蔗糖水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計

食品工程原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：蔗糖水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計設(shè)計者：班級14糧工 姓名余海軍學(xué)號 一指導(dǎo)教師：設(shè)計成績： 日期 一黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".概述 （1）\o"CurrentDocument"蒸發(fā)及蒸發(fā)流程 （1）\o"CurrentDocument"蒸發(fā)操作的分類 （1）\o"CurrentDocument"蒸發(fā)操作的特點 （1）\o"CurrentDocument"蒸發(fā)設(shè)備 （2）\o"CurrentDocument"蒸發(fā)器選型 （3）\o"CurrentDocument".設(shè)計任務(wù) （3）\o"CurrentDocument"設(shè)計任務(wù) （3）\o"CurrentDocument"操作條件 （3）\o"CurrentDocument".設(shè)計條件及設(shè)計方案說明 （4）.物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計算 （5）蒸發(fā)工藝設(shè)計計算 （5）估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度 （5）\o"CurrentDocument"估計各效蒸發(fā)溶液的沸點和有效總溫度差 （6）\o"CurrentDocument"加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算 （8）\o"CurrentDocument"蒸發(fā)器傳熱面積的估算 （9）\o"CurrentDocument"有效溫度的再分配 （10）\o"CurrentDocument"重復(fù)上述計算步驟 （10）\o"CurrentDocument"計算結(jié)果列表 （13）\o"CurrentDocument".主體設(shè)備計算和說明 （14）\o"CurrentDocument"加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計 （14）\o"CurrentDocument"循環(huán)管的選擇 （14）\o"CurrentDocument"加熱室的直徑以及加熱管數(shù)目的確定 （15）分離室直徑和高度的確定 （15）\o"CurrentDocument"接管尺寸的確定 （17）\o"CurrentDocument".輔助設(shè)備的選擇 （18）（18）（18）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"蒸汽冷凝器 （19）\o"CurrentDocument".三效蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 （21）蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸 （21）氣液分離器結(jié)構(gòu)尺寸 （21）蒸汽冷凝器主要結(jié)構(gòu) （21）.心得體會 （22）.參考文獻 （22）1概述蒸發(fā)及蒸發(fā)流程蒸發(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;（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(shè)備叫做蒸發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種循環(huán)流動，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)器內(nèi)備有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當(dāng)形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應(yīng)將其在冷凝器中加以冷凝。蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。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)器作為加熱蒸氣，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）可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（3）有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)；（4）操作溫度低，熱損失較小。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。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。蒸發(fā)操作的特點從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知，常見的蒸發(fā)時間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點：(1)沸點升高蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在港臺壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點高于純?nèi)芤旱姆悬c，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱唇溶劑的純熱溫差，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。(2)物料的工藝特性蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時可能析出晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強的腐蝕性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題。(3)節(jié)約能源蒸發(fā)時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個問題。蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)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氣，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：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。茲分述如下：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：振中央循環(huán)管式蒸發(fā)器^懸筐式蒸發(fā)器c.外熱式蒸發(fā)器工列文式蒸發(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(shè)計或操作不當(dāng)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1.5蒸發(fā)器選型本次設(shè)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。當(dāng)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。中央循環(huán)管式蒸發(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(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1?2m；加熱管徑多為25?75mm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0.4?0.5m/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。2設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)(1)蒸發(fā)器處理能力為年產(chǎn)10000噸蔗糖水溶液；操作條件(1)原料液濃度10%,完成液濃度70%;原料液溫度第一效沸點溫度；原料液比熱容3.768kJ/kg-℃;(2)加熱蒸汽壓為.200kPa(絕壓)，冷凝器壓強為15kPa(絕壓)。(3)各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K=1500W/(m2.℃)；K2=1000W/(m2.℃)；K3=500W/1 2 3(m2.℃);(4)各效蒸發(fā)器中液面的高度1.5m；(5)各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。各效傳熱面積相等，并忽略濃縮熱和熱損失。(6)每年按300天計，每天24小時連續(xù)運行。(7)廠址:大慶3設(shè)計條件及設(shè)計方案說明本次設(shè)計要求采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，在工業(yè)上被稱為標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等。它的加熱室由垂直的加熱管束組成，在管束中央有一根直徑很大的管子，稱為中央循環(huán)管。在蒸發(fā)操作中，為保證傳熱的正常進行，根據(jù)經(jīng)驗，每效分配到的溫差不能小于5?7℃。通常，對于沸點升高較大的電解質(zhì)溶液，應(yīng)采取2?3效。由于本次設(shè)計任務(wù)是處理KNO3溶液。這種溶液是一種沸點升高較大的電解質(zhì)，故選用三效蒸發(fā)器。另外，由也no3溶液是一種粘度不大的料液，故多效蒸發(fā)流程采用并流操作。多效蒸發(fā)器工藝設(shè)計的主要依據(jù)是物料衡算、熱量衡算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：加熱蒸氣（生蒸氣）的消耗量，各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積等。多效蒸發(fā)器的計算一般采用迭代計算法。4.物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計算蒸發(fā)工藝設(shè)計計算

