蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算

1、第三章蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)器主體為加熱室和分離室，蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸包括：加熱室和 分離室的直徑及高度；加熱管的規(guī)格、長(zhǎng)度及在花板上的排列方式、連接管的尺 寸。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管子長(zhǎng)度的選擇根據(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。本次設(shè)計(jì)選用外循環(huán)式蒸發(fā)器，國產(chǎn)外循環(huán)式蒸發(fā)器蒸發(fā)器的管長(zhǎng) 一般從2560到3000mm不等，具體參考糖汁加熱與蒸發(fā)第139頁表6-1， 再根據(jù)糖汁的黏度情況，選擇加熱管以及板管型號(hào)如下表3-1所示：表3-1加熱選擇參數(shù)管子規(guī)格（mm）管間距離（mm）管長(zhǎng)（山山）15

2、CrMoR型管板后度(p42X354300030因加熱管固定在管板上，管板選擇考慮到管板厚所占有的傳熱面積，以及因焊接 所需要每端留出的剩余長(zhǎng)度，則計(jì)算理論管子數(shù)n時(shí)的管長(zhǎng)實(shí)際可以按以下公式 計(jì)算：L=（L0-0.1）m=3-0.1=2.9 m前面已經(jīng)計(jì)算求得各效面積A取500m2n= = =1307加熱管的排布方式按正三角形排列，查常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)3第163頁表 4-6，知道當(dāng)管數(shù)為1303時(shí)，排布為a=19層，1307與1303相差不大，在這可以 取19層進(jìn)行計(jì)算。其中排列在六角形內(nèi)管數(shù)為=1027根，其余排列在弓形面積 內(nèi)，如果按標(biāo)準(zhǔn)間距即管間距離54mm排列，則有四根管排不下，四根

3、管的總面 積為：A3=3.1415926x0.042x2.9x3=1.53 m2鑒于前面已經(jīng)取1.11的安全系數(shù)，如果現(xiàn)在取1303根管，則總面積為：=500-1.53=498.47 安全系數(shù)為 K= =1.108在安全系數(shù)范圍內(nèi)，所以可以不要三根管，取1303根。3.1.2加熱殼體的直徑計(jì)算D=t(b-1)+2eD殼體直徑，m；t-管間距，m；b-沿直徑方向排列的管子數(shù)目；e-外層管的中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般取e=(1.01.5)d0,在此取1.5。b =2a-1=2x19-1=37D=0.054x(37-1)+2x 1.5x0.042 = 2.07m參考糖廠技術(shù)準(zhǔn)備第三冊(cè)第198頁表9-

4、2，本次設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)形式的外循環(huán)式蒸發(fā)器,型號(hào)為TWX-550，有關(guān)參數(shù)如下表所示取標(biāo)準(zhǔn)的殼體直徑為2400mm，具體參數(shù)如下表3-2-1, 3-2-2所示：表3-2-1外循環(huán)管蒸發(fā)器有關(guān)技術(shù)參數(shù)型加熱體加熱 八、蒸 八、汽口徑/mm厚度/mm最大工作壓力/MPa汽凝水管管數(shù)X管徑條Xmm直徑加熱管號(hào)D/ mm管徑/mm管長(zhǎng)/ mm中心距/ mm內(nèi)壓外壓TWX-5502400(P300054600140.250.104X10042表3-2-2管蒸發(fā)器有關(guān)技術(shù)參數(shù)蒸發(fā)室捕汁汽結(jié)構(gòu)形式外循環(huán)管數(shù)量外循環(huán)管直徑/mm入汁直徑/ mm設(shè)備質(zhì)量/t負(fù) 荷質(zhì) 量/t試水質(zhì)量/t直徑/ mm有效高度/ mm

5、汽汁管直徑/ mm最大工作壓力 /MPa內(nèi)壓外壓300049008000.20.1慣性230012526.7534783.3分離室直徑與高度的校核分離室的直徑取決于分離室的體積，而分離室體積又與二次蒸汽的體積流量及蒸 發(fā)體積強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積計(jì)算式：V.=W./3600(U.根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計(jì)算中得到的各效二次蒸汽蒸發(fā)量，再從蒸發(fā)體積強(qiáng)度U的 數(shù)值范圍內(nèi)選取一個(gè)值，就可由上式算出分離室的體積。一般來說，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也不相同，按上式計(jì)算得到的分離 室的體積也不會(huì)相同，通常末效體積最大。根據(jù)化工原理上冊(cè)5附錄表4,查得各效蒸汽密度如下表3-3所示：表3-3各效汁汽密度效 數(shù)II

6、IIIIIV汁汽溫度ti (C)101.488.3774.4255.32汁汽汽化潛熱ri (kJ/kg)2254.82287.12317.52365.8效蒸汽密度(kg/m3)0.68870.40010.23650.1060=16340 忑/h)=11093 (kg/h)=3699(kg/h)=2242 (kg/h)蒸發(fā)體積強(qiáng)度一般允許值為1.1-1.5 m3/( m3.s),在此取U.=1.5m3/( m3.s)。則各效的分離室體積如下：V1= /3600p1U1=16340/(3600 x0.68874x1.5)=4.39 m3V2= /3600p2U2=11093/(3600 x0.40

