年產(chǎn)4.0萬噸碳酸鉀蒸發(fā)車間設(shè)計

1、河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書河 北 工 業(yè) 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書姓 名： 學(xué) 號： 院 系： 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目：年產(chǎn)4.0萬噸碳酸鉀蒸發(fā)車間設(shè)計指導(dǎo)教師： 評閱者： 年 月 日題目：年產(chǎn)4.0萬噸碳酸鉀蒸發(fā)車間設(shè)計摘要： 碳酸鉀是一種重要的無機基礎(chǔ)化工原料，主要用于電視玻殼、化肥脫碳、電焊條、制藥、雙氧水、電影膠片、搪瓷、印染、鉀玻璃等行業(yè)。目前國內(nèi)碳酸鉀生產(chǎn)的主要方法是離子交換法。本文介紹了碳酸鉀的國內(nèi)外生產(chǎn)和需求概況。然后，介紹了本次設(shè)計的工藝流程和工藝計算。 此外，原料及動力的消耗、車間布置以及節(jié)能環(huán)保的設(shè)計等也是本次設(shè)計的重要組成部分。關(guān)鍵詞： 碳

2、酸鉀；離子交換法；工藝計算；畢業(yè)設(shè)計中文摘要第 2 頁 共 54 頁河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書畢業(yè)設(shè)計外文摘要title ：evaporation workshop design of potassium carbonate producing 4.0x107kg/yabstractpotash carbonate was an important foundation of inorganic chemical raw materials, mainly for the tv glass-shells, chemical, pharmaceutical, decarbur

3、ization, wire hydrogen peroxide, film, enamel, printing and dyeing, potassium glass etc. at present domestic potash production main methods are ion exchange. this design has introduced the potash production and demand at home and abroad and also introduced existing production processes and equipment

4、 of the main trend.then, the design has introduced the technological process and craft calculation. in addition, the raw material and power consumption, workshop layout and energy-saving design is an important part of the design.keywords：potassium carbonate ；ion exchange；process calculation ； 目 次1、引

5、言51.1 碳酸鉀概況61.2 碳酸鉀的生產(chǎn)現(xiàn)狀61.3本次工藝設(shè)計流程及設(shè)備簡介72、 工藝流程描述112.1離子交換法生產(chǎn)碳酸鉀簡介112.2碳酸鉀的生產(chǎn)工藝流程123、 蒸發(fā)工段物料衡算與熱量衡算133.1 物料衡算133.2 熱量衡算134、 蒸發(fā)器加熱室結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算184.1 加熱室中換熱管的排布及殼體直徑的計算184.2 效加熱室強度計算195、 蒸發(fā)器分離室結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算245.1 效分離室尺寸的確定及強度計算245.2 效分離室尺寸的確定及強度計算305.3 效分離室尺寸的確定及強度計算356、 蒸發(fā)器有關(guān)接管管徑的計算396.1 效蒸發(fā)器有關(guān)接管直徑的計算396.2

6、 效蒸發(fā)器有關(guān)接管直徑的計算426.3 效蒸發(fā)器有關(guān)接管直徑的計算447、 預(yù)熱器的設(shè)計477.1 第一預(yù)熱器的設(shè)計477.2 第二預(yù)熱器的設(shè)計488、 大氣冷凝器的設(shè)計498.1根據(jù)需要選用多孔板冷凝器498.2所需冷卻水量的求取498.3冷凝器直徑d的求取498.4多孔淋水板的設(shè)計508.5冷凝器的安裝要求519、 泵的選型52設(shè)計總結(jié)53參考文獻：54致 謝551、引言20世紀(jì)90年代，隨著世界范圍內(nèi)電視機特別是家用計算機需求的迅猛增加，刺激和推動了碳酸鉀生產(chǎn)與市場持續(xù)走強，世界各地掀起了新建或擴建碳酸鉀裝置的熱潮。1995年世界碳酸鉀生產(chǎn)能力約為50萬噸，產(chǎn)量約30萬噸；2000年生產(chǎn)

7、能力約為72萬噸，產(chǎn)量5萬噸左右。目前世界碳酸鉀主要生產(chǎn)國家和地區(qū)為美國、西歐、中國、日本和韓國。主要進口國有英國、荷蘭、比利時、意大利等；主要出口國有德國、西班牙、韓國、美國等。其中美國現(xiàn)有生產(chǎn)能力達到18.5萬t/a,開工率在90%以上；日本碳酸鉀總生產(chǎn)能力達到8萬t/a但仍不能滿足國內(nèi)需求,每年需從國外大量進口；韓國和我國臺灣近幾年也擴大了碳酸鉀生產(chǎn)能力；歐洲地區(qū)（主要國家為法國、德國、比利時、意大利、西班牙等）碳酸鉀總生產(chǎn)能力已增加到15萬t/a,基本能夠滿足該地區(qū)需求增長。美國碳酸鉀最大市場是用作電視機和計算機顯示器陰極射線管玻璃中的鉀離子源和其它特種玻璃,此兩項約占總消費量的50%

8、,用于制造鉀類化合物占14%,橡膠助劑占10%,食品、醫(yī)藥各占6%,其它14%；日本碳酸鉀60%以上用于陰極射線管,10%20%用于食品,其它用于生產(chǎn)鉀類化合物、醫(yī)藥、農(nóng)藥等,近幾年新開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域是高濃縮洗衣粉,用量增長幅度將會逐年增大。我國碳酸鉀生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時采用的是草木灰法，這種方法由于受到原料的限制，產(chǎn)品質(zhì)量差，成本高；60年代發(fā)展成為呂布蘭法，但其存在工藝流程長，產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點；隨后的電解法能耗又非常高；直到70年代初，為了適應(yīng)中國化肥等工業(yè)的迅速發(fā)展，才由山東魯南化肥廠和山東曲埠師范學(xué)院在我國首創(chuàng)了原料易得、工藝流程短、產(chǎn)品純度高的離子交換技術(shù)，并于1975年4