年產(chǎn)量：：10000噸，且每年按照300天計算，每天24小時。F_(10000x年產(chǎn)量：：10000噸，且每年按照300天計算，每天24小時。F_(10000x103)

—300x241389kg/h總蒸發(fā)量:W=F(1-3)=1389x(1-巴)=1190.5kg/h0.7X3因并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸氣引出，可設(shè)w1:W2:w3=1：1.1：1.2W+嗎+y=3嗎1190.53.3=360.75kg/hW=1.1x360.75=396.8kg/hW=1.2x360.75=423.9kg/h，4二1389x0.1。=0.1351F-W1389-360.5=0.22_Fx. _ 1389x=0.22x2-F-W°-W-1389-360.75-396.8X3=0.704.3估計各效蒸發(fā)溶液的沸點和有效總溫度差設(shè)各效間壓力降相等，則總壓力差為￡AP=P—P'=200—15=185kPa1k一￡AP185……各效間的平均壓力差為APi=——=丁=61.7kPa3 3 3由各效的壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力，即P'=p—AP=200—61.7=138.3kPaP'=P—2AP=200—2義61.7=76.6kPaP3=Pk=15kPa由各效的二次蒸氣壓力，從手冊中可查得相應(yīng)的二次蒸氣的溫度和氣化潛熱列于下表中。表4-1二次蒸氣的溫度和氣化潛熱效數(shù)IIIm二次蒸氣壓力P'kPai138.376.615二次蒸氣溫度T',0Ci1099353.5(即下一效加熱蒸汽的溫度)二次蒸氣的氣化潛熱r',kJ/kgi223422752370(即下一效加熱蒸汽的氣化潛熱)(1)各效由于溶液沸點而引起的溫度差損失A'蒸發(fā)操作常常在加壓或減壓下進行，從手冊中很難直接查到非常壓下的溶液沸點。所以用以下方法估算。A'=fA/0.0162(7'+273)2

f= i rAa-常壓下(101.3kPa)由于溶質(zhì)引起的沸點升高，即溶液的沸點-水的沸點常壓下水的沸點為100℃。查表得常壓下不同質(zhì)量分數(shù)的蔗糖沸點如下表

質(zhì)量分數(shù)kg/l13.5%22%70%沸點℃〃*100.1100.3105.1經(jīng)查表知200kPa下飽和蒸汽溫度為120.2℃,氣化潛熱為2204.6kJ/kgA，=tA-1000.0162x(1090.0162x(109+273)22234X(100.1-100)=0.11℃A，2=fAa0.0162x(93A，2=fAa0.0162x(93+273)22275X(100.3-100)=2.86℃A,3=fAa0.0162x(53.5+273)22370x(105.1-100)=3.72℃所以溫差損失為:zA=A,]+A2+A,3=0.11+2.86+3.72=6.69℃(3)各效由于溶液靜壓強所因引起的溫度差損失為簡便計算，以液層中部點處的壓力和沸點代表整個液層的平均壓力和平均溫度，則根據(jù)流體靜力學(xué)方程，液層的平均壓力為:Pav1Pav2=P'Pav1Pav2=P'+PgL

