化工原理課設(shè)

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說明書第一章 設(shè)計(jì)方案的確定 蒸發(fā)操作條件的確定主要是指對以下參數(shù)的確定：蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強(qiáng)（或溫度）、冷凝器的操作壓強(qiáng)（或溫度）的確定。合理選擇蒸發(fā)過程的操作條件，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量以及降低能耗都是極為重要的。1.1蒸發(fā)操作條件的確定1.1.1加熱蒸汽壓強(qiáng)的確定原則 被蒸發(fā)溶液有一個(gè)允許的最高溫度，即保證物料不會被分解或發(fā)生其他反應(yīng)的極限溫度，這是確定加熱蒸汽壓強(qiáng)的一個(gè)重要依據(jù)。正確的做法是使操作在低于最大溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，常用方法有加壓蒸發(fā)，常壓蒸發(fā)或真空蒸發(fā)（閃蒸）。蒸發(fā)過程消耗大量加熱蒸汽同時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽的，因此從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)充分利用二次蒸汽作為其它加

2、熱用的熱源（即要求蒸發(fā)裝置能夠提供溫度較高的二次蒸汽）。這樣既可減少鍋爐產(chǎn)生蒸汽的消耗量，又可以減少末效進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率，故采用較高溫度的飽和蒸汽作為加熱蒸汽對蒸發(fā)操作的過程來說是有利的，但通常所用飽和蒸汽的溫度不超過180,因?yàn)檫^高溫會導(dǎo)致過高壓強(qiáng),反而會增加設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)，考慮到經(jīng)濟(jì)效益的問題，一般的加熱蒸汽壓強(qiáng)在500-800 kPa范圍之內(nèi)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，加熱蒸氣設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為500 kPa。1.1.2 冷凝器操作壓強(qiáng)的確定原則 若一效采用較高壓強(qiáng)的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸汽，此時(shí)末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的溫度，可以全部利用。而且各效操作溫度高時(shí)，溶液

3、粘度低，傳熱好。若一效加熱蒸汽壓強(qiáng)低，末效應(yīng)采用真空操作，此時(shí)各效二次蒸汽溫度低，進(jìn)入冷凝器冷凝需消耗大量冷卻水，而且溶液粘度大，傳熱差。但對于那些熱敏性物料的蒸發(fā)，為充分利用熱源還是經(jīng)常采用的。對混合式冷凝器，其最大的真空度取決于冷凝器內(nèi)的水溫和真空裝置的性能。通常冷凝器的最大真空度為80-90kPa。本次設(shè)計(jì)中，以大氣壓強(qiáng)為100 kPa，冷凝器設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為80 kPa。1.2 蒸發(fā)器的類型及其選擇 在化工、制藥、食品、生物等生產(chǎn)中，大多數(shù)蒸發(fā)器都是利用飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)，因而蒸發(fā)器中熱交換的一方是飽和水蒸汽冷凝，另一方是溶液的沸騰，所以，傳熱的關(guān)鍵在于料液沸騰一側(cè)。為了適應(yīng)各種不同物性

4、物料的蒸發(fā)濃縮，出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)形式的蒸發(fā)器，而且隨著生產(chǎn)，技術(shù)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)。工業(yè)中常用的間壁式傳熱蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的流動(dòng)特點(diǎn)，可分為循環(huán)型（中央循環(huán)管式、懸筐式、外加熱式、列文式、強(qiáng)制循環(huán)式等）和單程型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等）兩大類型。面對種類繁多的蒸發(fā)器，在結(jié)構(gòu)上必須有利于過程的進(jìn)行，為此在選用時(shí)應(yīng)考慮以下原則：（1） 盡量保證較大的傳熱系數(shù)，滿足生產(chǎn)工藝的要求。（2） 生產(chǎn)能力大，能完善分離液沫，盡量減慢傳熱面上的垢層的生成。（3） 結(jié)構(gòu)簡單，操作維修和清洗方便，造價(jià)低，使用壽命長。（4） 能適應(yīng)所蒸發(fā)物料的一些工藝特性（如粘性、起泡性、熱敏性、結(jié)垢

