三效蒸發(fā)器相關(guān)課程設(shè)計(jì)--講解

1、化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)中南民族大學(xué)化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)學(xué)院:專業(yè)：化學(xué)工程與工藝年級(jí)：2011 級(jí)題目:KNO 3水溶液三效蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 888 學(xué)號(hào)：888888指導(dǎo)教師姓名：_888_職稱:教授2014 年 12 月 29 日化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：KNO水溶液三效蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：41. 年處理能力為7.92 XO t/a KNO 3水溶液；2. 設(shè)備型式中央循環(huán)管式蒸發(fā)器；3. KNO3水溶液的原料液濃度為 8%,完成液濃度為48%，原料液溫度為20T，比熱容為 3.5kJ/(kg. C)；4. 加熱蒸汽壓力為400kPa (絕壓)，冷凝器壓力為20kPa(絕壓);5. 各

2、效加熱蒸汽的總傳熱系數(shù)：K仁2000W/(m2?C) ； K2=1000W/( m2?C)； K3=500W/ / m2?C)；6. 各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。各效傳熱面積相等，并忽 略濃縮熱和熱損失，不計(jì)靜壓效應(yīng)和流體阻力對(duì)沸點(diǎn)的影響；7. 每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)運(yùn)行；設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。2. 蒸發(fā)器和換熱器的工藝計(jì)算：確定蒸發(fā)器、換熱器的傳熱面積。3. 蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。4. 主要輔助設(shè)備選型，包括氣液分離器及換熱器等。5. 繪制KNO3水溶液三效蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡(jiǎn)圖、。姓名：班級(jí)：化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)號(hào)

3、：指導(dǎo)教師簽字：目錄1 概述 11.1 蒸發(fā)簡(jiǎn)介 11.2 蒸發(fā)操作的分類 11.3 蒸發(fā)操作的特點(diǎn) 41.4 蒸發(fā)設(shè)備 42 設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)方案說(shuō)明 52.1 設(shè)計(jì)方案的確定以及蒸發(fā)器選型 52.2 工藝流程簡(jiǎn)介 63. 物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計(jì)算 73.1 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算 73.1.1 估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度 83.1.2 估計(jì)各效蒸發(fā)溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差 83.1.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算 103.1.4 蒸發(fā)器傳熱面積的估算 123.1.5 有效溫度的再分配 123.1.6 重復(fù)上述計(jì)算步驟 133.1.7 計(jì)算結(jié)果 163.1.8 蒸發(fā)器設(shè)備計(jì)算和說(shuō)明 173.1.

4、9 輔助設(shè)備的選擇 193.2 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 233.3 管道管徑的計(jì)算 244 對(duì)本設(shè)計(jì)的自我評(píng)述 241化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)1 概述1.1 蒸發(fā)簡(jiǎn)介在化工、輕工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中，常常需要將溶有固體溶質(zhì)的稀溶液加以濃縮，以 便得到濃溶液（固體產(chǎn)品）或制取溶劑，例如硝酸銨、燒堿、抗生素、食糖等生產(chǎn)以及海水 淡化等。工業(yè)上常用的濃縮方法是蒸發(fā)， 蒸發(fā)是采用加熱的方法， 使含有不揮發(fā)性雜質(zhì) （如 鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過(guò)程。化工生產(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：（1）獲得濃縮的溶液產(chǎn)品；（2）將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、抗生

5、素、糖等產(chǎn)品；（3）脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸 發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積， 使溶液受熱沸騰。 溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而 形成某種循環(huán)流動(dòng)， 被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。 蒸發(fā)器內(nèi)部有足夠的分離空間， 以 除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴， 或裝有適當(dāng)形式的除沫器以除去液沫， 排出的蒸汽可回 收熱量加以利用，或經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝蒸發(fā)過(guò)程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽， 從溶液蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽叫做二次蒸汽。1.2 蒸發(fā)操作的分類按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過(guò)程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過(guò)程。按