9、月建成中國第一套工業(yè)裝置。1978年，該技術(shù)榮獲全國科技大會獎。該技術(shù)的開發(fā)成功大大推動了我國碳酸鉀行業(yè)的發(fā)展。到1995年我國碳酸鉀生產(chǎn)能力為7萬噸，2000年增加到15萬噸，年均增長率碳酸鉀生產(chǎn)工藝中離子交換過程的實驗研究高達16.5，超過日本成為亞洲最大的碳酸鉀生產(chǎn)國。目前主要生產(chǎn)廠家有山東魯南化學(xué)工業(yè)集團(1萬t/a)、山西文通鉀鹽有限責(zé)任公司（10萬t/a）、成都化工股份有限公司(1.2萬t/a)、浙江大洋化工廠(2.5萬t/a)、河北眺山化工廠（2.5萬t/a）、河北辛集化工集團（1萬t/a）、鄭州方泰化工有限責(zé)任公司（1萬t/a）、天津大港遠景化工福利廠（0.5萬t/a）等11。

10、1.1 碳酸鉀概況1.1.1碳酸鉀性質(zhì)碳酸鉀屬于單斜晶系，分子式為k2co3，白色粉末狀、細顆粒狀結(jié)晶或圓型小球，相對密度2.428，熔點891，易溶于水，其水溶液呈堿性，不溶于乙醇和醚，有很強的吸濕性，易結(jié)塊，長期與空氣接觸易吸收二氧化碳而成碳酸氫鉀。1.1.2碳酸鉀用途碳酸鉀是一種重要的無機基礎(chǔ)化工原料，主要用于電子行業(yè)電視機顯像管玻殼、化肥行業(yè)原料氣脫碳、橡膠行業(yè)的防老化。此外，其在石油煉制、泡花堿、印染、膠片、顯影、陶瓷、鉀玻璃、農(nóng)藥、醫(yī)藥、味精、食品等行業(yè)的應(yīng)用也越來越普遍12。近年來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，特別是電子計算機和彩色電視機生產(chǎn)線的不斷引進，碳酸鉀的需求量與日俱增，其發(fā)展有

11、著廣泛、良好的前景13。1.2 碳酸鉀的生產(chǎn)現(xiàn)狀從1950年代至今，世界碳酸鉀生產(chǎn)工藝依次經(jīng)歷了草木灰法、路布蘭法、電解法、有機胺法、離子交換法和離子膜電解碳化法。前4種方法因產(chǎn)品質(zhì)量差、工藝復(fù)雜、能耗高、不適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等因素，于1970年代初即被淘汰。后兩種工藝是目前普遏采用的方法，我國主要采用離子交換法，國外主要采用離子膜電解碳化法。1.2.1離子交換法1970年代初開發(fā)成功，對我國碳成鉀行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。目前除了成都化工股份有限公司以外，國內(nèi)碳酸鉀生產(chǎn)廠全部采用該法。主要工藝流程為:以氯化鉀為原料配制精鹽水，以氨水、二氧化碳為原料制備碳胺液，二者通過陽離子交換樹脂床進行交換

12、，收集液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、碳化結(jié)晶、離心分離、鍛燒熱解、干操即可制得符合標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鉀產(chǎn)品。主要優(yōu)點是工藝流程簡單，投資少，產(chǎn)品質(zhì)量好，技術(shù)成熟可靠，能夠充分利用合成氮生產(chǎn)過程中的過剩氨水和多余放空的二氧化碳氣，氨廠聯(lián)產(chǎn)，成本較低。缺點是碳酸鉀母液濃度低，蒸發(fā)濃縮能耗較高;二是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)品氯化銨廢水，因濃度太低無法全部回收利用，不符合清潔生產(chǎn)要求。隨著環(huán)保法規(guī)的越來越嚴格，生產(chǎn)廠必須增建氯化氮回收裝置，但因其溶液濃度較低，腐蝕性較強，對回收設(shè)備要求高，回收成本高，再加上氯化按產(chǎn)品市場不好，生產(chǎn)廠積極性不高。目前除了山西文通、魯化廠進行了氯化銨回收外，其它廠未見有回收的報道。離子交換法經(jīng)過幾

13、十年的技術(shù)改造，工藝流程得以不斷改進，各項工藝指標(biāo)基本達到最優(yōu)化，進一步挖潛降耗的幅度較小14。1.2.2離子膜電解碳化法該法是世界發(fā)達國家普遍采用的技術(shù)。1990年，成都化工股份有限公司從美國引進10kt/a組氯化鉀(可產(chǎn)12kt/a碳酸鉀)的離子膜電解裝置，并采用日本流化床碳化干操技術(shù)，建成我國第一套也是目前唯一一套離子膜電解碳化法碳酸鉀生產(chǎn)裝置。其工藝流程為:將精制為超純鹽水的氯化鉀溶液泵至電解槽通電電解，分別得到氯氣、氫氣，在陰極生產(chǎn)32%一35%的氫氧化鉀，流至堿液循環(huán)槽，大部分堿液用泵循環(huán)并加人無離子水后再進人電解槽陰極室，成品堿液送至蒸發(fā)工段濃縮至48%，在流化床內(nèi)與高溫(650