5、性、腐蝕性等）。由于單程型蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，本次設(shè)計(jì)任務(wù)中料液為NaOH水溶液，為非熱敏性物料，綜上各條件考慮，選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。1.3 多效蒸發(fā)效數(shù)的確定在流程設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮采用單效還是多效蒸發(fā)，為充分利用熱能，生產(chǎn)中一般采用多效蒸發(fā)。因多效蒸發(fā)中可以將前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，節(jié)省生蒸汽耗量。但不是效數(shù)愈多愈好，效數(shù)受經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的因素所限制。首先經(jīng)濟(jì)上的限制是指效數(shù)超過一定時(shí)經(jīng)濟(jì)上不合算。隨效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時(shí)所需生蒸汽量減少，雖然使操作費(fèi)用降低，但是隨效數(shù)增加，設(shè)備費(fèi)成倍增長，而所節(jié)省的生蒸汽量愈來愈少，所以無限制增加效數(shù)已無實(shí)際意義，最適宜的效數(shù)

6、應(yīng)使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)二者之和為最小；其次技術(shù)上的限制是指效數(shù)過多，蒸發(fā)操作難于進(jìn)行。一般工業(yè)生產(chǎn)中加熱蒸汽壓強(qiáng)和冷凝器操作壓強(qiáng)都有一定限制，因此在一定操作下，蒸發(fā)器的理論總溫差為一定值。在效數(shù)增加時(shí)，由于各效溫差損失之和的增加，使總有效溫差減小，分配到各效的有效溫差小到無法保證各效發(fā)生正常的沸騰狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)操作將無法進(jìn)行下去。所以實(shí)際的多效蒸發(fā)過程效數(shù)并不多。為了保證傳熱的正常進(jìn)行，每一效有效溫差不能小于6-10。通常對于NaOH電解質(zhì)溶液，由于其沸點(diǎn)升高較大，采用2-3效即可。本次設(shè)計(jì)采用的是三效蒸發(fā)。1.4多效蒸發(fā)流程的選擇多效蒸發(fā)的操作流程根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向不同，可分為并流，逆流，平

7、流及錯(cuò)流四種。并流法（順流法），其料液和蒸汽呈并流。因各效間壓差較大，料液能自動(dòng)從前效進(jìn)入后效，可省去輸料泵；前效的溫度高于后效，料液從前效進(jìn)入后效時(shí)呈過熱狀態(tài)，可以產(chǎn)生自蒸發(fā)；結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，應(yīng)用廣泛。但由于后效較前效的溫度低，濃度大，因而逐效料液的粘度增加，傳熱系數(shù)下降，故只適用于粘度不大的料液蒸發(fā)。逆流法即料液于蒸汽呈逆流操作。隨著料液濃度的提高，其溫度相應(yīng)提高，使料液粘度增加較小，各效的傳熱系數(shù)相差不大，故可生產(chǎn)較高濃度的濃縮液。因而逆流法操作適用于粘度較大的料液蒸發(fā)，但由于逆流操作需設(shè)置效間料液輸送泵，動(dòng)力消耗較大，操作也較復(fù)雜。此外對濃縮液在高溫時(shí)易分解的料液，不宜采用此流程。

8、平流法即各效都加入料液，又都引出濃縮液。此法除可用于有結(jié)晶析出的料液外，還可用于同時(shí)濃縮兩種以上的不同水溶液。錯(cuò)流法亦稱混流法，它是并，逆流的結(jié)合。其特點(diǎn)是兼有并，逆流的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)，但操作復(fù)雜，控制困難，應(yīng)用較少。采用多效蒸發(fā)裝置是節(jié)能的途徑之一。此外為了回收系統(tǒng)中的熱量，應(yīng)盡量利用低溫?zé)嵩矗缯羝淠旱睦眉岸握羝膲嚎s再利用等，可參考有關(guān)蒸發(fā)專著?；谏鲜霰容^，本設(shè)計(jì)采用選擇并流流程。1.5進(jìn)料溫度的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)得出沸點(diǎn)進(jìn)料有利于蒸發(fā)和傳質(zhì)過程的進(jìn)行，減少蒸發(fā)過程的熱損失，增大蒸發(fā)過程的處理量，因此選擇沸點(diǎn)進(jìn)料。第二章 三效并流蒸發(fā)過程的工藝計(jì)算 多效蒸發(fā)工藝計(jì)算依據(jù)物料衡

