在換熱器設(shè)計中，管心距的數(shù)據(jù)已經(jīng)標準化，只要管子規(guī)

38、格確定，相應(yīng)的管心距就是定值。由表中可以查得，我們選用的管子管心距是： t =70mm管子按照正三角形排列時，計算管束中心線上管數(shù)ne 可用下面的公式： ne =1.1 =1.1 =11.5（根）圓整為： ne = 12（根）計算加熱室內(nèi)徑： d1 = t (ne - 1) +2 b其中： d1加熱室內(nèi)徑，mm則： d1 = 70（12 - 1）+21.557 =941mm加熱室的內(nèi)徑是941mm，可取壁厚12mm 3.3.3 計算分離室的直徑和高度分離室的直徑和高度取決于分離室的體積，同時，分離室的體積又與二次蒸汽的體積流量和蒸汽體積流量和蒸汽體積強度有關(guān)。 v = w/3600u 其中：

39、v分離室的體積，m3. w蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h 蒸發(fā)器的二次蒸汽的密度，kg/ m3 u 蒸發(fā)體積強度，m3/ (m3s) 。即每立方米分離室體積每秒所產(chǎn)生的二次蒸汽量。一般允許值為1.11.5 m3/ (m3s) 。取1.2 m3/ (m3s).各效蒸汽溫度不相同，對應(yīng)的密度也不相同，可取各效分離室的尺寸一致分離室體積宜取較大者。則 取確定高度和直徑的關(guān)系時考慮以下原則：（1） 分離室的高度和直徑之比h/d =12.對于降膜蒸發(fā)器來說，其分離室一般不能小于0.6m，以保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也不能太小，否則二次蒸汽流速太大，會導(dǎo)致霧沫夾帶。（2） 在條件允許的情況下，分離

40、室的直徑盡量與加熱室相同，這樣可以使結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。（3） 高度和直徑都適合施工現(xiàn)場的安放?；谝陨显瓌t，在此我們可初步確定為： h/d =1那么： h = d = 1.95m3.3.4 計算接管尺寸計算流體進出口接管的內(nèi)徑：d =其中：vs流體的體積流量，m3/s u流體的適宜流速，m/s自然流動強制流動飽和蒸汽空氣及其他氣體0.8 150.08 0.1520 3015 20 表34 常見流體的適宜流速（m/s） u取 1.0 m/s vs = =1.4210-3 m/s d= =42.5mm由于第一效料液的流量最大，若各效料液采用相同的尺寸，則可根據(jù)第一效的料液的流量來確定接管的尺寸。

41、取標準管573.5mm二次蒸汽出口的接管：為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)尺寸，二次蒸汽出口的接管尺寸應(yīng)以末效（體積流量最大）的出口尺寸作為標準： vs = =7.02m/s飽和蒸汽流速u取 30m/s d= =545.8mm取標準管53010mm3.4 降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)3.5 預(yù)熱器的設(shè)計與選用海水的流量為11110kg/h，設(shè)海水經(jīng)過每個預(yù)熱器之后溫度升高15.海水的比熱容為3.9 kj/kg，初始溫度為253.5.1 熱流量q=wcp t =111103.915=6.49105 kj/h=180.47kw w1= =285.27 kj/hw2 =280.71 kj/hw3 =271.32 kj/h3.5.2

42、 平均傳熱溫差tm1 =80.3-55=25.3tm2 =61.6-40=21.6tm3 =42.9-25=17.93.5.3 初選換熱器規(guī)格根據(jù)兩流體的情況，k=400 w/()則：s1 = = =17.83s2 = = =20.89s3 = = =25.21為了保證各效的換熱效果，三個預(yù)熱器都采用統(tǒng)一的換熱面積（取換熱面積較大者）。根據(jù)換熱器選用標準選用如下規(guī)格換熱器：公稱直徑：d=400mm管程數(shù)：np=2換熱管數(shù)量：n=102換熱管長：l=3000mm換熱面積：s0=23.2不銹鋼耐酸鋼管：252.5mm管程通道截面積：f=0.00973.5.4 其它結(jié)構(gòu)尺寸換熱管應(yīng)用三角形排列方式，

43、中心距為32mm,中心排管數(shù)為9采用弓形折流板，圓缺率為25%，折流板間距為300mm,厚度為3mm拉桿定距桿的結(jié)構(gòu)：拉桿直徑為16mm,數(shù)量為43.5.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算3.5.5.1 壁厚的確定取設(shè)計溫度為100，pc =1.0mpa選取16 mnr 鋼板為桶形材料，t =170 mpa= = =1.13mm設(shè)計厚度：=+ c2 =1.13+2=3.13mm對16 mnr 鋼板，鋼板負偏差c1 =0.00mm,因此取=4.00mm，通過查鋼板規(guī)格取得=6.00mm 。檢查=6.00mm時t 無變化，取6mm合適。3.5.5.2 換熱器管箱及封頭厚度選用標準橢圓封頭管箱。橢圓封頭受力均勻

