化工原理課程設計

1、前言課程設計是本課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學習化工設計基本知識的初次嘗試。通過課程設計，要求能夠綜合運用本課程和前修課程的基本知識進行融會貫通，并在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設計任務，從而得到化工工程設計的初步訓練。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程。蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中較為常見的單元操作?；どa(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、抗生素、糖等產(chǎn)品；

2、3、脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進行蒸發(fā)操作的設備叫做蒸發(fā)器。本次設計的主要是三效蒸發(fā)裝置。第一章 設計方案的確定1.1蒸發(fā)操作條件的確定 蒸發(fā)操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽壓強（或溫度）、冷凝器操作壓強（或溫度)的選定。正確選擇蒸發(fā)過程的操作條件，對保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。1.1.1加熱蒸汽壓強的確定 通常被蒸發(fā)的溶液有一個被允許的最高溫度，若超過此溫度物料就會變質(zhì)、破壞或分解，這是確定加熱蒸汽壓強的一個依據(jù)。應使操作在低于最大溫度范圍內(nèi)進行，可以采用加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)或真空蒸發(fā)。蒸發(fā)是一個消耗大量加熱蒸汽而又產(chǎn)生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能觀點出發(fā)，應充分利用二

3、次蒸汽作為后續(xù)蒸發(fā)過程或者其它加熱用的熱源，即要求蒸發(fā)裝置能夠提供溫度較高的二次蒸汽。這樣既可以減少鍋爐產(chǎn)生蒸汽的消耗量，又可減少末效進入冷凝器的二次蒸汽量，提高蒸汽的利用率。因此，能夠采用較高溫度的飽和蒸汽作為加熱蒸汽是有利的，但通常所用飽和蒸汽的溫度不超過180，超過時相應的壓強就很高，這將增加加熱設備費用和操作費用。一般的加熱蒸汽壓強在400800kPa范圍之內(nèi)。本設計選700kPa。1.1.2冷凝器操作壓強的確定若一次采用較高壓強的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸發(fā)，此時末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的溫度，可以全部利用。而且各效操作溫度較高時，溶液粘度低，傳熱效果好。若一效加熱蒸汽壓強

4、低，末效應采用真空操作，此時各效二次蒸汽溫度低，進入冷凝器冷凝需要消耗大量冷卻水，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)常采用真空蒸發(fā)的。對混合式冷凝器，其最大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8090kPa。本設計冷凝器的絕對壓力選20kPa。1.2蒸發(fā)器的類型及其選擇1.2.1蒸發(fā)器的類型 蒸發(fā)設備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，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滴和霧沫相分離。  蒸發(fā)的主體設備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。蒸發(fā)的輔助設備包括：使液沫進一步

5、分離的除沫器，和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。分述如下：  由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。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)器中做循環(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:   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：溶液以液膜的形式

6、一次通過加熱室，不進行循環(huán)。  優(yōu)點：溶液停留時間短，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：設計或操作不當時不易成膜，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。1.2.2蒸發(fā)器的選擇蒸發(fā)設備的種類很多，但無論何種類型的蒸發(fā)設備，在構(gòu)造上必須有利于過程的進行。因此設計蒸發(fā)設備時應考慮以下幾個因素：(1)

7、盡可能提高冷凝和沸騰給熱系數(shù)。減緩加熱面上污垢的生成速率，保證設備具有較大的傳熱系數(shù)；(2)能適應溶液的某些特性，如粘性、起泡性、熱敏性、腐蝕性等；(3)能完善汽化、液的分離；(4)能排除溶液在蒸發(fā)過程中所析的晶體。從機械加工的工藝性、設備的投資、操作費用等角度考慮，蒸發(fā)設備的設計還應滿足以下幾項要求：a、設備的材料消耗少，制造、安裝方便合理；b、設備的檢修和清洗方便，使用壽命長；c、有足夠的機械強度。在實際設計過程中，要完全滿足以上各點困難的，必須權(quán)衡輕重，研究主次，加以綜合考慮。本次設計采用的是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 。結(jié)構(gòu)和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。

8、當管內(nèi)液體被加熱沸騰時，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。溶液的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強化了蒸發(fā)過程。這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點，應用十分廣泛，有"標準蒸發(fā)器"之稱。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%；加熱管的高度一般為12m；加熱管徑多為2575mm之間。但實際上，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

9、方便。1.3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)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。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)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點：（1）在低壓下操作，溶液沸點較低，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）可以利用低壓蒸汽作為加熱劑；（3）有利于對熱敏