a2PgL——av1 2PgL—av2 1.120x9.81x1.5=138.3+ =146.5kPa21.290X9.81X1.5=76.6+ =86.1kPaPav3=P'+22…:15+L460X9.81XL5=25.7kPa由平均壓力可查得對應(yīng)的飽和溫度為:av1av2av3A”=T'=av1av2av3A”=T'=110.4oC=95.2oC=63.7oC1A"所以2A"3pt=T'=Tav1av2Za=-T=1.4oC1-T'=2.2oC2-Tj10.2oCA,+￡a"+￡a”,=13.8oC(4)由流動阻力而引起的溫差損失A,，,取經(jīng)驗值1℃，A=A=A=1,則Za'=3oC故蒸發(fā)裝置的總損失溫度差損失為:1 2 3Za工A+ZA+Za”=6.69+13.8+3=23.49oC(5)各效料液的溫度和有效總溫差由各效二次蒸氣P「及溫度差損失△：，即可由下式估算各效料液的溫度ti:t=T'+AA=A'+A”+A”=0.11+1.4+1=2.51oCA=A'+A"+A"'=2.86+2.2+1=6.06oCA3=A'3+A3+A"3=3.72+10.2+1=14.92oC各效料液溫度為t=T+A=109+2.51=111.51oCt=T'+A=93+6.06=99.06oC13=T3'+A3=53.5+14.92=68.42oC有效總溫度差ZAt=(T—T)—ZASK由手冊可查得200kPa飽和蒸汽的溫度為120.2℃、氣化潛熱為2204.6kJ/kg,所以Za=(T—T')-Za=120.2-53.5-22.3=44.4℃tsk4.4加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算第i效的熱量衡算式為一…Wc )(t一t.)+Wr,Q=Dr=(Fc-W1一…Wc )(t一t.)+Wr,由上式求得第i效蒸發(fā)水量%的計算式Dr t-tW=nf+(Fc-Wc Wc)-xiir p0 1pw i-1pwri i對于沸點進料，10=tj考慮到蔗糖溶液濃縮受熱的影響，熱利用計算式為0.98-0.7Ai,其中A，為第i效蒸發(fā)器中料液溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的變化第1效的蒸發(fā)水量W1為

n=n=n=0.98一一,Dr 22046所以w=nT+=0.98X D=0.967D1 1r' 22341 1第n效的蒸發(fā)水量w2為Wr t一tW=n[—+(Fc一Wc)t一2]2r po1pwr'TOC\o"1-5"\h\z2' 2Wr 、t-1W=n[—1+(Fc-Wc)t 22 2r' po1pwr'222234 111.5-99.06=0.98[ W+(1389x3.5-4.187W) —一]22751 1 2275=0.94W1+26.1對于第ni效，同理可得[匕[匕3+(Fc3r' po3t—t-Wc)^ 3~]2pwr'2275 99.06-68.42=0.98x[ W+(1389x3.5-4.187W-4.187W)- ]23702 1 2 2370=0.89W+61.59-0.053W又W1+W2+W3=1190.5kg/h聯(lián)解上面各式，可得W=395.4kg/hW=397.8kg/hW=394.6kg/hD1=408.9kg/h4.5蒸發(fā)器傳熱面積的估算Q

1—KAttQ=Dr=408.9x2204.6x103/3600=2.5x105WA11=d=120.2-111.51=8.69°CS=-Q—=19.18m2K1A11

Q=Wr'=395.4x2234x103/3600=2.45x105WA12=T2-12=109-90.06=18.94oCS=—2—=12.94m2K2A12Q=Wr'=397.8x2275x103/3600=2.5x105WA13=T3-13=93-68.42=24.58oCS=-2-=20.3m2K3At3一S 誤差為1-}=0.36,誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述計算過程，Smax使三個蒸發(fā)器的傳熱面積盡量相等。4.6有效溫度的再分配S_S1Ati+S2At2+S3At3_19.18x8.69+12.94x18.94+20.3x24.58_1754一 ""^A~~52.21 .重新分配有效溫度差，可得sAt'__1At_9.5oCs1sAt'_一At_13.9oCs2sAt'_tAt_28.5oCs34.7重復(fù)上述計算步驟計算各效料液由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的濃度，即Fx o1389x0.13_019Fx o1389x0.11389-395.41389x0.11389-395.4-397.8_0.23X_勺2f-W-W1 2x3_0.710