44、，應(yīng)用廣泛。由于管程壓力為0.3mpa，可取設(shè)計壓力為0.5mpa，顯然曲=6.00mm強度足夠。3.5.5.3 進出水管的設(shè)計查表選取殼程dn =125mm 取i=200mm 管程dn =100mm 取i=150mm接管與殼體，管箱殼體連接的結(jié)構(gòu)形式，采用插入式焊接結(jié)構(gòu)，且接管不得凸出于殼體的內(nèi)表面。3.5.5.4 開孔補強的計算本接管外徑均大于89mm，需要進行開孔補強。本設(shè)計采用補強圈補強的形式，開孔的位置均在圓筒上。 a管箱短節(jié)開孔補強及校核 b開孔補強采用等面積不強法，由于工藝設(shè)計給定的接管尺寸，選用標準管1084，選20號熱軋?zhí)妓劁摴?180mpa，1084，c2 =1.00mm接

45、管計算厚度：st = = =0.21mm接管有效厚度：set =snt c2-c1=4-1-40.15 =2.4mm開孔直徑：d=di + 2 c =100+21.6 = 103.2mm接管有效補寬度：b= 2d =2103.2 =206.4mm接管外側(cè)有效補強高度：h1 = = =20.32mm需要的補強面積：a =ds =103.21.56 =161 mm2可以作為補強面積的為：a1 =（b-d）(se-s)=(206.4-103.2)(4-1.56)=251.8 mm2該接管補強的強度足夠，不需令設(shè)補強結(jié)構(gòu)。 c.殼體接管開孔補強及校核 d.開孔補強采用等面積補強法。由于工藝計算給定的接

46、管尺寸選用標準管1334，選20號熱軋?zhí)妓劁摴?130mpa，1334，c2 =1.00mm接管計算厚度：st= = =0.51mm接管有效厚度：set =snt c2-c1=4-1-40.15 =2.4mm開孔直徑：d=di + 2 c =125+2(1+40.15)=128.2mm接管有效補寬度：b= 2d =2128.2=256.4mm接管外側(cè)有效補強高度:h1 =22.65mm需要的補強面積：a =ds =128.2 1.56=200 mm2可以作為補強面積的為：a1 =（b-d）(se-s)=(256.4-128.2)(4-1.56)=312.81 mm2a2 =2h(set- st

47、) fr =222.65(2.4-0.51) 130/170 =65.21 mm2該接管補強的強度足夠，不需令設(shè)補強結(jié)構(gòu)。3.5.5.5 管板選用管板兼作法蘭。管板與法蘭連接的密封面為凹凸面。查表初選管板尺寸為b=3d/4=18.7mm取管板厚度為25mm3.6 冷凝器的設(shè)計與選用蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝，當(dāng)二次蒸汽為有價值的產(chǎn)品需要回收或嚴重污染冷卻水時，應(yīng)采用間壁式冷卻器，如列管式、板式、螺旋骨式及淋水管式等熱交換器。當(dāng)二次蒸汽與冷卻水直接接觸進行熱交換，其冷凝效果好、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉，因此被廣泛采用。直接接觸式冷凝器多孔板式。水簾式、填充塔式及水噴射式等。多層

48、多孔板式冷凝器是目前廣泛使用的型式之一，其結(jié)構(gòu)如圖所示：冷凝器內(nèi)部裝有49塊不等距的多孔板，冷卻水通過板上小孔分散成液滴而與二次蒸汽接觸，接觸面積大，冷凝效果好。但多孔板易堵塞，二次蒸汽在折流過程中壓力增大，所以也采用壓力較小的單層多扎板式冷凝器。但冷凝器效果較差。根據(jù)本設(shè)計的需要，我們選用多層孔板式蒸汽冷凝器。3.6.1 冷卻水量根據(jù)板式冷凝器的性能曲線，由冷凝器進口蒸汽壓力和冷卻水進口溫度可查得1m3 冷卻水可冷卻的蒸汽量x kg，則：vl= wv/x =1515.2/20=75.8 kg/h3.6.2 冷凝器的直徑根據(jù)冷凝器直徑與蒸汽流量關(guān)系曲線，由蒸汽流量和蒸汽壓力查得冷凝器的直徑d可

49、取500mm3.6.3 淋水板的設(shè)計淋水板數(shù)：根據(jù)規(guī)定，當(dāng)d500mm時，取46塊；當(dāng)d500mm時，取79塊.這里我們?nèi)?塊較為合適。淋水板間距：當(dāng)淋水板取79塊時，ln+1=(0.60.7) ln, l70.15m弓形淋水板的寬帶：最上面的一塊 b=（0.80.9）d m，其它各板b=0.5d+0.05 mb1=0.4m b2=b3=b4=b5=b6=b7=0.3 m淋水板堰高h：當(dāng)d500mm時，h=40mm；當(dāng)d500mm時，h=5070mm。這里我們?nèi)≥^小值50mm較為合適。淋水板孔徑：若冷卻水質(zhì)較好或冷卻水不循環(huán)使用時，d可取45mm；反之，可取610mm。這里為防止堵塞，我們選用5mm較為合適.淋水板孔徑：淋水孔流速u0可采用下式計算：u0 =淋水板的阻力系數(shù)，=0.950.98水流收縮系數(shù)，=0.80.82h淋水板堰高，mu0 =0.950.8=0.75 m淋水孔數(shù) n= = =1430考慮到長期操作時易造成孔的堵塞，最上層板的實際淋水孔數(shù)應(yīng)加大10%15%，其他各孔板數(shù)應(yīng)加大5%。淋水板采用正三角形排列。3.7 本章小結(jié)本章進行了蒸發(fā)器流程的設(shè)計，通過計算及查表完成了包括蒸發(fā)裝置的設(shè)計與選用、