6、操作壓力，蒸發(fā)可以分為常壓蒸發(fā)、加壓或減壓蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）在低壓下操作，溶液沸點(diǎn)較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳 熱面積；（2）可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（3）有利于對(duì)熱敏性物料的蒸發(fā)；（4）操作溫度低，熱損失較小。 按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，倘若將加熱蒸汽通入一蒸發(fā)器， 則液體受熱而沸騰，所產(chǎn)生的二次蒸汽，其壓力與溫度比較原加熱蒸汽（生蒸汽）為低。但 此二次蒸汽仍可設(shè)法加以利用。 最普遍的利用方法是將其當(dāng)作加熱蒸汽， 引入另一個(gè)蒸發(fā)器， 只要后者的蒸發(fā)室壓力和溶液沸點(diǎn)均較原來(lái)蒸發(fā)器中為低， 則引入的二次蒸汽仍能起到加熱 作用。 此時(shí)第二

7、個(gè)蒸發(fā)器的加熱室便是第一個(gè)蒸發(fā)器的冷凝器，這就是多效蒸發(fā)的原理。 將多個(gè)蒸發(fā)器這樣連接起來(lái)一同操作，即組成一個(gè)多效蒸發(fā)器。每一蒸發(fā)器稱為一效， 通入生蒸汽的，稱為第一效，利用第一效的二次蒸汽為加熱蒸汽的稱為第二效，以此類推。由于各 效（最后一效除外）的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，提高了生蒸汽的利用率， 節(jié)省了生蒸汽用量，所以，在蒸發(fā)大量水分時(shí)，廣泛采用多效蒸發(fā)，常用的多效蒸發(fā)有雙效、 三效或四效，有的多達(dá)六效。多效蒸發(fā)按加料方式又可分為以下四種： 溶液與蒸汽成并流的方法，簡(jiǎn)稱并流法； 溶液與蒸汽成逆流的方法，簡(jiǎn)稱為逆流法； 溶液與蒸汽在有些效間成并流而在有些效間則成逆流，簡(jiǎn)稱錯(cuò)流法；

8、 I每一效都加入原料液的方法，簡(jiǎn)稱平流法。以三效為例加以說(shuō)明，當(dāng)效數(shù)有所增減時(shí)，其原則不變。（1）并流法不凝性氣怵完成液水圖1三效蒸發(fā)并流加料流程并流法是工業(yè)中最常用的為并流加料法，如圖1所示，溶液流向與蒸汽相同， 即第一效順序流至末效。因?yàn)楹笠恍д舭l(fā)室的壓力較前一效為低，故各效之間可無(wú)須用泵輸送溶液， 此為并流法的優(yōu)點(diǎn)之一。 其另一優(yōu)點(diǎn)為前一效的溶液沸點(diǎn)較后一效的為高，因此當(dāng)溶液自前一效至后一效內(nèi)，即成過(guò)熱狀態(tài)而立即自行蒸發(fā)（常稱為自蒸發(fā)或閃蒸），可以發(fā)生更多的二次蒸汽，使能在次一效蒸發(fā)更多的溶液。其缺點(diǎn)則為最后一效的溶液的濃度較前一效的大，而溫度又較低，粘度增加顯著，因而傳熱系數(shù)就小很多。

9、 這種情況在最末一、 二效尤為嚴(yán)重, 使整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力降低。因此，如果遇到溶液的粘度隨濃度的增大而很快增加的情況，不宜采用并流法。(2) 逆流法圖2三效蒸發(fā)逆流加料流程如圖2所示，原料液由末效流入， 而由泵打入前一效。 逆流法的優(yōu)點(diǎn)在于溶液的濃度愈大時(shí)蒸發(fā)的溫度亦愈高，使各效溶液均不致出現(xiàn)粘度太大的情況，因而傳熱系數(shù)也就不致過(guò)小。其缺點(diǎn)是，除進(jìn)入末效的溶液外，效與效之間皆需用泵輸送溶液，且各效進(jìn)料溫度(末 效除外)都較沸點(diǎn)為低，故與并流法比較，所產(chǎn)生的二次蒸汽量減少。(3) 平流法不翳性氣體圖3三效蒸發(fā)平流加料流程此法是按各效分別進(jìn)料并分別出料的方式進(jìn)行的，如圖3所示。此法適用于在蒸發(fā)