7、01x1.5)=5.13 m3V3= /3600p3U3=3699/(3600 x0.2365x1.5)=2.90 m3V4= /3600p4U4=2242/(3600 x0.1060 x1.5)=3.92m3為方便起見，各效分離室的尺寸取一致，分離室體積取其中較大者V=V4=5.13 m3,為安全起見，取1.1的安全系數(shù)，即分離室的體積取為:V=5.13x1.1=5.64m3確定了分離室的體積，其高度與直徑符合V=rD2H/4關(guān)系，確定高度與直徑應(yīng)考 慮以下原則：分離室的高度與直徑比H/D=12。分離室的直徑不能太小，否則二次蒸汽 流速過大，導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。在條件允許的情況下，分離室的

8、直徑應(yīng)盡量與加熱室相同，這樣可使結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，制造方便。高度和直徑都適合于施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝。體積與高度的關(guān)系式：V=rD2H/4根據(jù)一般分離室的高度與直徑比H/D=12，在此，取H/D=1.5則得D= (8V/3n) 1/3= (8x5.64) / (3x3.1416) 1/3=1684.6mm，約為 1685mmH=1.5D=1.5x1685=2527.5mm 計(jì)算結(jié)果與上表 3-2-1,3-2-1 相比,D=1685 V 3000 H=2527.5 V 4900所以選擇型號(hào)為TWX-550,內(nèi)滿足設(shè)計(jì)的要求。在滿足生產(chǎn)要求的前提下，考慮制造和安裝的方便性，該分離器的壁厚選取與換 熱器的一致，即

9、為14mm。3.4接管尺寸的校核流體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑計(jì)算式：d= (4Us/nu) 1/23.4.1溶液進(jìn)出口各效設(shè)備尺寸一致，進(jìn)出口直徑相同。根據(jù)溶液流量最大的第 一效溶液流量確定接管直徑。溶液的適宜流速按強(qiáng)制流動(dòng)取值，根據(jù)糖汁加熱 與蒸發(fā)U1P168 表 6-5 取 u1=1.2m/s.以進(jìn)效濃度為準(zhǔn)，查制糖工業(yè)試驗(yàn)7可得進(jìn)效清汁密度為1056kg/ m3溶液體積流量 Vs=F/3600p1=43200/(3600 x1056)=0.01136 m3/s，則 d=(4x0.01136)/(3.1416x1.2)1/2=0.11m，即取 d=110 mm與上表 3-2-1,3-2-1 相比,

10、d=110 125 mm所以選擇型號(hào)為TWX-550,能滿足設(shè)計(jì)的要求。3.4.2加熱蒸汽進(jìn)出與二次蒸汽出口設(shè)計(jì)各效結(jié)構(gòu)尺寸一致，兩進(jìn)出口直徑相 同。由于末效體積流量最大，則根據(jù)末效體積流量來設(shè)蒸汽計(jì)進(jìn)出口的直徑。根據(jù)糖汁加熱與蒸發(fā)1 167頁表6-4查得蒸汽流速u4=3040m/s，取u4=30 m/s蒸汽體積流速量 Vs= /3600p4=2242/(3600*0.1060)=5.88m3/s則 d=(4x5.88)/(3.1416x30)1/2=499mm，d=499 2039101820直邊高度/mm254050254050設(shè)計(jì)蒸發(fā)罐所用的材料為低碳合金鋼，為了方便，上下封頭材料也選擇

11、低碳合金 鋼,壁厚為14mm,所以選擇直邊高度為40mm。3.7計(jì)算結(jié)果如表3-4所示：表3-4蒸發(fā)器的主要參數(shù)加熱器直徑2400mm溶液進(jìn)出口內(nèi)徑125mm加熱管數(shù)目1303蒸汽進(jìn)出口內(nèi)徑600mm分離室直徑3000mm冷凝水出口內(nèi)徑100mm分離室高度4900mm人孔500mm3.8底座的選擇底座的選擇主要考慮設(shè)備試水質(zhì)量，本設(shè)計(jì)的試水質(zhì)量為78t,由于質(zhì)量較大， 故采用裙式支座，裙式支座選擇低碳合金鋼，壁厚為28mm，內(nèi)徑為 2400+28=2428mm，考慮安裝的方便，支座的內(nèi)徑應(yīng)該比加熱體的外徑稍大，可以 約取 2440mm，3.9法蘭的法蘭的選擇應(yīng)該考慮蒸發(fā)器的最大工作壓強(qiáng)(在此以

12、PN0.25為現(xiàn)在基準(zhǔn))， 以及被連接件的直徑。參考化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P60-65表2-16，2-17，2-18 以及2-19，本次設(shè)計(jì)采用平焊法蘭(GB9115.5-88)，同時(shí)選出對(duì)應(yīng)的的螺栓螺 母，材料為全為Q235-A，具體如下表3-3所示。表3-3連接件管法蘭以及螺栓的選擇(GB9115.5-88)連接件上封頭下封頭加熱蒸汽入口管汽凝冷水管汁汽管外循環(huán)管入汁管公稱直徑Q 3000Q 2400Q 600Q 100Q 800Q 3003 125所選法蘭Dg3000Dg2400Dg600Dg100Dg800Dg300Dg125螺栓M39X24M39X24M24X20M16X4M27X24M2