14、)二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鉀，經(jīng)降溫、結(jié)晶即為成品。該法優(yōu)點是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，雜質(zhì)容易控制，松密度高，流程短，生產(chǎn)自動化程度高，三廢少，維護檢修簡單，易于操作，適合大型工業(yè)化生產(chǎn)。主要缺點是投資大，需要引進國外技術(shù)和設(shè)備15。1.2.3國內(nèi)新工藝開發(fā)我國現(xiàn)行碳酸鉀生產(chǎn)工藝中，無論是國內(nèi)自主開發(fā)、普遍采用的離子交換法，還是引進的所謂具有國際先進水平的離子膜電解碳化法，在實際生產(chǎn)中均表現(xiàn)出比較明顯的缺點或不足，不適應(yīng)該行業(yè)的快速發(fā)展5。1.3本次工藝設(shè)計流程及設(shè)備簡介1.3.1 蒸發(fā)器的選擇蒸發(fā)是濃縮溶液的單元操作，是使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶灌中溶質(zhì)濃度提高的單元操作。蒸發(fā)所采

15、用的設(shè)備為蒸發(fā)器。蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于化工、輕工、食品、制藥、原子能及冶金、電子等工業(yè)中。蒸發(fā)器的種類很多，常見的有中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、懸筐式蒸發(fā)器和外加熱式蒸發(fā)器等，新式的蒸發(fā)器又有l(wèi)型蒸發(fā)器。其中，降膜蒸發(fā)器以其獨有的優(yōu)越性，在食品、醫(yī)藥、海水淡化及化工的各個行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。降膜蒸發(fā)是溶液在重力、離心力、界面剪力的作用下，沿管內(nèi)壁呈膜狀向下流動，在流動過程中溶劑吸熱汽化從而使溶液濃縮的單元操作，相應(yīng)的設(shè)備就是降膜蒸發(fā)器。同其它類型的蒸發(fā)器相比，降膜蒸發(fā)器具有以下顯著特點: 16 17 181、有較高的傳熱系數(shù)。由于溶液沿管壁旱傳熱效果較好的膜狀流動，液膜很薄且有波動性，有利于液膜與

16、管壁間的傳熱。2、傳熱溫差損失小。因為降膜蒸發(fā)器沒有因液位靜壓引起的沸點升高而帶來的溫差損失，且料液是在熱交換管內(nèi)流動過程中而被逐漸蒸濃的，一般情況下料液一次性通過管子即可達到蒸濃的要求，因此溶液沸點升高引起的溫并損失較小。在總推動力不變的前提下，使有效傳熱溫差變大。3、易于實現(xiàn)多效操作。降膜蒸發(fā)器傳熱溫差損失小，提高了總有效傳熱溫差;另外降膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)高，在傳熱量及傳熱面積不變的情況下，所需的傳熱溫差就較低，因而易于實現(xiàn)多效蒸發(fā)。4、易于處理熱敏性物料。溶液往往一次通過加熱室即可達到要求，停留時間短，特別適合于處理牛奶、果汁、抗生素、醫(yī)藥中間體等熱敏性物料。5、適用于處理易起泡的物料。降膜

17、蒸發(fā)器汽化表面很大，因而二次蒸汽中的霧沫夾帶少。6、不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢和粘度很大的溶液。發(fā)生上述情況時將破壞溶液在管內(nèi)成膜，從而使傳熱效率大大降低。而且，對于管內(nèi)蒸發(fā)的豎管降膜蒸發(fā)器，所用管子往往內(nèi)徑不大，而管長很長，因而清洗困難。7、必須安裝料液成膜裝置。為了使料液對每根換熱管均勻分配，并使料液在管內(nèi)可均勻布膜，蒸發(fā)管頂部必須安裝液體分布器和料液成膜裝置。同時必須嚴格控制蒸發(fā)管的垂直度。本次設(shè)計擬采用將膜蒸發(fā)器。料液出口二次汽料液進口生蒸汽汽1.3.2蒸發(fā)效數(shù)的確定多效蒸發(fā)受如下因素制約，使其效數(shù)受到一定限制：1、設(shè)備投資與設(shè)備折舊費的限制，設(shè)備投資幾乎與效數(shù)成正比增加，而能耗的下降（蒸

18、汽耗量與水耗量的減少）卻與效數(shù)成反比，當(dāng)因節(jié)能而省下的開支不足以補償設(shè)備折舊費的增加時，增加效數(shù)失去經(jīng)濟價值，在投資有限時，其效數(shù)也受限制。2、隨著效數(shù)增加，溫度差損失加大。有些溶液的蒸發(fā)，若設(shè)計效數(shù)過多，還可能出現(xiàn)總溫度差損失等于甚至大于總理論溫度差的極端情況。3、隨著效數(shù)的增加，蒸發(fā)強度下降，設(shè)備投資費用增大：而且加熱蒸汽的經(jīng)濟性提高的幅度降低。4、對于自然循環(huán)蒸發(fā)器來說，當(dāng)有效溫差過小時，不能維持自然循環(huán)，一般要求大于57，因此限制了效數(shù)的增加。 本次設(shè)計擬采用三效蒸發(fā)裝置。1.3.3三效蒸發(fā)系統(tǒng)流程的選擇在多效蒸發(fā)中，可選用溶液的順流、逆流、平流和混流操作19 20。流程的選擇，應(yīng)根據(jù)

19、溶液的特性、操作方便及經(jīng)濟程度來定19。采用順流流程是最常見的流程。因為后一效的壓力低，溶液的沸點也低，當(dāng)溶液由前一效進入后一效時，會有因過熱而自行蒸發(fā)，稱為閃蒸。因而后一效有可能比前一效產(chǎn)生更多的二次蒸汽。同時由于效間壓差的存在，效間的過料不需用泵，可一節(jié)約電能消耗，其缺點是對于粘度隨濃度迅速增加的溶液不能適用。對于逆流操作，料液從末效加入，依次由泵送入前一效。后一效的溶液進入前一效時，其溫度低于該效的沸點，溶液濃度加大，蒸發(fā)的溫度升高。因此各效的粘度差別不會很大，傳熱系數(shù)人致相同。但是各效之間都要用泵，設(shè)備較復(fù)雜，且增加了能耗。同時由于溶液從后一效進到前一效時，液溫低于送入效的沸點，有時需

