畢業(yè)設(shè)計(jì)---處理量為15000kg.h的cacl2水溶液四效蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　第一節(jié) 課題背景與物料簡(jiǎn)介</p><p><b>　　一、課題背景</b></p><p>　　CaCl2是一種用途極廣的無(wú)機(jī)化工原料，廣泛地用于生產(chǎn)多種用途的干燥劑、致冷劑、食物防腐劑、制造鈣鹽及某些染料的原料[3]。它主要應(yīng)用于玻璃制造、電視顯像

2、管、食品添加劑等方面，還用于日用化工、陶瓷、化工脫水液、建筑行業(yè)早強(qiáng)劑、生產(chǎn)涂料的凝固劑、橡膠行業(yè)乳膠凝結(jié)劑、微生物工業(yè)和化學(xué)工業(yè)，如化工原料、脫除劑和用作單倍體育種的培養(yǎng)基。此外，還用作織物的防火劑、海港的消霧劑和路面的集塵劑等。在水處理、公路除雪、制冷冷藏等方面，CaCl2也有廣泛的用途。</p><p>　　在CaCl2溶液蒸發(fā)裝置系統(tǒng)中，形成了由水蒸汽、氯化鈣溶液、晶體和惰性固體顆粒所組成的多相流工質(zhì)，其

3、中CaCl2有去除磷的作用。該蒸發(fā)裝置解決了裝置中的結(jié)垢問(wèn)題，避免了由于結(jié)垢嚴(yán)重而頻繁停車(chē)清洗造成的損失，提高了生產(chǎn)效率；具有高的傳熱效率，結(jié)構(gòu)緊湊，容易安裝與維修等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、降耗、增產(chǎn)的目的，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。</p><p><b>　　二、物料簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1. CaCl2的性質(zhì)<

4、;/p><p>　　CaCl2白色晶體或塊狀物，無(wú)毒、無(wú)臭、味微苦，不規(guī)則顆?；蚍勰?，熔點(diǎn)782℃，沸點(diǎn)1600℃，密度2.15g/cm3(25℃)。它在水中的溶解度很大，能形成含結(jié)晶水化合物。CaCl2吸濕性極強(qiáng)，暴露于空氣中極易潮解；能溶于醇、丙酮和醋酸；易溶于水，同時(shí)放出大量的熱，其水溶液呈微酸性，有弱腐蝕性。</p><p>　　2. CaCl2的用途</p><

5、p>　　CaCl2是一種用途極廣的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，廣泛地用于生產(chǎn)多種用途的干燥劑、致冷劑、食物防腐劑、制造鈣鹽及某些染料的原料[3]。它主要應(yīng)用于玻璃制造、電視顯像管、食品添加劑等方面。</p><p>　　CaCl2溶液是致冷工業(yè)中重要的冷凍劑。在使用過(guò)程中，會(huì)因吸收空氣中的水分而使其濃度降低，通過(guò)蒸發(fā)吸熱，與外界空氣進(jìn)行熱交換，以達(dá)到制冷效果。氯化鈣水溶液對(duì)設(shè)備有腐蝕性，使用時(shí)應(yīng)該注意。</p>

6、;<p>　　CaCl2是工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室常用干燥劑，如用于氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣、氯化氫、二氧化硫等氣體的干燥，但不能用來(lái)干燥乙醇和氨；是生產(chǎn)醇、酯、醚和丙烯酸樹(shù)脂時(shí)用作脫水劑。在無(wú)機(jī)工業(yè)中被用作制造金屬鈣、氯化鋇、各種鈣鹽(如磷酸鈣等)的原料。在建筑工業(yè)中被用作防凍劑，以加速混凝土硬化和增加建筑砂漿的耐寒能力。在微生物工業(yè)中被用作單倍體育種的培養(yǎng)基。此外，還用作織物的防火劑、海港的消霧劑、路面的集塵劑和食品的防腐劑等。</

7、p><p>　　第二節(jié) 蒸發(fā)與流程概述</p><p><b>　　一、蒸發(fā)概述</b></p><p>　　蒸發(fā)裝置廣泛應(yīng)用于化工、輕工、食品、醫(yī)藥、制冷、廢水處理、海水淡化等工業(yè)領(lǐng)域，其目的是使溶液中的溶劑與溶質(zhì)相互分離，其主要的幾個(gè)方面：</p><p>　　1、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

