化工原理課程設(shè)計(jì)匯總

1、前言課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求能夠綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)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(guò)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(jiàn)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(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸發(fā)器。本次設(shè)計(jì)的主要是三效蒸發(fā)裝置。第一章 設(shè)計(jì)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(qiáng)（或溫度）、冷凝器操作壓強(qiáng)（或溫度)的選定。正確選擇蒸發(fā)過(guò)程的操作條件，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。加熱蒸汽壓強(qiáng)的確定 通常被蒸發(fā)的溶液有一個(gè)被允許的最高溫度，若超過(guò)此溫度物料就會(huì)變質(zhì)、破壞或分解，這是確定加熱蒸汽壓強(qiáng)的一個(gè)依據(jù)。應(yīng)使操作在低于最大溫度范圍內(nèi)進(jìn)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(gè)消耗大量加熱蒸汽而又產(chǎn)生大量二次蒸汽的過(guò)程。從節(jié)能觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)充分利用二次蒸汽作為

3、后續(xù)蒸發(fā)過(guò)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(jìn)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(guò)180，超過(guò)時(shí)相應(yīng)的壓強(qiáng)就很高，這將增加加熱設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。一般的加熱蒸汽壓強(qiáng)在400800kPa范圍之內(nèi)。本設(shè)計(jì)選700kPa。冷凝器操作壓強(qiáng)的確定若一次采用較高壓強(qiáng)的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸發(fā)，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。而且各效操作溫度較高時(shí)，溶液粘度低，傳熱效果好。若一效加熱蒸汽壓強(qiáng)低，末效應(yīng)采用真空操

4、作，此時(shí)各效二次蒸汽溫度低，進(jìn)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(duì)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(duì)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(shè)計(jì)冷凝器的絕對(duì)壓力選20kPa。1.2蒸發(fā)器的類型及其選擇蒸發(fā)器的類型 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，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時(shí)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(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，和使二次蒸汽全部

5、冷凝的冷凝器。減壓操作時(shí)還需真空裝置。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)。&

6、#160; 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。蒸發(fā)器的選擇蒸發(fā)設(shè)備的種類很多，但無(wú)論何種類型的蒸發(fā)設(shè)備，在構(gòu)造上必須有利于過(guò)程的進(jìn)行。因此設(shè)計(jì)蒸發(fā)設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：(1)盡可能提高冷凝和沸騰給熱系數(shù)。減緩加熱面

7、上污垢的生成速率，保證設(shè)備具有較大的傳熱系數(shù)；(2)能適應(yīng)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(guò)程中所析的晶體。從機(jī)械加工的工藝性、設(shè)備的投資、操作費(fèi)用等角度考慮，蒸發(fā)設(shè)備的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)要求：a、設(shè)備的材料消耗少，制造、安裝方便合理；b、設(shè)備的檢修和清洗方便，使用壽命長(zhǎng)；c、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要完全滿足以上各點(diǎn)困難的，必須權(quán)衡輕重，研究主次，加以綜合考慮。本次設(shè)計(jì)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。當(dāng)管內(nèi)液體被加熱沸騰時(shí)，中央循環(huán)管內(nèi)氣液

8、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。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(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，有"標(biāo)準(zhǔn)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(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。1.3蒸發(fā)操作的分類 按操作的方式

9、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(gè)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(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）可以利用低壓蒸汽作為加熱劑；（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

10、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。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)。經(jīng)濟(jì)上的限制是指效數(shù)超過(guò)一定時(shí)經(jīng)濟(jì)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(shí)所需生蒸汽量減少，是操作費(fèi)用降低。隨著效數(shù)的增加，設(shè)備費(fèi)用成倍增長(zhǎng)，而所節(jié)省的生蒸汽量愈來(lái)愈少，所以無(wú)限制增加效數(shù)已無(wú)實(shí)際意義，最適宜時(shí)的效數(shù)應(yīng)使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)二者之和為最小。技術(shù)上的限制是指效數(shù)過(guò)多，蒸發(fā)操作將難以進(jìn)行。一般工業(yè)生產(chǎn)中加熱蒸汽壓強(qiáng)和冷凝

11、器操作壓強(qiáng)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(guò)多時(shí)，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(dāng)分配到各效的有效傳熱溫度差減小到無(wú)法保證操作呈正常的沸騰狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)操作將無(wú)法進(jìn)行下去。因此基于上述因素考慮，實(shí)際的多效蒸發(fā)過(guò)程效數(shù)并不多。為保證傳熱的正常進(jìn)行，各效的有效傳熱溫度差不能小于610。通常對(duì)于電解質(zhì)溶液，如NaOH、NH4OH等水溶液，由于沸點(diǎn)升高較大，采用23效；對(duì)于非電解質(zhì)溶液、有機(jī)溶液等，其沸點(diǎn)升高較小，可采取為46效。但真正適宜的效數(shù)，需通過(guò)最優(yōu)化的方法加以確定。本設(shè)計(jì)選擇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