9、算，熱量衡算以及傳熱速率三個(gè)基本方程。在多效蒸發(fā)中，各效的操作壓力依次降低，與之相應(yīng)的，各效的加熱蒸汽溫度及溶液的沸點(diǎn)亦依次降低。以下以三效蒸發(fā)為例，采用試差法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算步驟如下：第一，根據(jù)工藝要求及溶液性質(zhì)確定蒸發(fā)的操作條件，蒸發(fā)的形式，流程和效數(shù)。第二，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。第三，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸汽通過各效壓強(qiáng)降相等，估計(jì)各效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差。第四，根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。第五，根據(jù)轉(zhuǎn)熱速率方程計(jì)算各效的轉(zhuǎn)熱面積。本次設(shè)計(jì)條件是：設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)操作的三效并流蒸發(fā)裝置，NaOH溶液處理量：36.0kt/a；溶液濃度30%，溫度30；完

10、成液含NaOH濃度30%。每年按8000小時(shí)計(jì)算。原料液進(jìn)料流量：F =36.0 kt/a=4500 2.1常用的試差法 該法是一種近似計(jì)算方法，它是對蒸發(fā)過程進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)暮喕图僭O(shè)，然后按假設(shè)條件對未知參數(shù)進(jìn)行估算。若計(jì)算的結(jié)果與假設(shè)的條件不符，則對假設(shè)條件進(jìn)行調(diào)整并重復(fù)計(jì)算，直至兩者基本符合或者相近為止。具體步驟多種多樣，下面介紹逐次逼近法（以蒸發(fā)器的傳熱面積相等為原則）的計(jì)算步驟。 1.各效蒸發(fā)量和完成液濃度的估算蒸發(fā)過程總蒸發(fā)量： W = F×（1） （2-1） 式中：F原料液進(jìn)料流量， W過程蒸發(fā)量， 進(jìn)料濃度 完成液濃度 W = F×（1）= 4500

11、5;（10.1/0.3）= 3000 取各效蒸發(fā)量相等、第i效蒸發(fā)量為： W = (2-2) 式中 第i效蒸發(fā)量 溶液蒸發(fā)總量 效數(shù)即W1 = W2= W3 = 6500/3 = 2166.7 各效完成液濃度: (2-3)2.2估算各效二次蒸汽溫度設(shè)各效間的壓強(qiáng)降相等，則各效加熱蒸汽壓強(qiáng)與二次蒸汽壓強(qiáng)之差：設(shè)加熱蒸汽壓強(qiáng)P1=500kpa,冷凝器操作壓強(qiáng)Pn=20kpa （2-4） 第i效二次蒸汽壓強(qiáng) = （25）式中：各效加熱蒸汽壓強(qiáng)與二次蒸汽壓強(qiáng)之差，第效的操作壓強(qiáng)， 查附表得到蒸汽的溫度和汽化熱表2-1二次蒸汽的溫度和汽化熱第一效第二效第三效二次蒸汽壓強(qiáng)(kPa)34018020二次蒸汽

12、溫度（）137.7116.660.1二次蒸汽的汽化熱（KJ/Kg）2155.462214.32854.92.3計(jì)算各效傳熱溫度差各效溫度差損失： （1）由于溶液蒸汽壓降引起的溫度差損失校正系數(shù)法: （2-6）式中：為常壓下由于溶液蒸汽壓強(qiáng)下降引起的溫度損失，某些水溶液在常壓下的沸點(diǎn)值可在有關(guān)手冊中查得。校正系數(shù)，無因次。一般取 （2-7） 上式中：操作壓強(qiáng)下水溶液的沸點(diǎn)，即二次蒸汽的飽和溫度，； 操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的潛化熱，。第一效： 第二效： 第三效： (2) 由液層靜壓效應(yīng)引起的溫度差損失某些蒸發(fā)器操作時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)部需要維持一定的液位，因而溶液內(nèi)部的壓力大于液面上方的壓力，致使溶液的實(shí)際沸