20、要補充加熱，否則產(chǎn)生的二次蒸汽量將逐級減少。該流程適用于粘度隨溫度變化較大的物料，但不適用于熱敏性物料。從理論上講,三效逆流比三效順流更合理,因為逆流過程中的余熱利用較方便。但是實踐發(fā)現(xiàn): 在逆流流程中, 由于第效是在溫度、壓力和濃度都較高的惡劣環(huán)境下運行, 設(shè)備腐蝕速度較快,而第、效的設(shè)備腐蝕不大。為了減輕第效蒸發(fā)器的腐蝕狀況, 宜采用三效順流工藝流程,這樣就使得第效在高溫、低濃度下運行, 而末效則在低溫、高濃度下運行, 從而緩解了對設(shè)備的腐蝕。所以,碳酸鉀溶液的蒸發(fā)宜采用三效順流工藝流程。1.3.4工藝流程簡圖三效順流蒸發(fā)工藝流程示意圖2、 工藝流程描述2.1離子交換法生產(chǎn)碳酸鉀簡介連續(xù)離

21、子交換技術(shù)是80年代開發(fā)的完全革新的分離工藝技術(shù),經(jīng)過不斷地改進和完善,目前已成功地應(yīng)用在醫(yī)藥、化工、化肥等不同產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的離子交換柱相比,其設(shè)備緊湊、系統(tǒng)簡化、管道縮減并且占地面積少;與固定床相比,樹脂消耗量減少(5090)%,再生劑、沖洗水消耗降低;由于非間斷操作下的連續(xù)運轉(zhuǎn),產(chǎn)品的成分、濃度保持基本穩(wěn)定;具有良好的操作彈性,可根據(jù)生產(chǎn)負荷的變化自動調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度;在生產(chǎn)過程中基本無三廢排放。離子交換法目前為國內(nèi)大部分碳酸鉀生產(chǎn)企業(yè)所采用，其主要工藝流程為:以氯化鉀為原料配制精鹽水,以氨水、二氧化碳為原料制備碳銨溶液,二者通過陽離子交換樹脂床進行交換,收集液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、碳化結(jié)晶、離心

22、分離、煅燒熱解、干燥即可制得符合標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鉀產(chǎn)品。反應(yīng)（式中r為樹脂分子骨架部分）如下kr+nh4hco3nh4r+khco3nh4r+kclkr+nh4cl2khco3k2co3+co2+h2o這種方法的主要優(yōu)點是工藝流程簡單,投資少,產(chǎn)品質(zhì)量好,技術(shù)成熟可靠,成本較低。缺點一是碳酸鉀母液濃度低,蒸發(fā)濃縮能耗較高；二是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量氯化銨廢水,因濃度太低全部回收利用困難,不符合清潔生產(chǎn)要求。2.2碳酸鉀的生產(chǎn)工藝流程用離子交換完成液預(yù)熱后，在解吸塔中分解揮氨，然后進入三效蒸發(fā)單元，蒸發(fā)完成液進入二氧化碳吸收塔，碳酸鉀全部被碳酸化為碳酸氫鉀。碳酸化所用的二氧化碳氣來自煅燒石灰石，解吸塔分解

23、的氨氣被氨吸收塔吸收為氨水做配液循環(huán)使用。再將生產(chǎn)出來的碳酸氫鉀進行重結(jié)晶，經(jīng)分離機離心分離，進入沸騰床干燥，最后經(jīng)包裝便可得到產(chǎn)品。離子交換法流程簡圖目前國內(nèi)碳酸鉀生產(chǎn)的主要方法是離子交換法。這種方法工藝流程簡單,技術(shù)成熟可靠,投資少,產(chǎn)品質(zhì)量好,成本較低.3、 蒸發(fā)工段物料衡算與熱量衡算3.1 物料衡算已知條件：年產(chǎn)碳酸氫鉀4萬噸，除去大修、停車時間，假設(shè)設(shè)備的年工作日為300天，即工作時間數(shù)為7200小時，則年產(chǎn)量。經(jīng)離子交換工段生成濃度約為10%的碳酸氫鉀溶液，進入蒸發(fā)工段，則碳酸氫鉀溶液的初始濃度x0=10%，故原料處理量。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，經(jīng)三效蒸發(fā)后碳酸氫鉀濃度為x3=58%，故三效

24、總蒸水量。3.2 熱量衡算3.2.1 初算各效傳熱面積(1) 總有效傳熱溫差的計算根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗及指導(dǎo)老師建議，并考慮到鍋爐壓力、管道腐蝕等，確定效加熱生蒸汽壓強為p1=500kpa（絕壓，以下同），溫度為151.7，考慮到管道傳熱損失，確定效生蒸汽溫度為t1=151。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，確定效二次蒸汽壓強為p3=15 kpa，溫度為t3=53.5；確定原料液經(jīng)預(yù)熱后預(yù)熱到t0=90后，進入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)溶液的沸點升高為式中 由于不揮發(fā)溶質(zhì)的存在引起的沸點升高， 由于液柱靜壓力引起的沸點升高，由于管道流動阻力引起的沸點升高，由于本設(shè)計選用降膜蒸發(fā)器，故可忽略不計；由于三效蒸發(fā)器間隔距離較近，管道流動