12、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(cuò)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(dòng)同向。并流流程結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，應(yīng)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(dòng)。自前效到后效，料液組成漸增，溫度同時(shí)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(jìn)料和出料，適合于有大量結(jié)晶析出的蒸發(fā)過(guò)程（4）錯(cuò)流流程 也稱為混流流程，它是并、逆流的結(jié)合，其特點(diǎn)是兼有并、逆流的優(yōu)點(diǎn)，但操作復(fù)雜，控制困難。我國(guó)目前僅用于造紙工業(yè)及有色金的堿回收系統(tǒng)中。采

13、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?，如蒸發(fā)冷凝液的利用及二次蒸汽的壓縮再利用等。本設(shè)計(jì)采用并流操作。三效蒸發(fā)的工藝流程蒸發(fā)過(guò)程的兩個(gè)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(jìn)行，后一部分在冷凝器完成。蒸發(fā)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(lái)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(shè)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

14、成水從下部排出，不凝氣體從頂部排出。通常不凝氣體來(lái)源有兩個(gè)方面，料液中溶解的空氣和系統(tǒng)減壓操作時(shí)從周圍環(huán)境中漏入的空氣。料液在蒸發(fā)器中蒸濃達(dá)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(jìn)料溫度的選擇進(jìn)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(jìn)蒸發(fā)器之前利用可回收的低溫?zé)嵩磳⒘弦侯A(yù)熱到接近或達(dá)到沸點(diǎn)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。本設(shè)計(jì)進(jìn)料溫度為25。第二章 三效蒸發(fā)的工藝計(jì)算三效蒸發(fā)的工藝計(jì)算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量

15、衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)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(jì)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(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟三效蒸發(fā)的計(jì)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(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。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。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸汽通過(guò)各效的壓強(qiáng)降相等，估算各效溶液沸點(diǎn)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(jì)算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應(yīng)按下面介紹的方法

16、重新分配有效溫度差，重復(fù)步驟（3)至（5），直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預(yù)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(shè)計(jì)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(shí)將8500kt濃度為10%的NaOH濃縮為30%，原料液溫度為第一效的沸點(diǎn)。（2） 加熱蒸汽壓強(qiáng)為700kPa,冷凝器的壓強(qiáng)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.）。蒸發(fā)溶液濃度的計(jì)算已知：進(jìn)料量F= 68kt/a，質(zhì)量分率=

17、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(wú)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(qiáng)與二次蒸汽壓強(qiáng)之差p為：故第i效二次蒸汽壓強(qiáng)為：由可查得或計(jì)算得到對(duì)應(yīng)溫度和氣化潛熱，同時(shí)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力， 473.33246.6619.99二次蒸汽的溫度,（即下

18、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(jì)算各效傳熱溫度差計(jì)算校正因數(shù)計(jì)算水溶液的沸點(diǎn)2.3.3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 校正系數(shù)法：由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失 為簡(jiǎn)便計(jì)溶液內(nèi)部沸點(diǎn)升高按液面與底層的平均壓強(qiáng)pm下水的沸點(diǎn)和二次蒸汽壓強(qiáng)p '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：計(jì)算NaOH水溶液的密度計(jì)算對(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)，對(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)計(jì)算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(shí)，由于管

19、道阻力使其壓強(qiáng)降低，致使蒸汽的飽和溫度相應(yīng)降低，由此引起的溫差損失即為。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取=1。各效傳熱溫度差計(jì)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(diǎn)，其計(jì)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(jì)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(duì)NaOH水溶液蒸發(fā)熱利用系數(shù):第效：因沸點(diǎn)進(jìn)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

20、.980.7=0.980.7（18%12.86%）=0.94第效中溶液沸點(diǎn)=137.83的二次蒸汽的汽化熱=2186.68，無(wú)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(dāng)無(wú)額外蒸汽引出時(shí)， 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(diǎn)=88.36的二次蒸汽的汽化熱=2354.93，無(wú)額外蒸汽引出，=2186.68,則 . (3)kg/h .(4) 聯(lián)立（1）（4）式，可得 =1856.24，=

21、1904.59，=1905.79，=1974.72 各效傳熱量的計(jì)算2.5 各效蒸發(fā)器傳熱面積計(jì)算2.6計(jì)算平均面積：誤差為，誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程。2.7重新計(jì)算過(guò)程有效溫度差的重新分配計(jì)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(jìn)料量，kg/h、分別為總的、第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/h計(jì)算各效料液沸點(diǎn)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)為第i效二次蒸汽溫度為第i效溫度差損失 操作壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)，即二次蒸汽飽和溫度，; 操作壓強(qiáng)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