13、騰溫度較液面高，兩者之差即為因溶液靜壓強(qiáng)引起的溫差損失。為簡便計(jì)算溶液內(nèi)部沸點(diǎn)升高按液面與底部的平均壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)和二次蒸汽壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)差估算。平均壓強(qiáng)按靜力學(xué)方程式計(jì)算： 則 （2-8） （2-9） 式中取液層高度L=2.6m 一效：查附表 139.23139.23-137.7=1.53二效： 119.34 119.34-116.6=2.74三效：71.671.6-60.1=1.5（3）由管道流動(dòng)阻力產(chǎn)生的壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失 在多效蒸發(fā)器中，各效二次蒸汽從上一效的蒸發(fā)室流動(dòng)到下一效加熱室時(shí)，由于管道阻力，其壓力下降，致使蒸汽的飽和溫度相應(yīng)降低，由此引起的溫度差損失即為。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般

14、取=1。 （2-10）（4）各效料液的溫度和有效總溫差各效傳熱溫度差計(jì)算式：為前一效二次蒸汽溫度（即第i效加熱蒸汽溫度），為第i效溶液沸點(diǎn)，其計(jì)算式為：為第i效二次蒸汽溫度，為第i效溫度差損失所以各效沸點(diǎn)為：第一效：第二效：第三效：2.4 計(jì)算各效蒸發(fā)量Wi和傳熱量Qi根據(jù)物料衡算和熱量衡算得公式 （2-11）式中：-第i效的加熱蒸汽量，當(dāng)無額外蒸汽抽出時(shí)Di=Wi-1-分別為第i效加熱蒸汽與二次蒸汽的汽化潛熱，-為原料液的比熱，3.7kJ/（kg·）-為水的比熱，4.183kJ/（kg·）-分別為第i效及第i-1效溶液的沸點(diǎn)-為第i效的熱利用系數(shù),對于NaOH水溶液蒸發(fā)，

15、則 （2-12） 式中：第i效的熱利用系數(shù) 溶液濃度差第一效：沸點(diǎn)進(jìn)料 第二效：第三效 ： 由于W = W1 + W2 + W3 解得：各效傳熱量的計(jì)算：2.5核算過程因各效之間相對誤差較大，應(yīng)做出調(diào)整重新核算。各效蒸發(fā)量取上次計(jì)算值： 由各效蒸汽量求各效溶液濃度:表2-1 各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)生蒸汽123加熱蒸汽溫度（）151.7137.7116.660.1汽化潛熱2113.22155.462214.42854.9壓強(qiáng) ()50034018020第一效：溶液沸點(diǎn)第二效溶液沸點(diǎn)：第三效溶液沸點(diǎn)：對以上結(jié)果總結(jié)：見表2-2表2-2數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果第一效第二效第三效傳熱溫度差（）5.228.79

16、34.9溶液的沸點(diǎn)（）146.48128.9181.71加熱蒸汽溫度與汽化潛熱見表2-3表2-3各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)生蒸汽123加熱蒸汽溫度（）151.7146.48128.9181.71汽化潛熱2113.2213021702299效率：=， 第一效：沸點(diǎn)進(jìn)料 第二效：第三效 ：由于W = W1 + W2 + W3 解得： 因相對誤差小于4%，所以進(jìn)行下一步計(jì)算， 2.6各效傳熱面積的計(jì)算 （2-13）式中： 各效傳熱面積， 各效傳熱量， 各效傳熱系數(shù) 各效的有效溫度差，各效傳熱面積相差較大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述步驟。2.7溫差的重新分配與試差計(jì)算（1）重新分配各效的有效溫度