4.7.2計算各效料液的溫度因末效完成液濃度和二次蒸氣壓力均不變，各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為68.42℃，即13=68,42℃則第m效加熱蒸汽的溫度（也即第n效料液二次蒸氣溫度）為T=t+At'=68.42+28.5=96.92℃3 3 3在此溫度下汽化潛熱r,=2266.1kJ/kg3用公式A'=fAa再次對料液溫度進行估算A1=fA1=fA=0.0162x(96.92+273)22266.1x(100.3-100)=0.29℃由液柱靜壓力及流動阻力而引起的溫度差損失可視為不變，故第n效料液的溫度為12=97.22+2.2+1=100.42℃同理T=T1=100.42+13.9=114.32℃2 1在此溫度下汽化潛熱：r2=2258KJ/kg第一效料液溫度：11=114.42+1.4+1=116.82℃T=116.82+9.5=126.32℃11=2219KJ/kgZAt=9.5+13.9+28.5=51.9℃溫度差重新分配后各效溫度情況列于下表：表4-2三效蒸發(fā)器各效的溫度效次 I n m加熱蒸汽溫度，°C T1=126.32 T'2=114.32 T'3=96.9211

有效溫度差，CAt'=9.5At'=13.92At'=28.53料液溫度，0c片116.82t2=100.42t3=68.42各效的熱量衡算T'=114.32oC1T'=96.920CF=53.5oC〈二2219KJ/kgr'2=2258KJ/kgr3'=2266.1kJ/kg第ni效Dr2204.6一^=0.98x2219D1=0.9736D1①t-第ni效Dr2204.6一^=0.98x2219D1=0.9736D1①t-t(Fc-Wc)t ^]②po1p0r'22219=0,98[ W+(1389x3.5-4.187W)22581 1=。.933W1+34.6=^[W2^33 r,3116.82-100.422258t-t+(Fc-Wc-Wc)t一^]②po1pw2258=0,98[ W+(1389x3.5-4.187W-4.187W)22662 1 2100.42-68.422266 ]=0.919W+67.28-0.058W③又因為W]+W2+W3=1190.5kJ/h④聯(lián)解上面①②③④式得12W=386.8kg/h1W=395.4kg/hW=408.2kg/hD1=397.3kg/h與第一次計算結(jié)果比較，其相對誤差為11一黯°.021395.4397.81=395.4397.81=0.006408.2394.61=0.034計算相對誤差均在0.05以下，故各效蒸發(fā)量的計算結(jié)果合理。其各效溶液無明顯變化，不需要重新計算。蒸發(fā)器傳熱面積的計算Q

1—KA

ttQ=Dr=397.3x2204.6x103/3600=2.4x105WAt11=9.5oCS=—^1—=16.8m2K1A11Q=Wr'=386.8x2234x103/3600=2.4x105WAt12=13.9oCS=幺—=17.3m2K2A12Q=Wr'=395.4x2275x103/3600=2.5x105WAt13=28.5oCS=Q3=17.5m2K3At3誤差為1-Smin=0.04<0.05,迭代計算結(jié)果合理,取平均傳熱面積為：S=17.2m2Smax4.8計算結(jié)果列表表4-3物料計算的結(jié)果13

效次IIIm冷凝器加熱蒸汽溫度，0C126.32114.3296.9253.5操作壓力P'.kPa1,138.376.61515溶液溫度(沸點)ti0Ci,116.82100.4268.4完成液濃度xi,%192370蒸發(fā)量Wi,kg/h386.8395.4408.2蒸氣消耗量D,kg/h397.3傳熱面積Si,m217.517.517.55主體設(shè)備計算和說明加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計管子長度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的難以程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)我們的設(shè)計任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子。加熱管的型號選用：@38X2.5mm加熱管長度選用：2.0m初步估算所需管子數(shù)為n'sn'二 兀sn'二 兀d(L—0.1)0二77兀義38*10-3義(2.0—0.1)循環(huán)管的選擇循環(huán)管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減小的原則來考慮的。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的40%?100%。本次計算取50%。則循環(huán)管的總截面積為-D2=0.5ndd241 4iD=-v0.5nd=<0.5x77x(38—2x2.5)=204.7mm1 i因為S較大，根據(jù)上式結(jié)果，選取管徑相近的標(biāo)準(zhǔn)管型號為@245X12mm。循環(huán)管的管長與加熱管相等，為2.0m。循環(huán)管的規(guī)格一次確定。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中。14