8、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；</p><p>　　2、由于廢水中含有高濃度鹽分，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，將廢水中的物質(zhì)變廢為寶。例如管式降膜蒸發(fā)器主要用于廢水濃縮，結(jié)晶蒸發(fā)器主要用于含鹽廢水的結(jié)晶；</p><p>　　3、制冷劑吸熱蒸發(fā)，降低環(huán)境的溫度，有利于食品、水果和新鮮質(zhì)感的保存。在冷卻空氣蒸發(fā)器中，有空調(diào)用翅片蒸發(fā)器、冷凍冷藏用空氣空氣冷卻器和排管蒸

9、發(fā)器等。</p><p>　　4、同時(shí)濃縮溶液和回收溶劑，例如有機(jī)磷農(nóng)藥苯溶液的濃縮脫苯，中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)等；</p><p>　　5、為了獲得純凈的溶劑，例如，海水淡化等。其中海水淡化是實(shí)現(xiàn)海水資源利用的開(kāi)源增量技術(shù)，可以增加淡水量；</p><p>　　6、蒸發(fā)器吸收室內(nèi)空氣中的熱量，使制冷劑蒸發(fā)為氣體，帶走室內(nèi)空氣中的熱量。同時(shí)將蒸發(fā)器周?chē)鲃?dòng)的空氣

10、冷卻產(chǎn)生冷凝水，達(dá)到除濕的目的。</p><p>　　蒸發(fā)操作實(shí)質(zhì)上是在間壁兩側(cè)分別進(jìn)行蒸發(fā)和溶液沸騰的傳熱過(guò)程，所以蒸發(fā)器也是一種傳熱器。然而和一般傳熱過(guò)程相比，蒸發(fā)操作又有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、蒸發(fā)物料是溶有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液。由拉烏爾定律可知，在相同溫度下，其蒸汽壓較純?nèi)軇┑?，因而在相同壓力下溶液的沸點(diǎn)比純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)高，加上引起沸點(diǎn)升高的其他原因，當(dāng)加熱蒸汽溫度一定時(shí)，蒸

11、發(fā)溶液時(shí)的有效傳熱溫差比純?nèi)軇r(shí)的小，溶液的濃度越大，這種影響也越顯著。</p><p>　　2、蒸發(fā)汽化時(shí)溶劑量很大，需要消耗大量蒸汽，為有效利用能量，提高加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性，可采用多效蒸發(fā)的方法。</p><p>　　3、蒸發(fā)物料常具有某些特性，如有些物料在濃縮時(shí)可能結(jié)垢或析出結(jié)晶，有些熱敏性物料在高溫下易分解變質(zhì)，有些具有較高的粘度或較強(qiáng)的腐蝕性等等。應(yīng)根據(jù)物料在特殊性和工藝要求選擇適當(dāng)

12、的蒸發(fā)方法和設(shè)備。</p><p>　　蒸發(fā)的目的是為了使溶液中的溶劑汽化，故溶劑應(yīng)具有揮發(fā)性而溶液中的溶質(zhì)必須是不揮發(fā)的。由汽化產(chǎn)生的蒸汽在逸向空間后不予除去，則蒸汽與溶液之間將逐漸趨于平衡狀態(tài)，是汽化不能繼續(xù)進(jìn)行，故進(jìn)行蒸發(fā)的必備條件為熱能的不斷供給和生成蒸汽的不斷的排除。</p><p><b>　　二、工藝流程概述</b></p><p&g

13、t;　　蒸發(fā)基本工藝流程示意圖如下圖1-2-1所示。</p><p>　　圖1-2-1 工藝流程示意圖</p><p>　　第三節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備與選型</p><p><b>　　一、蒸發(fā)設(shè)備簡(jiǎn)介</b></p><p>　　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)需要排出二次蒸氣，并使

14、之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。</p><p>　　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)一步分離的分離器，使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器和使物料加熱至沸點(diǎn)的預(yù)熱器以及減壓操作時(shí)還需真空裝置。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。</p><p>　　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，蒸發(fā)器可分為循環(huán)型(非膜型)和單程型