10、過(guò)程中同時(shí)有結(jié)晶體析出的場(chǎng)合。例如食鹽溶液，當(dāng)蒸發(fā)至27%左右的濃度即達(dá)飽 和，若繼續(xù)蒸發(fā)，就有結(jié)晶析出；此結(jié)晶不便在效與效之間輸送，故可采用此種流 程將含結(jié)晶的濃溶液自各效分別取出。(4) 錯(cuò)流法此法的特點(diǎn)是在各效間兼用并流和逆流加料法。例如在三效蒸發(fā)設(shè)備中， 溶液的流向可為3 1 2或2 3 1。此法的目的是利用以上并流法和逆流法的優(yōu)點(diǎn)，克服或減 輕二者的缺點(diǎn)，但其操作比較復(fù)雜。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高， 可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。1.3蒸發(fā)操作的特點(diǎn)從上述對(duì)蒸發(fā)過(guò)程的簡(jiǎn)單介紹可知，常見(jiàn)的

11、蒸發(fā)時(shí)間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰 的傳熱過(guò)程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。 但和一般的傳熱過(guò)程相比， 蒸發(fā)操作又有如下特點(diǎn)：(1) 沸點(diǎn)升高蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在港臺(tái)壓力下溶液的蒸氣壓較同溫 度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點(diǎn)高于純?nèi)芤旱姆悬c(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點(diǎn)的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時(shí)的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儫釡夭睿胰芤旱臐舛仍礁?，這種影響也越顯著。(2) 物料的工藝特性蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時(shí)可能析出晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強(qiáng)的腐蝕性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)工藝

12、設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的問(wèn)題。(3) 節(jié)約能源蒸發(fā)時(shí)汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如何充分利用熱 量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個(gè)問(wèn)題。1.4蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)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(shí)需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器， 它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。 蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括： 使液 沫進(jìn)一步分離的除沫器， 和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。 減壓操作時(shí)還需真空裝置。 茲分 述如下：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)型式。對(duì)常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器， 按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)情況，大致可分為以下

13、兩大類：(1)循環(huán)型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動(dòng)，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:a. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器b. 懸筐式蒸發(fā)器c. 外熱式蒸發(fā)器d. 列文式蒸發(fā)器e強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器其中，前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器。（2）單程型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過(guò)加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時(shí)間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)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：a. 升 膜式蒸發(fā)器b. 降膜式蒸發(fā)器c. 刮板式蒸發(fā)器2設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)方案說(shuō)明2.1設(shè)計(jì)

14、方案的確定以及蒸發(fā)器選型本次設(shè)計(jì)要求采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，在工業(yè)上被稱為標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器（如圖4所示）。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，有標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。它的加熱室由垂直的加熱管束組成，在管束中央有一根直徑很大的管子，稱為中央循環(huán)管。當(dāng)管內(nèi)液體被加熱沸騰時(shí)，中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大；而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下， 溶液由中央循環(huán)管下降， 而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動(dòng)。溶液的循環(huán)流動(dòng)提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強(qiáng)化了蒸發(fā)過(guò)程。為使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積，一般為其余加熱管總截面積的40%100% ;加熱管的高度一

15、般為12m ;加熱管徑多為2575mm之間。但實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，其 循環(huán)速度一般在0.40.5m/s以下；蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不 夠方便。在蒸發(fā)操作中，為保證傳熱的正常進(jìn)行，根據(jù)經(jīng) 驗(yàn),每效分配到的溫差不能小于 57 C。通常，對(duì)于 沸點(diǎn)升高較大的電解質(zhì)溶液，應(yīng)采取23效。由于本次設(shè)計(jì)任務(wù)是處理 KNO3溶液。這種溶液是一種沸 點(diǎn)升高較大的電解質(zhì)，故選用三效蒸發(fā)器。另外，由 于KNO3溶液是一種粘度不大的料液，故多效蒸發(fā)流 程采用并流操作。多效蒸發(fā)器工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是物料衡算、熱2.2工藝流程簡(jiǎn)介圖4中央循環(huán)管式蒸發(fā)器量衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)目有