5.3加熱室的直徑以及加熱管數(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為正三角形，不同加熱管尺寸的管心距查表得表5-1不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑d0,mm 19 25 38 57管心距t,mm 25 32 48 70由上表查得型號為@38X2.5mm的管心距為t=48mmn=1.1U=1.1V77=9.65c估計加熱室的內(nèi)徑D.=t(n-1)+2br其中，b，=G?1.5)d0取b'=1.2d0=1.2義38=45.6mm所以D=t(n-1)+2b'=48(9.65-1)+2x45.6=506.4mmi c表5-2殼體的尺寸標(biāo)準(zhǔn)殼體內(nèi)徑，mm 400?700 800?1000 1100?1500 1600?200最小壁厚，mm 8 10 12 14根據(jù)估算，及容器的公稱直徑表，試選用D=600mm作為加熱室的內(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。當(dāng)內(nèi)徑為600mm時，獲得管數(shù)大于估算的管數(shù)，滿足要求。所以加熱室的型號選用：@600X8mm。5.4分離室直徑和高度的確定分離室體積的計算式為WV二 3600pU其中，U為蒸發(fā)體積強度，其中，U為蒸發(fā)體積強度，一般允許值為1.11.5m3/(m3-s),在此取m3/(n3?s)將工藝計算中二次蒸氣的溫度和流量以及根據(jù)溫度所查得的二次蒸氣的密度列于下15

表5-3二次蒸氣相應(yīng)密度效次IIIm二次蒸氣溫度t，,0ci114.3296.9253.5二次蒸汽流量Wi,kg/h386.8395.4408.2二次蒸氣密度p,,kg/m30.96350.53960.0979依據(jù)上表數(shù)據(jù)，分別算出各效分離室數(shù)據(jù)w386.8 V一 1 一 一0075m3u.umtiv13600pU3600x0.9635x1.5w1395.4 V— □ — —0136m3JU.±Ju〃cj23600pU3600x0.5396x1.52w408.2 V一 3— —0773m333600pU3600x0.0979x1.5為方便起見，各效分離室的尺寸均取一致，所以體積V取最大值V=0.773m3。分離室的高度和直徑的確定確定需考慮的原則：①H:D=1?2，取H:D=1.5②H>1.8③在允許的條件下，分離室直徑應(yīng)盡量與加熱室相同。兀一根據(jù)V=-D2H4可得：H=1.3mD=0.87m5.5接管尺寸的確定流體進出口計算公式：■4Vd='--ss

nu表5-5各效冷凝水密度效次IIIm溶液溫度t.0C1,116.82100.4268.416

完成液濃度xi,%192370冷凝水的密度P水/kg/m3945.6958.4978.7各效中溶液的平均密度計算:FF

p二—x——

，VV

水FF

p二—x——

，VV

水945.61-0.19958.41-0.23一(F-FX)/p 1-X=1167.4kg/=1167.4kg/m3=1244.7kg/m3178077=3262.3kg/m35.5.1溶液的進出口為統(tǒng)一管徑，按第I效的流量計算，溶液的適宜流速按強制流動算，即u=0.8~15m/s,此處選取u=1m/s則F1389V=一= =0.00033m3/ssp1167.4x360017寸.14x0.00033 .d= s= =20mm\冗u\兀依據(jù)無縫鋼管的常用規(guī)格選為①25x5mm的標(biāo)準(zhǔn)管。加熱管蒸汽進口與二次蒸氣出口的確定表5-4流體的適宜流速強制流體的液體，m/s自然流體的液體，m/s 飽和蒸汽，m/s 空氣及其他氣體，m/s0.8?150.080.8?150.08?0.1520?3015?20WV=—3WV=—3s3 P3：4x1.16=221.9mm飽和蒸汽適宜的流速u=20~30m/s,此處取u氣=30m/s為統(tǒng)一管徑，取體積流量最大的末效流量為計算管徑的體積流量，則408.2 … =1.16m30.0979x3600依據(jù)無縫鋼管的常用規(guī)格選用為①245x10mm的標(biāo)準(zhǔn)管。冷凝水進出口的確定17