10、性物料的蒸發(fā)；（4）操作溫度低，熱損失較小。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸汽溫度較高，可作為下一效的加熱蒸汽加以利用。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。1.3.1多效蒸發(fā)效數(shù)的確定在流程設計時首先應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)。經(jīng)濟上的限制是指效數(shù)超過一定時經(jīng)濟上不合算。多效蒸發(fā)中，隨著效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時所需生蒸汽量減少，是操作費用降低。隨著效數(shù)的增加，設備費用成倍增長，而所節(jié)省的生蒸汽量愈來愈少，所以無限制增加效數(shù)已無實際意義，最適宜時的效數(shù)應使設備費和操作費二者之和為最小。技術上的限制是指效數(shù)過多，蒸

11、發(fā)操作將難以進行。一般工業(yè)生產(chǎn)中加熱蒸汽壓強和冷凝器操作壓強都有一定的限制，因此在一定操作條件下，蒸發(fā)器的理論總傳熱溫度差為一定值。在效數(shù)過多時，由于各效溫度差損失之和的增加，使總的有效傳熱溫度差減小。當分配到各效的有效傳熱溫度差減小到無法保證操作呈正常的沸騰狀態(tài)時，蒸發(fā)操作將無法進行下去。因此基于上述因素考慮，實際的多效蒸發(fā)過程效數(shù)并不多。為保證傳熱的正常進行，各效的有效傳熱溫度差不能小于610。通常對于電解質(zhì)溶液，如NaOH、NH4OH等水溶液，由于沸點升高較大，采用23效；對于非電解質(zhì)溶液、有機溶液等，其沸點升高較小，可采取為46效。但真正適宜的效數(shù)，需通過最優(yōu)化的方法加以確定。本設計選

12、擇3效蒸發(fā)。1.4多效蒸發(fā)流程的選擇根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向的不同，多效蒸發(fā)的操作流程可分為并流、逆流、平流、錯流等流程。（1）并流流程 也稱順流加料流程，料液與蒸汽在效間流動同向。并流流程結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，應用較廣。并流流程只使用于處理黏度不大的料液。（2）逆流流程 料液與加熱蒸汽在效間呈逆流流動。自前效到后效，料液組成漸增，溫度同時升高，黏度及傳熱系數(shù)變化不大，溫度分配均勻，適用于處理黏度較大的料液，不適于處理熱敏性料液。（3）平流流程 每一效都有進料和出料，適合于有大量結(jié)晶析出的蒸發(fā)過程（4）錯流流程 也稱為混流流程，它是并、逆流的結(jié)合，其特點是兼有并、逆流的優(yōu)點，但操作復雜，控制困難

13、。我國目前僅用于造紙工業(yè)及有色金的堿回收系統(tǒng)中。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，應盡量利用低溫熱源，如蒸發(fā)冷凝液的利用及二次蒸汽的壓縮再利用等。本設計采用并流操作。1.4.1三效蒸發(fā)的工藝流程蒸發(fā)過程的兩個必要組成部分是加熱溶劑使水蒸氣汽化和不斷除去汽化的水蒸氣，前一部分在蒸發(fā)器內(nèi)進行，后一部分在冷凝器完成。蒸發(fā)器實質(zhì)上是一個換熱器，由加熱室和分離室兩部分組成，加熱室通常用飽和水蒸氣加熱，從溶液中蒸發(fā)出來的水蒸氣在分離室分離后從蒸發(fā)器引出，為了防止液滴隨蒸汽帶出，一般在蒸發(fā)器頂部設有氣液分離用的除沫裝置從蒸發(fā)器蒸出的蒸汽稱為二次蒸汽，在多效蒸發(fā)中，二次蒸汽用于下一效

14、的物料加熱。冷卻水從冷凝器頂加入，與上升的蒸汽接觸，將它冷凝成水從下部排出，不凝氣體從頂部排出。通常不凝氣體來源有兩個方面，料液中溶解的空氣和系統(tǒng)減壓操作時從周圍環(huán)境中漏入的空氣。料液在蒸發(fā)器中蒸濃達到要求后稱為完成液，從蒸發(fā)器底部放出，是蒸發(fā)操作的產(chǎn)品。采用多效蒸發(fā)的目的是為了減少新鮮蒸汽用量，具體方法是將前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽。1.5進料溫度的選擇進蒸發(fā)器料液的溫度高低直接影響到蒸發(fā)器中的傳熱情況和蒸發(fā)器傳熱面積的大小，生產(chǎn)上通常為了節(jié)約蒸汽用量和提高傳熱效果，在進蒸發(fā)器之前利用可回收的低溫熱源將料液預熱到接近或達到沸點狀態(tài)，以實現(xiàn)節(jié)能降耗。本設計進料溫度為25。第二章 三效