25、阻力較小，可忽略.根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，初步估算各效因不揮發(fā)溶質(zhì)存在造成的沸點升高為 總有效傳熱溫差為(2) 總有效溫差在各效的預(yù)分配按等傳熱溫差原則近似分配各效溫差，取 計算各效汽、液相溫度公式如下： 通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，匯總各效二次蒸汽相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下表 二次蒸汽效數(shù)絕對壓力（kpa）溫度（）汽化熱r(kj/kg)0（生蒸汽）500.0151.02113.2223.7123.52195.585.795.02273.915.053.52370.0 由熱量衡算求各效水分蒸發(fā)量因為蒸發(fā)器中碳酸鉀分解熱較小，故在熱量衡算中忽略不計。由方程組計算各效蒸水量及效加熱蒸汽消耗量。由于沒有查到有關(guān)不同碳酸氫鉀溶液比

26、熱容確定的資料和公式，此處暫用水的比熱容代替，即將表中物性數(shù)據(jù)代入上方程組得解此方程組得 計算各效蒸發(fā)器傳熱面積根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗初定各效傳熱系數(shù)為、。有上述數(shù)據(jù)計算各效蒸發(fā)器傳熱面積如下：因各效傳熱面積相差較大，故進行重新計算。3.2.2 復(fù)算各效傳熱面積(1) 重新分配總有效傳熱溫差 (2) 重新計算各效汽液相溫度根據(jù)重新分配的各效溫差計算各效氣液相溫度如下： 通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，匯總各效二次蒸汽相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下表 二次蒸汽效數(shù)絕對壓力(kpa)溫度()汽化熱r（kj/kg）0（生蒸汽）500.0151.02113.2262.11292173.6110.72102.52249.015.053.52

27、370.0(3) 由熱量衡算重新各效水分蒸發(fā)量同理，由如下方程組解得 (4) 復(fù)算各效蒸發(fā)器傳熱面積傳熱系數(shù)同上復(fù)算計算各效蒸發(fā)器傳熱面積如下：因各效傳熱面積比較接近，故取傳熱面積為(5) 核算各效傳熱系數(shù)核算各效蒸發(fā)器傳熱系數(shù)如下各效傳熱系數(shù)經(jīng)核算后與原估計值相差很小，故計算結(jié)果可取。4、 蒸發(fā)器加熱室結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算4.1 加熱室中換熱管的排布及殼體直徑的計算本設(shè)計采用換熱管為383.0、全管長6米的不銹鋼換熱管?？紤]到上下管板各自厚度大約為0.04m，以及換熱管突出下管板的長度約為3mm，故換熱管的有效換熱長度為：。每根換熱管的有效傳熱面積為：所需換熱管總數(shù)約為：本蒸發(fā)器中換熱管按正六

28、邊形排列，通過查gb151并為了獲得較大的操作彈性，選擇所需管子總數(shù)最大為517根的排列方式，其正六邊形的數(shù)目為12，對角線上換熱管數(shù)為25，六角形內(nèi)管數(shù)為469根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，查得38的換熱管中心距。最外層管子的中心到殼體內(nèi)壁的距離。殼體內(nèi)徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整后取。4.2 效加熱室強度計算4.2.1 效加熱室壁厚計算及水壓試驗校核(1) 加熱室設(shè)計條件效加熱室設(shè)計條件如下名稱管程殼程工作介質(zhì)碳酸氫鉀混合溶液蒸汽，冷凝水工作壓力 kpa0500工作溫度 進口90151 出口131設(shè)計壓力 kpa550550設(shè)計溫度 150150傳熱面積 360(2) 蒸發(fā)器壁厚計算及水壓試驗校核蒸發(fā)器筒體、封頭及所有附

29、件、管道組成件的材料均選擇為不銹鋼0cr18ni10ti 筒體壁厚計算內(nèi)壓筒體厚度計算式為 式中 ：計算厚度 ：計算壓力 ：焊接接頭系數(shù) 此處取=1 ：設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力 ，此處取150下材料的許用應(yīng)力為137 ：筒體內(nèi)徑 查表得不銹鋼鋼板負偏差 因為材料為不銹鋼，且碳酸鉀料液腐蝕比較輕微，所以選取腐蝕裕量 筒體的名義厚度為。因選用高合金鋼做換熱設(shè)備，故綜合考慮后取 封頭壁厚計算本設(shè)計中所有蒸發(fā)器均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其厚度計算式為 、封頭的名義厚度為。取封頭壁厚與筒體的壁厚相同，為，直邊高度為。水壓試驗壓力及強度校核a) 水壓試驗壓力按下式計算 式中 : 內(nèi)壓容器的試驗壓力， ：設(shè)計壓

30、力， ：試驗溫度下材料許用應(yīng)力， ：設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力， 又試驗壓力下的筒體的薄膜應(yīng)力 式中 ：鋼板的有效厚度， ：常溫下材料的屈服極限， 所以殼程試驗安全。b) 管程水壓試驗壓力及強度校核與殼程計算過程類似，此處不再贅述，經(jīng)計算，管程試驗壓力下的筒體薄膜應(yīng)力為管程水壓試驗安全。4.2.2 結(jié)果匯總?cè)д舭l(fā)器加熱室內(nèi)徑均為，均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，筒體、封頭壁厚均為，封頭直邊高度為4.2.3 加熱室管板的確定因加熱室選用的換熱管規(guī)格為383.0，故加熱室管板最小厚度選取管板厚度為40 材料為0cr18ni10ti，管板兼做法蘭。4.2.4 折流板設(shè)計折流板缺口弦高取取折流板間距為，共設(shè)五塊，則