22、力均不變，各種溫度差損失及溶液沸點(diǎn)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(yīng)的壓力為=175.87kPa. 下水溶液的沸點(diǎn)：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(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)：對(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)：第二效溶液的沸點(diǎn)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=2135.70kJ/kg相應(yīng)的壓力為410.70 kPa.下水溶液的沸點(diǎn)：下水溶液的沸點(diǎn)：對(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)：對(duì)應(yīng)下水的沸點(diǎn)：故第1效溶液的沸點(diǎn)為： 溫度分配表效次加熱蒸汽溫

23、度164.09144.32115.38有效溫度差，12.1217.4927.02料液溫度（溶液沸點(diǎn)），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(jiàn)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(qiáng) /kPa689.83410.7175.8719.99二次蒸汽的溫度/ 164.09144.32115.3860.09氣化潛熱 /(kJ/kg) 2073.52135.702217.662354.93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.

24、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(diǎn)，、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(dāng)無(wú)額外蒸汽抽出時(shí)，聯(lián)解式（1）至（4），可得=1856.71，=1928.12，=1881.91，=1996.47各效傳熱量的計(jì)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

25、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(jì)算與第一次計(jì)算結(jié)果比較，其相對(duì)誤差為:2.3%<4%計(jì)算相對(duì)誤差在0.04以下，故各效蒸發(fā)量的計(jì)算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無(wú)明顯變化，不需重新計(jì)算。根據(jù)要求最終選面積為: 計(jì)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(diǎn)），151.97126.8388.36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

26、積，m252.6652.4854.95第三章 蒸發(fā)器工藝尺寸的設(shè)計(jì)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(zhǎng)度及在花板上的排列方式等。這些尺寸取決于工藝計(jì)算結(jié)果，主要是傳熱面積。3.1 加熱管的選擇和管束的初步估計(jì)3.1.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)加熱管通常選用25×2.5mm，38×2.5mm，57×3.5mm等幾種規(guī)格的無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度一般為2-6m。管子長(zhǎng)度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢的難易程度，溶

27、液的起泡性和廠房的高度等因素來(lái)考慮。易結(jié)垢和起泡沫溶液的蒸發(fā)宜采用短管。本設(shè)計(jì)加熱管選用38×2.5mm，長(zhǎng)為3.0m。當(dāng)加熱管的規(guī)格與長(zhǎng)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(jì)算決定； d0為加熱管的外徑，m； L為加熱管長(zhǎng)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(jì)算n時(shí)管長(zhǎng)用（L-0.1）m。為完成傳熱任務(wù)所需的最小實(shí)際管數(shù)n只有在管板上排列加熱管后才確定。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(lái)考慮的。其截面積的40%-100%，若以D1表示循環(huán)管內(nèi)徑，則: =（0.4

28、1） 因而： 對(duì)面積較小的蒸發(fā)器，應(yīng)取較大的百分?jǐn)?shù)。按上式計(jì)算出D1后，應(yīng)從管規(guī)格表中選取管徑相近的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計(jì)入傳熱面積。循環(huán)管選取377×14mm的無(wú)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為相鄰兩管中心線之間的距離，t一般為加熱管外徑的倍。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)的管心距則為確定值。管心距值見(jiàn)表3-1。表3-1 不同加熱

29、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(lái)確定,具體做法是；先計(jì)算管束中心線上管束nc：管子按正三角形排列時(shí),nc=1.1；管子按正方形排列時(shí)，nc=1.19。式中n為總加熱管數(shù)。本設(shè)計(jì)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)+2×57=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

30、須大于初估值n，如不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至合適為止。殼體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸列于表3-2。 表3-2 殼體的尺寸標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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)體積的強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積V的計(jì)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(qiáng)度，m3/(m3·s)，一般

31、允許值為m/s。根據(jù)由蒸發(fā)工藝計(jì)算得到的各效二次蒸汽量，再選取適當(dāng)?shù)腢值，即可得V。但各效二次蒸汽量，密度不同，按上式計(jì)算得到V值也不同，通常末效最大。為方便計(jì)，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(jiàn)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(guān)系：V= 確定高度與直徑時(shí)應(yīng)考慮以下原則： （1） 分離室的高度與直徑之比H:D =12。對(duì)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(guò)大將導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重；（2） 在條件允許時(shí)，分離室直徑應(yīng)盡量與加熱室相同，這樣可使加熱室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；（3） 高度和直徑都適于施工現(xiàn)場(chǎng)的安放。本設(shè)計(jì)選取H:D=2H =D=1.08m H=2.16m所以本設(shè)計(jì)取：H=1.08mD=2.16m3.2接管尺寸的確定溶液的進(jìn)出口 對(duì)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(shè)備