16、：加熱蒸 氣（生蒸氣）的消耗量，各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳 熱面積等。多效蒸發(fā)器的計(jì)算一般采用迭代計(jì)算法。8去川換拎鞋水 去II換m效蒸發(fā)蠱二次蒸汽去冷卻器冷瓏水 去I換圖5蒸發(fā)工藝流程簡(jiǎn)圖如圖5所示，20C的原料液三臺(tái)列管式換熱器換熱后達(dá)到泡點(diǎn)進(jìn)入第I效蒸發(fā)器，在生蒸汽的給熱下蒸發(fā)大量水蒸氣形成二次蒸汽，同時(shí)生蒸汽損失熱量發(fā)生相變冷凝成水，但此時(shí)其溫度仍很高，是品味很高的熱源， 可做為第川換熱器的熱流體， 由并流加料法的特點(diǎn) 知第n效蒸發(fā)器壓力較第I效為低， 故第I效中產(chǎn)生的大量二次蒸汽作為第n效的加熱蒸汽 進(jìn)入第n效，經(jīng)加熱料液冷凝成冷凝水，但較第I效的冷凝水溫度為低，作為第n換熱器的熱源

17、對(duì)原料液進(jìn)行預(yù)熱。 第n效料液的沸點(diǎn)較第I效為低，故第I效的完成液一進(jìn)入第n效便成過(guò)熱狀態(tài)而立即蒸發(fā)出大量二次蒸汽，同理，該二次蒸氣作為加熱蒸汽進(jìn)入第川效蒸發(fā)器，其冷凝水溫度進(jìn)一步降低，只能作為第I換熱器的熱源，對(duì)常溫下的原料液進(jìn)行初步的預(yù)熱。第川效蒸發(fā)器的二次蒸汽經(jīng)冷卻器冷卻，冷凝成水后回收利用。 從第三效蒸發(fā)器出來(lái)的料液已達(dá)到所需濃度要求，可輸送到儲(chǔ)槽儲(chǔ)存利用。 為實(shí)現(xiàn)能量利用的最大化， 選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，但經(jīng)換熱器I川預(yù)熱后的原料液無(wú)法達(dá)到泡點(diǎn)，故用高溫的過(guò)熱蒸汽在換熱器w中對(duì)原料液進(jìn)行進(jìn)一步加熱使其達(dá)到泡點(diǎn)。3.物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計(jì)算3.1蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算圖6并流加料三效蒸發(fā)的物料衡算及熱量衡算

18、圖3.1.1估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度4年處理量：(7.92 XI0+30X )噸，且每年按照300天計(jì)算，每天24小時(shí)。43-(7.92 10 ) 10F 二300 x 24=11000kg /h總蒸發(fā)量:W=F 1-XX3丿-110001 -008 匕 9166.7kg/hV 0.48；因并流加料，蒸發(fā)中無(wú)額外蒸氣引出，可設(shè)W, :W2 ：W3 二 1:1.1:1.2W2 W3 =3.3W(W W =91667= 2777.8kg/h3.33.3W2=1.1W=1.1 2777.8 = 3055.6kg/h眼=1.酗=1.2 2777.8 = 3333.4kg/hX1FxF -W11000

19、 0.0811000 -2777.8= 0.1070FxX2F _W -W211000 7.0811000 -2777.8 -3055.6= 0.1703x3 =0.483.1.2估計(jì)各效蒸發(fā)溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差設(shè)各效間壓力降相等，則總壓力差為送 AP = R-P： =400-20 = 380 kPa各效間的平均壓力差為R竺=型=126.67 kPa3310由各效的壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力，即:化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)p F = R AP = 400 126.67 = 273.33 kPaF2 = R 2AP =400 226.67 = 146.66 kPaF3 二 PK = 20 kPa由各