31、其無支撐跨距，由此確定折流板厚度板外徑為4.2.5 拉桿設(shè)計選用拉桿直徑為16 共設(shè)6跟，均布在管束的外邊緣。4.2.6 膨脹節(jié)的設(shè)計波形膨脹節(jié) zdl型 4.2.7 布膜器設(shè)計4.2.8 開孔補強計算以效加熱室出料口6306的開孔為例進行補強計算(1) 補強方法判別：開孔直徑，滿足等面積發(fā)開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。(2) 開孔所需補強面積 式中 : 筒體計算厚度， ：接管厚度 此處 ：接管有效厚度， ：強度削弱系數(shù)，因殼體材料與接管材料相同，故 (3) 有效補強范圍 有效寬度b按下式計算，取二者之中較大值計算得 有效高度的計算 a外側(cè)有效高度按下式計算，取二者之

32、中較小值 故 b. 內(nèi)側(cè)有效高度按下式計算，取二者之中較小值 故(4) 有效補強面積 筒體多余金屬面積 筒體有效厚度 筒體多余金屬面積按下式計算 接管多余金屬面積 接管計算厚度 接管多余金屬面積 接管區(qū)焊縫面積（焊腳?。?有效補強范圍 開孔后不需另行補強。 因本效蒸發(fā)器加熱室中各接管厚度相同，最大開孔不需要補強，所以所有接管都不需另行補強。4.2.9 支座的選取采用a型懸掛式支座，四個考慮水壓試驗時設(shè)備總重量支座承受載荷據(jù)jb/t4712.3-2007 選a4-螺栓分布圓直徑5、 蒸發(fā)器分離室結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算各效分離室筒體、封頭及所有附件、管道組成件的材料均選擇為不銹鋼0cr18ni10ti

33、5.1 效分離室尺寸的確定及強度計算5.1.1 效分離室直徑及高度的計算各效分離室中蒸汽速度可按下式估算 式中 ：蒸發(fā)室中蒸汽平均上升速度 、 ：溶液和蒸汽的密度 ：霧沫攜帶因子，對于水溶液取為效分離室中，129下， 。 圓整后得。 筒體高度5.1.2 效分離室壁厚計算及水壓試驗校核本效分離器設(shè)計壓力 0.278，設(shè)計溫度147.4。(1) 筒體壁厚計算內(nèi)壓筒體厚度計算式為 式中 ：計算厚度 ：計算壓力 ：焊接接頭系數(shù) 此處取=1 ：設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力 ，此處取150下材料的許用應(yīng)力為137 ：筒體內(nèi)徑 查表得不銹鋼鋼板負偏差 因為材料為不銹鋼，且碳酸鉀料液腐蝕比較輕微，所以選取腐蝕裕量

34、筒體的名義厚度為。因選用高合金鋼做換熱設(shè)備，故綜合考慮后取(2) 橢圓封頭壁厚計算本設(shè)計中所有蒸發(fā)器均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其厚度計算式為 因，所以。、封頭的名義厚度為。取封頭壁厚與筒體的壁厚相同，為，直邊高度為。(3) 90折邊錐形封頭壁厚計算當(dāng)，可用簡化式計算90折邊錐形封頭壁厚，即折邊半徑時，查得 ， 名義厚度為，取封頭壁厚與筒體的壁厚相同，為，直邊高度為。(4) 水壓試驗壓力及強度校核水壓試驗壓力按下式計算 式中 : 內(nèi)壓容器的試驗壓力， ：設(shè)計壓力， ：試驗溫度下材料許用應(yīng)力， ：設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力， 又試驗壓力下的筒體的薄膜應(yīng)力 式中 ：鋼板的有效厚度， ：常溫下材料的屈服極限，

35、 所以殼程試驗安全。5.1.3 開孔補強計算以本分離室二次蒸汽出汽口的開孔為例進行補強計算(1) 補強方法判別：開孔直徑，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。(2) 開孔所需補強面積 式中 : 筒體計算厚度， ：接管厚度 此處 ：接管有效厚度， ：強度削弱系數(shù)，因殼體材料與接管材料相同，故 (3) 有效補強范圍 有效寬度b按下式計算，取二者之中較大值。計算得 有效高度的計算 a外側(cè)有效高度按下式計算，取二者之中較小值。 故 b. 內(nèi)側(cè)有效高度按下式計算，取二者之中較小值 故 (4) 有效補強面積 筒體多余金屬面積 筒體有效厚度 筒體多余金屬面積按下式計算 接管多

36、余金屬面積 接管計算厚度 接管多余金屬面積 接管區(qū)焊縫面積（焊腳?。?有效補強范圍 開孔后不需另行補強。 因本效蒸發(fā)器分離室中各接管厚度相同，最大開孔不需要補強，所以所有接管都不需另行補強。5.1.4支座的選擇采用a型懸掛式支座， 選用4個支座考慮水壓試驗時設(shè)備總重量約為支座承受載荷據(jù)jb/t4712.3-2007 選耳式支座a6-螺栓分布圓直徑5.1.5 視鏡的選擇據(jù)hgj501-86-20,選視鏡pn1.0 dn100，兩個。5.1.6 折流式除沫器的設(shè)計確保蒸汽每折流一次流通面積是逐漸擴大的。蒸汽出口管徑升氣管導(dǎo)流筒短節(jié)5.2 效分離室尺寸的確定及強度計算5.2.1 效分離室直徑及高度的