15、蒸發(fā)的工藝計算三效蒸發(fā)的工藝計算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：加熱蒸汽（生蒸汽）的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計算的已知參數(shù)有：料液的流量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸汽的壓強和冷凝器中的壓強等。蒸發(fā)器的設計計算步驟三效蒸發(fā)的計算一般采用試算法。根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸汽壓強及冷凝器的壓強），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步估計各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。根據(jù)經(jīng)驗假設蒸汽通過各效的壓強降相等，估算各效溶液沸點和有效總溫差。根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。根據(jù)傳熱速率方程計算各效

16、的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復步驟（3)至（5），直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預先給出的精度要求）為止。2.1.各效蒸發(fā)量和完成液組成的估算本設計的操作條件是：（1） NaOH的水溶液的處理量68kt/a；原料液的濃度為10%，完成液濃度為30%。用三效并流蒸發(fā)裝置。每小時將8500kt濃度為10%的NaOH濃縮為30%，原料液溫度為第一效的沸點。（2） 加熱蒸汽壓強為700kPa,冷凝器的壓強為20kPa.（3） 各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=1800 W/（m2.）, K2=1200 W/（m2.） K3=800 W/（m2.）。

17、蒸發(fā)溶液濃度的計算已知：進料量F= 68kt/a，質(zhì)量分率=10%，=30% F=68000000÷8000=8500kg/h則總蒸發(fā)量:=8500(1-)=5666.67 kg/h并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引出, W1: W2: W3=1:1:1則各效蒸發(fā)量為： W1= W2= W3=1888.89 kg/h 則各效的完成液濃度為： 2.2估算各效二次蒸汽溫度各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽壓強之差p為： 故第i效二次蒸汽壓強為：由可查得或計算得到對應溫度和氣化潛熱，同時前一效的二次蒸汽即為后一效的加熱蒸汽。 表2-1 各效二次蒸汽的壓力、二次蒸汽的溫度和二次蒸汽的汽化潛熱效次二次蒸汽的壓

18、力， 473.33246.6619.99二次蒸汽的溫度,（即下一效蒸汽的溫度）149.57126.7360.09二次蒸汽的汽化潛熱，/(即下一效加熱蒸汽的汽化潛熱)2119.712186.682354.932.3計算各效傳熱溫度差2.3.1計算校正因數(shù)2.3.2計算水溶液的沸點2.3.3常壓下由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失2.3.4由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失 校正系數(shù)法：2.3.5由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強引起的溫度差損失 為簡便計溶液內(nèi)部沸點升高按液面與底層的平均壓強pm下水的沸點和二次蒸汽壓強p '下水的沸點差估算。平均壓強按靜力學方程式計算： 計算NaOH水溶液的密度 計

19、算對應下水的沸點，對應下水的沸點計算2.3.6各效總的溫度差損失在多數(shù)蒸發(fā)中，各效二次蒸汽流到下一效加熱室時，由于管道阻力使其壓強降低，致使蒸汽的飽和溫度相應降低，由此引起的溫差損失即為。根據(jù)經(jīng)驗，一般取=1。各效傳熱溫度差計算式為： 其中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，其計算式為： 式中：為第i效二次蒸汽溫度，為第i效溫度差損失。 2.4計算各效蒸發(fā)量Wi和傳熱量Q i考慮溶液的稀釋熱,引入對NaOH水溶液蒸發(fā)熱利用系數(shù):第效：因沸點進料，故 =熱利用系數(shù):0.980.7=0.980.7（12.86%10%）=0.96查水蒸汽表得：壓力為700kPa的加熱蒸汽

20、的汽化熱=2071.5,=157.43的二次蒸汽的汽化熱=2119.71。 .(1)第效:引入熱利用系數(shù)：熱利用系數(shù)=0.980.7=0.980.7（18%12.86%）=0.94第效中溶液沸點=137.83的二次蒸汽的汽化熱=2186.68，無額外蒸汽引出,=2119.71。已知/(kg·)，/(kg·)。Di第i效的加熱蒸汽量，kg/h；當無額外蒸汽引出時， Di =Wi-1分別為第i效加熱蒸汽、二次蒸汽的氣化潛熱，kJ/kg；且 .(2)第效: 熱利用系數(shù)=0.980.7=0.980.7（30%18%）=0.90第效中溶液沸點=88.36的二次蒸汽的汽化熱=2354.