20、效的二次蒸氣壓力，從手冊(cè)中可查得相應(yīng)的二次蒸氣的溫度和氣化潛熱列于下表 中。表1二次蒸氣的溫度和氣化潛熱效數(shù)In出二次蒸氣壓力P,kPa273.33146.6620二次蒸氣溫度T,0 C130.2110.560.1(即下一效加熱蒸汽的溫度)二次蒸氣的氣化潛熱n,kJ / kg2177.3 2231.02354.9(即下一效加熱蒸汽的氣化潛熱)(1)各效由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失蒸發(fā)操作常常在加壓或減壓下進(jìn)行，從手冊(cè)中很難直接查到非常壓下的溶液沸點(diǎn)。所以用以下方法估算。Har 0. 0 1 612( 右3)fra 常壓下(101.3kPa)由于溶質(zhì)引起的沸點(diǎn)升高，即溶液的沸點(diǎn)-水的沸點(diǎn) 常壓

21、下水的沸點(diǎn)為100 C。(2)由化工原理上冊(cè)第280頁(yè)無(wú)機(jī)物水溶液在常壓下的沸點(diǎn)表查得常壓下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的KNO 3沸點(diǎn)：表2 KNO3水溶液在常壓下的沸點(diǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/l10.7%17%48%沸點(diǎn)C /tAit100.8101.4105.3經(jīng)查表知400 kPa下飽和蒸汽溫度為 1434C，氣化潛熱為 2138.5 kJ / kga =tAi -10035:2f :：.a0.162 (110.5 273)2(101.4 _100)=1.50 C2231.022177.3 3咤豐2 273) (10000)“97 C2:：3 f ： a2354.90.0162 如 273)(105.3 -10

22、0)=4.05 C由于不考慮液柱靜壓效應(yīng)和流動(dòng)阻力對(duì)沸點(diǎn)的影響，所以總的溫差損失為藝心=占=心4 +心2 +心 3 =0.97 + 1.50 + 4.05 = 6.52(3 )各效料液的溫度和有效總溫差由各效二次蒸氣Pi/及溫度差損失 Ai，即可由下式估算各效料液的溫度ti：t i = AiAt = A； = 0.97 ”CA2 = A2 =1.50 CA3 = A3 = 4.05 C各效料液溫度為tT/ A =130.2 0.97=131.17 C t2 =T2 A2 =110.5 1.50 =112.00 Ct3 =T3A =60.1 4.05 = 64.15 C有效總溫度差二.At Ts

23、 - Tk八 A由手冊(cè)可查得400kPa飽和蒸汽的溫度為143.4 C、氣化潛熱為2138.5kJ/kg，所以、At 二 Ts-Tk - A 二 143.4-60.1-6.52 = 76.78 C3.1.3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算第i效的熱量衡算式為Qi 二 D二 Fc p0 一 W1Cpw 一 W?Cpw 一 .WiCpw itiW當(dāng)無(wú)額外蒸汽抽出時(shí) Dj二WL由上式求得第i效蒸發(fā)水量Wi的計(jì)算式由于忽略溶液的濃縮熱和熱損失，所以熱利用系數(shù)=1Diqw =4.187kJ/(kg C)第I效的蒸發(fā)水量 Wi為D1 n 亠匚t o br +FCp。一1A丿2138.5143.4 -

24、131.17=1D1 11000 3.5 -2177.3 2177.3=0.9822 D216.3D2r2-t2W2 = n.|七+(Fs-Wcpw )12第n效的蒸發(fā)水量 W2為12r2 一W1r2h -12=n T-W&pw ).&2 一2177.3131.17-112.00=1W110003.5-4.187WIL2230.2 112231.0二 0.9400W 330.8對(duì)于第川效，同理可得I D3r3t 2t 3W3 二 z 亠 Fc P0WC1 門Wc 2_p3IL33=n如 +代卩0 W&pw W?Cpw-3一-2231.0“，丄CC2C 廠，CFA/ , ,CFA/12.0063