37、計算效分離室中 ，102.5下， 。 圓整后得。 筒體高度5.2.2 效分離室壁厚計算及水壓試驗校核本效分離器設(shè)計壓力，設(shè)計溫度102.5。 (1) 筒體壁厚計算內(nèi)壓筒體厚度計算式為 式中 ：計算厚度 ：計算壓力 ：焊接接頭系數(shù) 此處取=1 ：設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力 ，此處取150下材料的許用應(yīng)力為137 ：筒體內(nèi)徑 因，所以。查表得不銹鋼鋼板負偏差 因為材料為不銹鋼，且碳酸鉀料液腐蝕比較輕微，所以選取腐蝕裕量 筒體的名義厚度為。因選用高合金鋼做換熱設(shè)備，故綜合考慮后取 (2) 封頭壁厚計算本設(shè)計中所有蒸發(fā)器均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其厚度計算式為 因，所以。、封頭的名義厚度為。取封頭壁厚與筒體

38、的壁厚相同，為，直邊高度為。 (3) 90折邊錐形封頭壁厚計算當(dāng)，可用簡化式計算90折邊錐形封頭壁厚，即折邊半徑時，查得 因，所以。 ， 名義厚度為，取封頭壁厚與筒體的壁厚相同，為，直邊高度為。 (4) 水壓試驗壓力及強度校核水壓試驗壓力按下式計算 式中 : 內(nèi)壓容器的試驗壓力， ：設(shè)計壓力， ：試驗溫度下材料許用應(yīng)力， ：設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力， 又試驗壓力下的筒體的薄膜應(yīng)力 式中 ：鋼板的有效厚度， ：常溫下材料的屈服極限， 所以殼程試驗安全。5.2.3 開孔補強計算以本分離室二次蒸汽出汽口的開孔為例進行補強計算。 (1) 補強方法判別：開孔直徑，滿足等面積發(fā)開孔補強計算的適用條件，故可用

39、等面積法進行開孔補強計算。 (2) 開孔所需補強面積 式中 : 筒體計算厚度， ：接管厚度 此處 ：接管有效厚度， ：強度削弱系數(shù)，因殼體材料與接管材料相同，故 (3) 有效補強范圍 有效寬度b按下式計算，取二者之中較大值計算得 有效高度的計算 a外側(cè)有效高度按下式計算，取二者之中較小值 故 b. 內(nèi)側(cè)有效高度按下式計算，取二者之中較小值 故 (4) 有效補強面積 筒體多余金屬面積 筒體有效厚度 筒體多余金屬面積按下式計算 接管多余金屬面積 接管計算厚度 接管多余金屬面積 接管區(qū)焊縫面積（焊腳?。?有效補強范圍 開孔后不需另行補強。 因本效蒸發(fā)器分離室中各接管厚度相同，最大開孔不需要補強，所以

40、所有接管都不需另行補強。5.2.4支座的選擇采用b型懸掛式支座， 選用4個支座考慮水壓試驗時設(shè)備總重量約為支座承受載荷據(jù)jb/t4712.3-2007 選耳式支座b8-螺栓分布圓直徑5.2.5 視鏡的選擇據(jù)hgj501-86-20,選視鏡pn1.0 dn100，兩個。5.2.6 折流式除沫器的設(shè)計確保蒸汽每折流一次流通面積是逐漸擴大的。蒸汽出口管徑升氣管導(dǎo)流筒短節(jié)5.3 效分離室尺寸的確定及強度計算 5.3.1 效分離室直徑及高度的計算效分離室中 ，53.5下， 。 圓整后得。 筒體高度5.3.2 效分離室壁厚計算及水壓試驗校核本效分離器本真空壓力容器，設(shè)計壓力 0.1，設(shè)計溫度68.5。 (

41、1) 筒體壁厚計算因承受外壓，初設(shè)筒體的名義厚度, 有效厚度筒體外徑分離器兩封頭分別采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭和90折邊錐形封頭筒體的計算長度，屬于薄壁圓筒。 由此查圖得由查圖確定b值公式，所以，假設(shè)的厚度不合格，需增加壁厚或采用加強圈。采用加強圈設(shè)計加強圈的最大間距加強圈個數(shù)取n=3取筒體厚度，加強圈數(shù)目為n=3。 (2) 橢圓形封頭壁厚計算本蒸發(fā)器分離室采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭因承受外壓，假設(shè)其名義厚度，有效厚度 于是 所以，假設(shè)的厚度不合格，需重新計算。假設(shè)其名義厚度，有效厚度 于是 ，且接近。故。 (3) 90折邊錐形封頭壁厚計算折邊半徑 錐體高度（含直邊）假設(shè)當(dāng)量圓筒的當(dāng)量厚度其當(dāng)量長度按外壓圓筒圖

42、算法進行校核計算，屬于薄壁圓筒。 由此查圖得由查圖確定b值所以，假設(shè)的厚度合格，故取封頭壁厚與筒體的壁厚相同，為。 (4) 水壓試驗壓力及強度校核水壓試驗壓力按下式計算 式中 : 內(nèi)壓容器的試驗壓力， ：設(shè)計壓力， ：試驗溫度下材料許用應(yīng)力， ：設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力， 又試驗壓力下的筒體的薄膜應(yīng)力 式中 ：鋼板的有效厚度， ：常溫下材料的屈服極限， 所以水壓試驗安全。5.3.3 開孔補強計算本效分離器最大開孔為12206，采用整鍛件補強5.3.4 支座的選擇采用a型懸掛式支座， 選用4個支座考慮水壓試驗時設(shè)備總重量約為支座承受載荷據(jù)jb/t4712.3-2007 選耳式支座a8-螺栓分布圓直