21、93，無額外蒸汽引出，=2186.68,則 . (3)kg/h .(4) 聯(lián)立（1）（4）式，可得 =1856.24，=1904.59，=1905.79，=1974.72 2.4.1各效傳熱量的計算2.5 各效蒸發(fā)器傳熱面積計算2.6計算平均面積：誤差為，誤差較大，應調(diào)整各效的有效溫度差，重復上述計算過程。2.7重新計算過程2.7.1有效溫度差的重新分配2.7.2計算各效料液濃度由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的濃度，即原料液的濃度 F 原料液的進料量，kg/h、分別為總的、第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/h2.7.3計算各效料液沸點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

22、點為第i效二次蒸汽溫度為第i效溫度差損失 操作壓強下水的沸點，即二次蒸汽飽和溫度，; 操作壓強下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg。第3效： 因完成液濃度和冷凝器壓力均不變，各種溫度差損失及溶液沸點可視為恒定，即故末效溶液的溫度仍為88.36,即: 第2效：第二效二次蒸汽的冷凝溫度=115.38，水蒸氣的汽化潛熱=2217.66 kJ/kg，相應的壓力為=175.87kPa. 下水溶液的沸點：常壓下由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失:由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失:對應下水的沸點：對應下水的沸點：第二效溶液的沸點為： 第1效：第一效二次蒸汽的冷凝溫度為=144.32，水蒸氣的汽化潛熱=2135

23、.70kJ/kg相應的壓力為410.70 kPa.下水溶液的沸點：下水溶液的沸點：對應下水的沸點：對應下水的沸點：故第1效溶液的沸點為： 溫度分配表效次加熱蒸汽溫度164.09144.32115.38有效溫度差，12.1217.4927.02料液溫度（溶液沸點），151.97126.8388.362.7.4 加熱蒸汽用量及各效蒸發(fā)量蒸汽溫度和汽化潛熱見表不同壓力下蒸汽溫度和汽化潛熱 效數(shù) 參 數(shù)加熱蒸汽第1效第2效第3效二次蒸汽壓強 /kPa689.83410.7175.8719.99二次蒸汽的溫度/ 164.09144.32115.3860.09氣化潛熱 /(kJ/kg) 2073.5213

24、5.702217.662354.93第1效：熱利用系數(shù):0.980.7=0.980.7（12.86%10%）=0.96（1)第2效：=0.980.7=0.980.7（18%12.86%）=0.94第3效=0.980.7=0.980.7（30%18%）=0.90(3)(4)、分別為第一效、第二效和第三效的熱利用系數(shù)、分別為第一效、第二效和第三效溶液的沸點，、分別為第一效、第二效和第三效二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg 、分別為總的、第一效、第二效和第三效水的蒸發(fā)量，kg/hD1、D2、D3分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽量，kg/h，當無額外蒸汽抽出時，聯(lián)解式（1）至（4），可得=1856.7

25、1，=1928.12，=1881.91，=1996.47各效傳熱量的計算第一效加熱蒸汽量，kg/h W1、W2分別為第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/h、分別為第一效、第二效和第三效加熱蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg2.7.5各效蒸發(fā)器傳熱面積計算與第一次計算結(jié)果比較，其相對誤差為:2.3%<4%計算相對誤差在0.04以下，故各效蒸發(fā)量的計算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無明顯變化，不需重新計算。根據(jù)要求最終選面積為: 計算結(jié)果總表 效數(shù)第1效第2效第3效冷凝器加熱蒸汽溫度，1144.32115.3860.09操作壓力，kPa689.83410.7175.8719.99溶液溫度（沸點），151.97

26、126.8388.36完成液濃度0.12790.17940.30蒸發(fā)量，kg/h1856.71928.121881.91蒸汽消耗量D，kg/h1996.47傳熱面積，m252.6652.4854.95第三章 蒸發(fā)器工藝尺寸的設計中央循環(huán)管式蒸發(fā)器式蒸發(fā)器主體為加熱室和分離室，加熱室由直立的加熱管束組成，管束中間為一根直徑較大的中央循環(huán)管；分離室是汽液分離的空間，其主要結(jié)構(gòu)尺寸包括：加熱室和分離室的直徑和高度，加熱管和循環(huán)管的規(guī)格，長度及在花板上的排列方式等。這些尺寸取決于工藝計算結(jié)果，主要是傳熱面積。3.1 加熱管的選擇和管束的初步估計3.1.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計加熱管通常選用25