13、0X12M27X8螺母M39X24M39X24M24X20M16X4M27X24M20X12M27X8鑒于影響連接件的密封性的主要因素為墊片，一般墊片選用耐油橡膠石棉網(wǎng)，厚 度為 = 2mm。3.10畫圖及說明采用CAD畫圖，四效并流外循環(huán)式蒸發(fā)流程簡(jiǎn)介：四效并流外循環(huán)式蒸發(fā)裝置 的流程圖如附圖所示，原料液由貯液槽經(jīng)離心泵打入清汁加熱器交換器1,在加 熱使料液溫度接近達(dá)到80C，然后進(jìn)入蒸發(fā)裝置的第一效2。生蒸汽通入第一效， 在第一效中生成的二次蒸汽經(jīng)過抽取一定量的汁汽后，送到第二效作加熱蒸汽 用。第一效中被濃縮的溶液也進(jìn)入第二效。依此類推，第二，三效也進(jìn)行抽汁汽， 在進(jìn)入下一效作為加熱蒸汽。

14、用真空泵9排除不凝性氣體，維持蒸汽冷凝器8 為負(fù)壓。各效間的壓強(qiáng)降，使溶液和二次蒸汽能自動(dòng)流到下一效。蒸汽冷凝器中 冷卻水和冷凝液的混合物從氣壓管排出，具體參見附錄2。蒸發(fā)器全部結(jié)構(gòu)和部件均采用實(shí)際尺寸標(biāo)注，裝配圖按照標(biāo)準(zhǔn)外循環(huán)式 TWX-550的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行作圖，具體見附錄2。第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果討論4.1設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)4.1.1檢查外循環(huán)蒸發(fā)器的四個(gè)約束：總溫差 糖渣汁是具有一定的熱敏性物料，最大允許溫差為50C，現(xiàn)為 T=7.54+8.78+7.73+7.36=31.41C，且每效的溫度差均大于7C,能保證較高的傳 熱效率，符合要求。加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性，大于1，說明經(jīng)濟(jì)性比較好。熱流率 最大熱流率

15、q=Q/A=16201x2247.31X1000/ (3600X500) =20400W/ (m2.S),其數(shù)值小于21500 W/ (m2.S)，符合要求。壓強(qiáng)降現(xiàn)計(jì)算的壓強(qiáng)降P=34.5kPa，對(duì)于常壓蒸發(fā)系統(tǒng)來說不大，符合要 求。4.1.2對(duì)設(shè)計(jì)的總體評(píng)述經(jīng)過多次的校核，證明該蒸發(fā)器性能不錯(cuò)，蒸發(fā)效率高達(dá)93%，氣液接觸面積大， 傳熱面積利用充分。原設(shè)計(jì)計(jì)算面積為450m2，取1.11的安全系數(shù)，初步定為 500 m2，經(jīng)參考糖廠技術(shù)準(zhǔn)備第三冊(cè)后，選擇型號(hào)為TWX-550的標(biāo)準(zhǔn)外循環(huán)式蒸發(fā) 器，并且經(jīng)過校核，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，所以設(shè)計(jì)有很大的操作 彈性。但是，由于設(shè)計(jì)面積為

16、500 m2，選擇TWX-550的蒸發(fā)器有一定的浪費(fèi)性， 即投資比較大。采用四效并流外循環(huán)式蒸發(fā)流程是比較合理的，裝置的操作簡(jiǎn)便，工藝條件穩(wěn)定， 設(shè)備維修工作少。此蒸發(fā)流程可以說比較優(yōu)良。4.2設(shè)計(jì)總結(jié)本次蒸發(fā)器設(shè)計(jì)過程中，我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，并查閱大量各種資料文獻(xiàn)，聯(lián)系化工 生產(chǎn)的實(shí)際，完成化工單元操作為主的化工設(shè)計(jì)實(shí)踐。經(jīng)過這一實(shí)踐，我掌握了 化工單元操作設(shè)計(jì)的基本程序和方法，提高了科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算以及熟悉查閱 資料及國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的能力；培養(yǎng)了我工程概念，自主實(shí)踐，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài) 度和正確的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)；使我運(yùn)用綜合知識(shí)，獨(dú)立解決問題的能力得到很大提高， 為下一步畢業(yè)設(shè)計(jì)做了一定的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)是在周老師、龍老師的指導(dǎo)下完成的，在此，向兩位老師表示忠心的感謝。由于設(shè)計(jì)者本人的能力有限，設(shè)計(jì)不可避免存在不足之處，希望老師們的批評(píng)指 正。1陳維鈞、許斯欣等.糖制汁加熱與蒸發(fā).中國輕工業(yè)出版社.2001.甘蔗糖廠設(shè)計(jì)