17、差 （2-14）重新分配的有效溫度差為： （2-15） 式中：重新分配的有效溫度差 S平均傳熱面積 第i效的有效溫度差（2）重新求沸點(diǎn)表2-4各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)生蒸汽123加熱蒸汽溫度（）151.7140.15123.8393.13汽化潛熱2113.2215022092279據(jù)的計(jì)算公式得： 重復(fù)計(jì)算W得：重復(fù)計(jì)算Q得： 重復(fù)計(jì)算得： 誤差為 （2-16）計(jì)算結(jié)果不合理，重復(fù)章節(jié)2.7的過程，得：重復(fù)計(jì)算Q得： 重復(fù)計(jì)算得： 誤差為留10%的傳熱余量，則傳熱面積有 （2-17）第三章 蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)工藝尺寸的設(shè)計(jì) 以中央循環(huán)管式蒸發(fā)器為例說明蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。中央循環(huán)管

18、式蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸包括：加熱室和分離室的直徑和高度；加熱管與中央循環(huán)管的規(guī)格、長度及在管板上的排列方式。這些尺寸的確定取決于工藝計(jì)算結(jié)果，主要是傳熱面積。3.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)3.1.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)蒸發(fā)器的加熱管通常選用38×2.5mm的無縫鋼管。加熱管的長度L=3m 由以下初步估計(jì)所需的管子數(shù)n （3-1）式中：為蒸發(fā)器的傳熱面積，由前面的工藝計(jì)算決定。為加熱管的外徑，為加熱管的長度，。（根）理論管數(shù)目：264根實(shí)際畫圖：270根3.1.2循環(huán)管的直徑選擇循環(huán)管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減少的原則來考慮的。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管

19、總截面積的40%-100%。加熱管的總截面積可按計(jì)算，循環(huán)管內(nèi)徑表示，則： (3-2)式中： 加熱管內(nèi)徑查附表：取 管長33.1.3加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、數(shù)目及在管板上的排列方式。加熱管在管板上的排列方式又三角形、正方形、同心圓等，目前以三角形排列居多。管心距t為相鄰兩管中心線之間的距離，t一般為加熱管外徑的1.251.5倍。目前在換熱器設(shè)計(jì)中，管心距的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要管子規(guī)格確定，相應(yīng)的管心距也確定。加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用做圖法來確定，具體做法是：先計(jì)算管束中心線上管束，管子按正三角形排列時(shí)：;管子按正方形排列時(shí)：,式中：n總加熱管數(shù). 初

20、估加熱管內(nèi)徑用。然后用容器公稱直徑，試選一內(nèi)徑作為加熱室內(nèi)徑，并以此內(nèi)徑和循環(huán)管外徑作同心圓，在同心圓的環(huán)隙中，按加熱管的排列方式和管心距作圖。作圖所得管數(shù)n必須大于初估值，如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至適合為止。殼體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸列于表3中，以供參考。 表3-2殼體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體內(nèi)徑，mm400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚，mm8101214經(jīng)過作圖，實(shí)際管數(shù)大于初估值，符合要求。正三角形排列初步估算加熱室內(nèi)徑，取 （33） （34）壁厚選用加熱時(shí)內(nèi)徑為1200，通過作圖法確定加熱管數(shù)n為264根。3.1.4分離室直徑與高度的確定分離室

21、的直徑和高度取決于分離室的體積，而分離室的體積又與二次蒸汽流量及蒸發(fā)體積的強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積的計(jì)算： （35） 式中： 查附表表3-3各效加熱蒸汽及汽化熱效數(shù)123二次蒸汽溫度137.7116.660.1密度1.8000.9700.135則： （36）所以，V取值2.38m³/s取最大分離室體積計(jì)算分離室高度與直徑，取H=1.5D （37）則 對中央循環(huán)管，其分離室高度不小于,以保證足夠的霧沫分離高度。分離室直徑也不能太小，否則二次蒸汽流速過大將導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。所以取，分離室直徑均屬合理。3.2接管尺寸的確定3.2.1溶液的進(jìn)出口管對并流三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設(shè)