27、×2.5mm，38×2.5mm，57×3.5mm等幾種規(guī)格的無縫鋼管，長度一般為2-6m。管子長度的選擇應根據(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)垢和起泡沫溶液的蒸發(fā)宜采用短管。本設計加熱管選用38×2.5mm，長為3.0m。當加熱管的規(guī)格與長度確定后，可由下式初估所需管數(shù)n： 式中： S為蒸發(fā)器的傳熱面積，m2 ，由前面的工藝計算決定； d0為加熱管的外徑，m； L為加熱管長度，m。因加熱管固定在管板上，考慮到管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，計算n時管長用（L-0.1）m。為完成傳熱任務所需的最小實際管數(shù)n只有在管板上排列加熱管后才

28、確定。n=1713.1.2 循環(huán)管的選擇 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。其截面積的40%-100%，若以D1表示循環(huán)管內(nèi)徑，則: =（0.41） 因而： 對面積較小的蒸發(fā)器，應取較大的百分數(shù)。按上式計算出D1后，應從管規(guī)格表中選取管徑相近的標準管，只要n與n相差不大，循環(huán)管的規(guī)格可一次確定。循環(huán)管的管長與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計入傳熱面積。循環(huán)管選取377×14mm的無縫不銹鋼管。3.1.3 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有正三角形，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

29、心線之間的距離，t一般為加熱管外徑的1.25-1.5倍。目前在換熱器設計中，管心距的數(shù)值已經(jīng)標準化，只要管子規(guī)格確定，相應的管心距則為確定值。管心距值見表3-1。表3-1 不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑d0，mm19253857管心距t，mm25324870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；先計算管束中心線上管束nc：管子按正三角形排列時,nc=1.1；管子按正方形排列時，nc=1.19。式中n為總加熱管數(shù)。本設計采用正三角形排列加熱管，即nc=1.1=1.1×=14.38=1.5×38=57mm=t(-1)+2=48×(151)+2×

30、57=786mm根據(jù)初估加熱室內(nèi)徑值和容器公稱直徑系列，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n，如不滿足，應另選一設備內(nèi)徑，重新作圖，直至合適為止。殼體內(nèi)徑的標準尺寸列于表3-2。 表3-2 殼體的尺寸標準殼體內(nèi)徑mm400-700800-10001100-15001600-2000最小壁厚mm8101214根據(jù)表3-2列表,本設計選取加熱室殼體內(nèi)徑為900 mm，壁厚為10 mm。3.1.4 分離室直徑與高度的確定分離室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的體積流量及蒸發(fā)

31、體積的強度有關。分離室體積V的計算公式為：m3 式中：W某效蒸發(fā)的二次蒸汽量，kg/h； 某二次蒸發(fā)的二次蒸汽密度，kg/m3； U蒸發(fā)體積強度，m3/(m3·s)，一般允許值為1.1-1.5m/s。根據(jù)由蒸發(fā)工藝計算得到的各效二次蒸汽量，再選取適當?shù)腢值，即可得V。但各效二次蒸汽量，密度不同，按上式計算得到V值也不同，通常末效最大。為方便計，各效分離室可取一致，分離室估積宜取其中較大者。各效蒸汽的密度見表3-3。 U取2 m/s。=1.97m3。分離室體積取其中較大者,V=1.97 m3分離室體積確定后，其高度H與直徑D符合下列關系：V= 確定高度與直徑時應考慮以下原則： （1） 分離室的高度與直徑之比H:D =12。對中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其分離室高一般不小于1.8m，保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也不能太小，否則二次蒸汽流速過大將導致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴重；（2） 在條件允許時，分離室直徑應盡量與加熱室相同，這樣可使加熱室結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；（3） 高度和直徑都適于施工現(xiàn)場的安放。本設計選取H:D=2H =D=1.08m H=2.16m所以本設計?。篐=1.08mD=2.16m3.2接管尺寸的確定3.2.1溶液的進出口 對于并流加料的三效蒸發(fā),第一效溶液的流量最大,若各效設備采