25、.15 =1W2 11000 3.5-4.187W 一4.187WIL2354.92354.9= 0.8624W4 -0.08500W 781.55又因?yàn)?W1 W2 W391 66g7 h /聯(lián)解上面式，可得W 2914.46kg/h3.1.4蒸發(fā)器傳熱面積的估算Si 二 KAtiW2 = 3070.39kg/hW =3181.73 kg/hD, =2747.06kg/hQD1r1 =2747.06 2138.5 103 3600 =1.6318 106 WAt, =7=143.4-131.17 = 12.230Si 二旦6318 106 =66.71 m2K1 At12000 12.23Q

26、2 二対匚=2914.46 2177.3 1 03=1.7627 106 W/ 3600At2 F 匕 二-t2 =130.2-112.00 = 18.20 C旦7627 10二96.85口2 1000 18.20K2At2Q3 二 W2r2 =3070.39 2231.0 103 360 1.9028 106 WAt3 二T3 -t3 二T2 -t3 =110.5-64.15 = 46.35 CoGG 7 a誤差為1皿=1. =0.311 0.05，誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重Smax96.85復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，使三個(gè)蒸發(fā)器的傳熱面積盡量相等。3.1.5有效溫度的再分配E 他 5 At

27、2 * Ss At3fit66.71 12.23 96.85 18.20 82.11 46.3512.23+18.20+46.35=83.15 m2重新分配有效溫度差，可得51 66 71At11 冬12.23 =9.8 CS83.1552 96.85At2- At218.20=21.2 CS83.15S82 11At33 A346.35 = 45.8 CS83.153.1.6重復(fù)上述計(jì)算步驟3.6.1.1計(jì)算各效料液由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的濃度，即Fx011000 0.08x100.109F -W1 11000 -2914.46Fx011000 7.08cx 2-0.175FM

28、-W211000 -2914.46 -3070.39x3 =0.483.1.6.2計(jì)算各效料液的溫度因末效完成液濃度和二次蒸氣壓力均不變，各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為64.15 C,即t3 =64.15 C則第川效加熱蒸汽的溫度（也即第n效料液二次蒸氣溫度）為T3 =T2 二 t3A3 =64.15 45.8 = 109.95 C在此溫度下汽化潛熱 r2 =2233.4kJ / kg用公式廣J - T： a再次對(duì)料液溫度進(jìn)行估算，一 .162 任 273)22a2(101.4-100)0.0162 (109.95 273)2233.4=1.49 C不計(jì)液柱靜壓力及流動(dòng)阻力而引

29、起的溫度差損失，故第n效料液的溫度為t2 二 T22 =109.95+1.49 =111.44 C同理T； =t2：t2 =111.44 21.2 = 132.64 C在此溫度下汽化潛熱：r1 二 2170.0 kJ / kg2z “0.0162+273)1 = ta :10.0162 (132.64 273)22170.0(100.8-100) = 0.98CtT .：1 =132.64 0.98= 133.62C由于不考慮液柱靜壓和流動(dòng)阻力對(duì)沸點(diǎn)的影響,且溶液溫差損失變化不大，故有效總溫差不變，即、/t =9.8 21.2 45.8 = 76.8 C溫度差重新分配后各效溫度情況列于下表:表

30、3三效蒸發(fā)器各效的溫度效次In出加熱蒸汽溫度，CT1=143.4T1=132.64T2=109.95有效溫度差，C =9.8t2 =21.2/3 二 45.8料液溫度，Ct1=133.62t2=111.44t3=64.153.1.6.3各效的熱量衡算T 132.64 C r； = 2170.0 kJ/kgT2T09.95 Cr2 =2233.4kJ / kgT3 =60.1 Cr3 = 2354.9kJ / kglA,D1r1_ to -鮎W1 = n 廠 + FCp0_l A*丿八2138.5 l/43.4 133.62-=1D1 11000 3.52170.02170.0= 0.9855D