22、備尺寸一致的話，根據(jù)第一效溶液流量確定接管。溶液的適宜流速按強(qiáng)制流動(dòng)（u=1-3m/s）考慮，設(shè)計(jì)上進(jìn)出口直徑可取為一致。根據(jù)濃度X=0.12查表得對應(yīng)密度為1131 kg/m3,適宜流速選u=2 m/s.(1)溶液進(jìn)出口管： （38）所以選用規(guī)格不銹鋼無縫鋼管核算：u= m/s，所以選用合適。3.2.2加熱蒸汽與二次蒸汽接管二次蒸汽體積流量取各效平均值，取u=40m/s故所以，選用規(guī)格不銹鋼無縫鋼管核算： u= m/s，所以選用合適。3.2.3冷凝水出口管 。綜上計(jì)算：選用選用規(guī)格管冷凝水出口管。核算：u= ，所以選用合適。第四章 蒸發(fā)器裝置的輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)蒸發(fā)裝置的設(shè)備主要包括汽液分離器和

23、蒸汽冷凝設(shè)備，還需要真空泵，疏水器等輔助設(shè)備。4.1氣液分離器蒸發(fā)操作時(shí)，二次蒸汽中夾帶大量液體，雖在分離室得到了初步分離，但是為了防止有用的產(chǎn)品損失或污染冷凝液體，還需設(shè)置器液分離設(shè)備，以使霧沫中的液體凝聚與二次蒸汽分離，故氣液分離器又稱除沫器。其類型較多，在分離室頂部設(shè)置的有簡易式，慣性式及網(wǎng)式除沫器等，在蒸發(fā)器外部設(shè)置的有折流式，旋流式及離心式除沫器等。慣性式除沫器是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變方向時(shí)，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。它的結(jié)構(gòu)簡單。因此，本次試驗(yàn)采用慣性式除沫器。慣性式除沫器主要尺寸的計(jì)算： 式中： 所以，以上除沫器內(nèi)管選用,除沫器外罩管直徑選用，除沫器外罩管選用。4.2

24、 蒸汽冷凝器4.2.1冷凝器主要類型冷凝器的主要作用是用冷凝水將二次蒸汽冷凝。冷凝器分為直接接觸式冷凝器和間壁式冷凝器；直接接觸式冷凝器包括多孔板式，水簾式，填充塔式及水噴射式等。各種型式蒸汽冷凝器的性能各有優(yōu)劣，綜合考慮各種設(shè)備的性能，本設(shè)計(jì)選用水噴射式冷凝器。4.2.2設(shè)計(jì)與選用工作水量的計(jì)算：對以冷凝為主的水噴射式冷凝器，其冷卻水用量決定于被冷凝蒸汽的熱焓，冷卻水的進(jìn)出口溫度，可按下式計(jì)算： （4-1）式中： 。其中： 噴射器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算：噴嘴數(shù)及噴嘴直徑：通過一個(gè)噴嘴的水流速度為： （42）這里取0.94噴嘴直徑，在水質(zhì)清潔時(shí)可取后，噴嘴個(gè)數(shù)的確定為： （43）取n=4文氏管喉部直徑：

25、 （44）式中：水噴射器其它各部尺寸為：文氏管喉部長度 文氏管收縮口直徑 文氏管收縮段長度 文氏管收縮角度 文氏管擴(kuò)散段直徑 文氏管擴(kuò)散段長度 文氏管擴(kuò)散段角度 進(jìn)水管直徑與進(jìn)蒸汽管直徑可按一般原則計(jì)算，但管內(nèi)水流速不宜太高，否則電耗增大，取較好；蒸汽流速隨真空度不同而變化，當(dāng)真空度在73-95時(shí)，其最大流速為不等。設(shè)計(jì)結(jié)果匯總1操作條件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用500kPa的加熱蒸汽，冷凝器絕壓選20kPa.2蒸發(fā)器類型 因考慮蒸發(fā)料液的粘度、設(shè)備的操作費(fèi)和處理量等主要因素，本設(shè)計(jì)選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。3效數(shù)的選取 因氫氧化鈉水溶液隨蒸發(fā)的進(jìn)行沸點(diǎn)升高較大，影響傳熱，經(jīng)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選三效蒸發(fā)。4