43、徑5.3.5 視鏡的選擇據(jù)hgj501-86-20,選視鏡 pn1.0 dn100，兩個。5.3.6 折流式除沫器的設(shè)計確保蒸汽每折流一次流通面積是逐漸擴大的。蒸汽出口管徑升氣管導(dǎo)流筒短節(jié)6、 蒸發(fā)器有關(guān)接管管徑的計算6.1 效蒸發(fā)器有關(guān)接管直徑的計算6.1.1 加熱室(1) 進汽口直徑由公式式中 混合料液的體積流量 混合料液流速m/s取生蒸汽流速=25 m/s生蒸汽在151密度為=2.612kg/m管子規(guī)格：4266管法蘭：hg20592 法蘭 pldn400-0.6 rf(2) 出料口直徑進料口直徑取值可比二次蒸汽出汽口直徑略小管子規(guī)格：5305管法蘭：hg20592 法蘭 pldn500

44、-0.6 rf(3) 冷凝水排出口直徑生蒸汽在飽和溫度下冷凝，故冷凝水溫度取151取水的流速=0.5m/s水在151下的密度, =916.0kg/m管子規(guī)格：1334管法蘭：hg20592 法蘭 pldn125-0.6 rf(4) 混合料液循環(huán)管進口直徑為使每根管子上都均布有液體，使傳熱效果達到最好，每效蒸發(fā)中都設(shè)置自循環(huán)系統(tǒng)，其噴淋密度取為每效的循環(huán)進料量取混合料液流速為=1m/s料液密度, 此處取=1054kg/m 管子規(guī)格：894管法蘭：hg20592 法蘭 pldn80-0.25 rf6.1.2 分離室(1)二次蒸汽出汽口直徑取生蒸汽流速=20m/s生蒸汽在129密度為=1.453kg

45、/m管子規(guī)格：5305管法蘭：hg20592 法蘭 pldn500-0.6 rf(2) 進料口直徑取生蒸汽流速=2m/s生蒸汽在129密度為=1052.5kg/m管子規(guī)格：1084管法蘭：hg20592 法蘭 pldn100-0.25 rf(3) 進料口直徑進料口直徑取值可比二次蒸汽出汽口直徑略小管子規(guī)格：5305管法蘭：hg20592 法蘭 pldn500-0.6 rf(4) 出料口直徑取料液流速為=1m/s料液密度, 此處取=1052kg/m管子規(guī)格：1334管法蘭：hg20592 法蘭 pldn125-0.25 rf (5) 混合料液循環(huán)管出口直徑混合料液循環(huán)管出口直徑取值與本效加熱室混

46、合料液循環(huán)管出口直徑相同管子規(guī)格：894管法蘭：hg20592 法蘭 pldn80-0.25 rf6.2 效蒸發(fā)器有關(guān)接管直徑的計算6.2.1 加熱室(1) 進汽口直徑進汽口直徑取值與效蒸發(fā)器分離室出汽口直徑相同管子規(guī)格：5305管法蘭：hg20592 法蘭 pldn500-0.6 rf(2) 出料口直徑進料口直徑取值可比二次蒸汽出汽口直徑略小管子規(guī)格：6306.5管法蘭：hg20592 法蘭 pldn600-0.6 rf(3) 冷凝水入口直徑冷凝水入口直徑取值與效蒸發(fā)器加熱室冷凝水排出口直徑為管子規(guī)格：1334管法蘭：hg20592 法蘭 pldn125-0.6 rf(4) 冷凝水排出口直徑

47、生蒸汽在飽和溫度下冷凝，故冷凝水溫度取105.5取水的流速=0.5m/s此處取=954kg/m管子規(guī)格：1594管法蘭：hg20592 法蘭 pldn150-0.25 rf(5) 混合料液循環(huán)管進口直徑混合料液循環(huán)管出口直徑取值與效加熱室混合料液循環(huán)管進口直徑相同管子規(guī)格：894管法蘭：hg20592 法蘭 pldn80-0.25 rf6.2.2 分離室(1) 二次蒸汽出汽口直徑取生蒸汽流速=20m/s生蒸汽在102.5密度為=0.649kg/m管子規(guī)格：7206.5管法蘭：hg20592 法蘭 pldn700-0.6 rf (2) 進料口直徑進料口直徑取值與效蒸發(fā)分離室出料口直徑相同為管子規(guī)

48、格：6306.5管法蘭：hg20592 法蘭 pldn600-0.6 rf(3) 出料口直徑取料液流速為=1m/s料液密度, 此處取=1136kg/m 管子規(guī)格：1084管法蘭：hg20592 法蘭 pldn100-0.25 rf(4) 混合料液循環(huán)管出口直徑混合料液循環(huán)管出口直徑取值與本效加熱室混合料液循環(huán)管出口直徑相同管子規(guī)格：894管法蘭：hg20592 法蘭 pldn80-0.25 rf6.3 效蒸發(fā)器有關(guān)接管直徑的計算6.3.1 加熱室(1) 進汽口直徑進汽口直徑取值與效蒸發(fā)器分離室出汽口直徑相同管子規(guī)格：7206.5管法蘭：hg20592 法蘭 pldn700-0.6 rf(2) 出料口直徑進料口直徑取值可比二次蒸汽出汽口直徑略小管子規(guī)格：7206.5管法蘭：hg20592 法蘭 pldn700-0.6 rf(3) 冷凝水入口直徑冷凝水入口直徑取值與效蒸發(fā)器加熱室冷凝水排出口直徑為管子規(guī)格：1594管法蘭：hg20592 法蘭 pldn150-0.25 rf(4) 冷凝水排出口直徑生蒸汽在飽和溫度下冷凝，故冷凝水溫度取105.5取水的流速=0.5m/s料液密度, 此處取=978.6kg/m 管子規(guī)格：2194.5管法蘭：hg20592 法蘭 sodn200-1.0 fm(5) 混合料液循環(huán)管進口直徑混合料液循環(huán)管出口直徑取值與效加熱室混合料液循環(huán)管進口直