31、1 173.5W2七 Wl+(FCp-WiCpw)Ul.r22 一,2649.22133.62 -111.44=1W11000 3.5-4.187W| 2233.42233.40.9304W1 382.5第川效W3W2RFCp0 - W1Cpw - W2Cpw2232.4 W211000 3.5 -4.187W-4.187W2 111.44 -64.15_2354.92354.9= 0.8643W2 -0.08374W773.1又因?yàn)閃1 W2 W3 =9166.7kg/h聯(lián)解上面式得W 2897.5kg/hW 3078.3kg/hW 3190.9kg/hD 2764.1kg/h與第一次計(jì)算結(jié)

32、果比較，其相對(duì)誤差為2897.512914.46,3078.313070.39,3190.913181.73計(jì)算相對(duì)誤差均在 0.05以下，故各效蒸發(fā)量的計(jì)算結(jié)果合理。其各效溶液無(wú)明顯變化, 不需要重新計(jì)算。3.1.6.4蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算QD1r1 -2764.1 2138.5 1 031.642 1 06 W1113600-0.00582二 0.00258= 0.00288t； =9.8 CQiKi&i1.642 1062000 9.8=83.8m2q2 = W； r尸 28 9 7. 5 2 1 7 03 漲尸61.7471 0 W 2 =21.2 CQ2K2生61.747 10100

33、0 21.2=82.4 m2Q3 二 W2,2 =3078.3 2232.4 103 3600 =1.909 106 W 3 =45.8 C61.909 10500 45.8=83.4 m2誤差為1 -竝 =1 - 空二0.016 U-3600 0.8242 1.2W33190.9_3600pU一 3600 0.1307 1.2為方便起見(jiàn)，各效分離室的尺寸均取一致，所以體積V2V3=5.6514m3二 0.8646 m33=0.4164m3V取最大值V = 5.6514m。分離室的高度和直徑的確定需考慮的原則: H :D =1 2，取H : D =1.5 H _1.8 在允許的條件下，分離室直

34、徑應(yīng)盡量與加熱室相同。n 2根據(jù)V = -D H4可得：H =2.55 mD =1.7 m3.1.9輔助設(shè)備的選擇3.1.9.1氣液分離器根據(jù)蒸氣流速和各氣液體分離器的性能，選擇慣性式除沫器作為氣液分離器。其主要尺寸確定為：除沫器內(nèi)管的直徑D0= 536.6 mm且 D1 :D2 : D1:1 . 52D0，二次蒸汽的管徑除沫器外罩管的直徑D2 =1.5 D1 =1.5 536.6 =804.9mm除沫器外殼的直徑D3=2 D1 =2 536.6 = 1073.2mm除沫器的總高度H = D3 =1073.2 mm除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯xh = 0.5 Di =0.5 536.6 = 268

35、.3mm選取 除沫器內(nèi)管：560 10mm除沫器外罩管：850 20mm除沫器外殼：1220 15mm3.1.9.2蒸汽冷凝器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(jià)值的產(chǎn)品需要回收或會(huì)嚴(yán)重地污染冷卻水時(shí)，應(yīng)采用間壁式冷卻器。當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時(shí)，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進(jìn)行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用，在此選用多層多孔板式冷凝器。3.1.9.3冷卻水量V冷卻水進(jìn)出口壓力為 20 kPa,取冷卻水進(jìn)出口溫度為20 C。由多孔板式蒸汽冷凝器的性能曲線可查得1m3冷卻水可冷卻的蒸汽量為3X=53.0kg/m。Vl理Wv3190.9X 一 53