冷凝水的排出屬于自然流，U=0.08?0.15mIs,設(shè)U冷凝水=0.15m/s分別計算各效冷凝水的管徑:3973 =1.17x10一4m3/s945.6x3600■4H1 s1——,KU■4H1 s1——,KU冷凝水' x1000=31.47mmKx0.15W——1-pk水2386.8 =1.12x10-4W——1-pk水2'nu冷冷凝水W■4x1.12'nu冷冷凝水W■4x1.12x10-4/ x1000=30.84mmVKx0.15—2-P水3395.4— =1.12x10-4m3/s978.7x36004H4H s3-nu冷凝水,4x1.12x10-4 x1000=30.84mm\Kx0.15為統(tǒng)一管徑，取計算得到各效最大的管徑為設(shè)計的管徑，則d'=31.47mm

3依據(jù)無縫鋼管的常用規(guī)格選用直徑為①32x3.5mm的標(biāo)準(zhǔn)管。6輔助設(shè)備的選擇氣液分離器根據(jù)蒸氣流速和各氣液體分離器的性能，選擇慣性式除沫器作為氣液分離器。其主要尺寸確定為：除沫器內(nèi)管的直徑D0氏口=204.7mm且DjD2：D3=1:1.5:2 D0,二次蒸汽的管徑除沫器外罩管的直徑D2=1.5xD]=1.5x204.7=307.05mm除沫器外殼的直徑D3=2xD]=2x204.7=409.4mm除沫器的總高度18

H=D=409.4mm3除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯xh=0.5xD1=0.5x204.7=102.35mm選取除沫器內(nèi)管：①219x10mm除沫器外罩管：①325x10mm除沫器外殼：①426x10mm蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當(dāng)二次蒸汽為有價值的產(chǎn)品需要回收或會嚴(yán)重地污染冷卻水時，應(yīng)采用間壁式冷卻器。當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用。選用多層多孔板式冷凝器冷卻水量VL冷卻水進出口壓力為15kPa，取冷卻水進出口溫度為25。C由板式蒸汽冷凝器的性能曲線可查得1m3冷卻水可冷卻的蒸汽量為X=46.5kg/m3W395.4X46.5W395.4X46.5=8.5m3/h=1.23VL理=1.23x8.5=10.5m3/h冷凝器的直徑D根據(jù)進入冷凝器的二次蒸氣的體積流量W=395.4m3/h，由流量公式計算冷凝器的V直徑：二次蒸氣流速u為15?20m/s，此處取u=20m/s。八■函: 4x395.4—0.31mD———0.31m丫兀u ，兀x3600x0.0979x15故取D=325mm淋水板的設(shè)計淋水板數(shù)：D=630mm>500mm,所以取n—9塊淋水板間距：當(dāng)7、9塊板時,L]=（0.6?0.7）L,L末>0.15m19

取L=2.5mi根據(jù)Ln+1=0.65Ln則L=0.65L=0.6x2.5=1.625mL=0.65L=0.65x1.625=1.056mL=0.65L=0.65x1.056=0.686mL=0.65L=0.65x0.686=0.446mL=0.65L=0.65x0.446=0.290mL=0.65L=0.65x0.290=0.188mL末>0.15m則淋水板間距符合條件。弓形淋水板的寬度：最上面一塊B'=0.9D=0.9x630=567mmB=0.5D+50=0.5x630+50=365mm淋水板堰高：D=630mm>500mm;h取60mm淋水板孔徑:冷卻水循環(huán)使用，d取8mm淋水板孔數(shù):n= ^l實 n

3600—d2u4 0U0=n。72gh=0.97