26、流程的選擇 考慮氫氧化鈉物性及操作條件，本設(shè)計(jì)選并流操作。5工藝計(jì)算結(jié)果匯總表5-1熱量核算結(jié)果效次123冷凝器加熱蒸汽溫度，137.7116.660.140操作壓力，3401802081溶液溫度，140.15123.8393.13完成液濃度 0.1490.1990.300蒸發(fā)量， kg/h2040.12145.282314.6蒸汽消耗量， kg/h2154.29傳熱面積，m286.5585.5287.64表5-2主要設(shè)備選擇 蒸發(fā)器尺寸加熱管長度3000mm循環(huán)管內(nèi)徑500×10加熱管管徑38×2.5加熱管數(shù)目264根加熱室內(nèi)徑910mm分離室內(nèi)徑1260mm分離室高度1

27、860mm接管尺寸溶液進(jìn)出口管50×4mm加熱蒸汽與二次蒸汽接管273×13冷凝水出口管32×2表5-4 輔助設(shè)備選型項(xiàng)目尺寸二次蒸汽的管徑245×6.5 mm除沫器內(nèi)管的直徑245×7.5 mm除沫器的外罩管直徑377×15 mm除沫器外殼直徑480×10mm除沫器總高度465mm除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x121mm表5-4 蒸汽冷凝器尺寸項(xiàng)目尺寸噴嘴個(gè)數(shù)6噴嘴直徑29.39mm文氏管喉管長度88.18mm文氏管收縮口直徑49.38mm文氏管收縮段長度59.97mm文氏管收縮角度11°6文氏管擴(kuò)散段直徑52.31

28、mm文氏管擴(kuò)散段長度183.39mm文氏管擴(kuò)散段角度3°54對本設(shè)計(jì)評述對于化工原理課程設(shè)計(jì)這個(gè)課程，我起初并不是十分了解，只是掌握了簡單的化工原理理論知識，即使通過老師的講解，我也是一只半解，然而當(dāng)我自己親自動(dòng)手完成這份設(shè)計(jì)書時(shí)候，我才深入的了解了什么是化工原理課程設(shè)計(jì)。這次我做的是三效并流蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)，所謂蒸發(fā)就是利用加熱的方法，將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液加熱至沸騰狀況，使部分溶劑汽化并被移除，從而提高溶劑中溶質(zhì)濃度的單元操作。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用蒸發(fā)操作主要有以下場合： 1、為了獲得純凈的溶劑，例如海水淡化等。2、同時(shí)濃縮溶液和回收溶劑，例如中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)，苯溶液的濃縮脫苯等。3、濃縮稀溶液直接制取產(chǎn)品或?qū)馊芤涸偬幚恚ㄈ缋鋮s結(jié)晶）制取固體產(chǎn)品，例如電解燒堿液的濃縮，食糖水溶液的濃縮及各種果汁的濃縮等。總之，在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、制藥等工業(yè)中，蒸發(fā)操作被廣泛應(yīng)用。通過本次課程設(shè)計(jì)讓我們對蒸發(fā)有了更深的了解，對蒸發(fā)生產(chǎn)工藝有所了解。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了許多以前沒有掌握扎實(shí)的知識，比如說溫度差的計(jì)算、熱量衡算式的公式及怎樣根據(jù)自己所算出的數(shù)字找相應(yīng)合適的加熱管數(shù)目和尺寸、加熱室直徑等等。通過這次設(shè)計(jì)讓我鞏固了許多的知識，同時(shí)讓我獲得了許多難于培養(yǎng)的品行。通過做計(jì)算，使我做事更加細(xì)心認(rèn)真了；通過畫圖，使我做