36、.0-60.21m3/h心=（12山5）晏取VL實(shí)=1.25Vl理=1.25 60.2仁 75.26 nf/h3.1.9.4冷凝器的直徑D根據(jù)進(jìn)入冷凝器的二次蒸氣的體積流量WV =3190.9kg/h，由流量公式計(jì)算冷凝器的直徑：二次蒸氣流速 u為15LI 20m/s，此處取u=20m/s。4Vs43190.9s =0.6572mnu，二 3600 0.1307 20故取 D=680mm3.1.9.5淋水板的設(shè)計(jì)淋水板數(shù)：D -680 mm 500mm,所以取 n =7L9塊，在次取 n = 7塊。淋水板間距：當(dāng) 79 塊板時(shí) L = 0.6L0.7 Ln,L末- 0.15m取 =2.5m根據(jù)

37、 Ln .1 = 0.65Ln 則L2 =0.65L1 =0.65 2.5=1.625mL3 =0.65L2 =0.65 1.625=1.056 mL4 =0.65L3 =0.65 1.056 = 0.686 mL5 =0.65L4 =0.65 0.686 = 0.446mL6 =0.65Ls =0.65 0.446 = 0.290mL7 =0.65L6 =0.65 0.290 = 0.188m L末 0.15m則淋水板間距符合條件。弓形淋水板的寬度：最上面一塊：B(0.8 = 0.9) D,在此取BJ0.9D=0.9 680 = 612 mm其它各塊淋水板：B = 0.5D 50 = 0.5

38、 680 50 = 390mm淋水板堰高:D = 680mm 500mm;h=50 LI 70mm,在此取 h=60mm,淋水板孔徑:冷卻水循環(huán)使用， d=610mm，在此取d=8 mm淋水板孔數(shù):n 0.95 L 0.98，取 n=0.97,=0.80_ 0.82,取 =0.81u0 = n 2gh =0.97 0.812 9.81 60 10； =0.85m/sVL實(shí)75.263600；叭 3600 4 O.。082。85=489.55孔數(shù)應(yīng)取整數(shù)，故為490個(gè)。考慮到長(zhǎng)期操作易堵，則：最上一板孔數(shù) N1 =n (1+12%)=490(1+12%) =548.8 取整為 549 個(gè)其他各板

39、孔數(shù)為2 =n* (1+5%) =490(1+5%) =514.5 取整為515個(gè)。加熱管主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸加熱管(無(wú)縫鋼管)管徑規(guī)格38 2.5 mm加熱管(無(wú)縫鋼管)長(zhǎng)度2.0 m循環(huán)管規(guī)格460 12 mm表8蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定加熱室內(nèi)徑1100 12mm分離室直徑1700mm分離室咼度2550 mm表9氣液分離器結(jié)構(gòu)尺寸的確定氣壓分離器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸除沫器內(nèi)管的直徑560 10mm除沫器外罩管的直徑850 20mm除沫器外殼的直徑除沫器外殼：1100 15mm申1220x15mm除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x265 mm表10蒸汽冷凝器主要結(jié)構(gòu)的確定蒸氣冷凝器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸蒸汽冷

40、凝器類型多層多孔式冷凝器冷卻水量75.26 m3/h冷凝器的直徑D680 mm淋水板數(shù)7淋水板間距Li2.5m淋水板間距l(xiāng)21.625m淋水板間距L31.056m淋水板間距L40.686m淋水板間距L50.446m淋水板間距L60.290m淋水板間距L70.188m弓形淋水板最上面一塊的寬度612 mm其它弓形淋水板的寬度390 mm淋水板堰咼60 mm淋水板孔徑8 mm化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)549515最上一塊淋水板孔數(shù)其它各淋水板孔數(shù)3.2換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)換熱器進(jìn)行物料衡算和熱量衡算得到如下結(jié)果:表11物料計(jì)算結(jié)果效次In出IV管程進(jìn)/出口溫度，0C20/4949.0/76.576.5/98.698.6/133.6殼程進(jìn)/出口溫度，C109.5/57.976.5132.6/81.1143.4/102143.4官程流量kg/s57.93.1殼程流量kg/s0.7680.8050.855管程流體密度kg/m31300殼程流體密度kg/m3950.1932.3922.50.1307管程流體比熱容kJ/ (kg?C)1.869