15、(非循環(huán)型)兩類(lèi)。循環(huán)型蒸發(fā)器包括：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、懸筐式蒸發(fā)器、外熱式蒸發(fā)器、強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器、列文式蒸發(fā)器。單程型蒸發(fā)器包括：升膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器、升-降膜式蒸發(fā)器、刮板式蒸發(fā)器等。</p><p>　　蒸發(fā)器按操作壓力分常壓、加壓和減壓3種。按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)狀況分有[8]：①循環(huán)型，沸騰溶液在加熱室中多次通過(guò)加熱表面，如中央循環(huán)管式、懸筐式、外熱式、列文式和強(qiáng)制循環(huán)式等；②單程型，沸騰溶液在

16、加熱室中一次通過(guò)加熱表面，不作循環(huán)流動(dòng)，即行排出濃縮液，如升膜式、降膜式、攪拌薄膜式和離心薄膜式等；③直接接觸型，加熱介質(zhì)與溶液直接接觸傳熱，如浸沒(méi)燃燒式蒸發(fā)器。蒸發(fā)裝置在操作過(guò)程中，要消耗大量加熱蒸汽，為節(jié)省加熱蒸汽，可采用多效蒸發(fā)裝置和蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。</p><p>　　若對(duì)所產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而是直接送往冷凝器被除去，則為單效蒸發(fā)；若把較高壓力的蒸發(fā)器內(nèi)所產(chǎn)生的二次蒸汽，送入另一壓力較低的蒸發(fā)器中

17、作為加熱蒸汽，則成為兩效蒸發(fā)，如此類(lèi)推，把多個(gè)操作壓力大小不同，并按順序排列的蒸發(fā)器聯(lián)接起來(lái)，可組成多效蒸發(fā)。故蒸發(fā)操作按蒸氣的利用程度又有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)之分[9]。</p><p>　　在單程型蒸發(fā)器中，物料沿加熱管壁成膜狀流動(dòng)，一次通過(guò)加熱器即達(dá)濃縮要求，其停留時(shí)間僅數(shù)秒或十幾秒。另外，離開(kāi)加熱器的物料又得到及時(shí)冷卻，因此特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。但由于溶液一次通過(guò)加熱器就要達(dá)到濃縮要求，因此對(duì)設(shè)計(jì)和操

18、作的要求較高。由于這類(lèi)蒸發(fā)器的加熱管上的物料成膜狀流動(dòng)，故又稱(chēng)膜式蒸發(fā)器。根據(jù)物料在蒸發(fā)器內(nèi)的流動(dòng)方向和成膜原因不同，它可分為下列幾種類(lèi)型:升膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器和刮板式蒸發(fā)器。下面將詳細(xì)講述升膜式蒸發(fā)器的內(nèi)容，其它略過(guò)。</p><p>　　升膜式蒸發(fā)器如圖1-3-1所示，它的加熱室由一根或數(shù)根垂直長(zhǎng)管組成。通常加熱管徑為25～50mm，管長(zhǎng)與管徑之比為100～150。原料液預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部進(jìn)入加熱器管內(nèi)

19、，加熱蒸汽在管外冷凝。</p><p>　　當(dāng)原料液受熱后沸騰汽化，生成二次蒸汽在管內(nèi)高速上升，帶動(dòng)料液沿管內(nèi)壁成膜狀向上流動(dòng)，并不斷地蒸發(fā)汽化，加速流動(dòng)，氣液混合物進(jìn)入分離器后分離，濃縮后的完成液由分離器底部放出。</p><p>　　這種蒸發(fā)器需要精心設(shè)計(jì)與操作，即加熱管內(nèi)的二次蒸汽應(yīng)具有較高速度，并獲較高的傳熱系數(shù)，使料液一次通過(guò)加熱管即達(dá)到預(yù)定的濃縮要求。通常，常壓下，管上端出口處

20、速度以保持20～50m/s為宜，減壓操作時(shí)，速度可達(dá)100～160m/s。</p><p>　　升膜蒸發(fā)器適宜處理蒸發(fā)量較大，熱敏性，粘度不大及易起沫的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出和易結(jié)垢的溶液。</p><p><b>　　二、蒸發(fā)設(shè)備選型</b></p><p>　　1.選型時(shí)應(yīng)考慮的因素</p><p>　　1

21、、溶液的組成、處理量或生產(chǎn)能力、溶液的初始濃度和供液溫度、完成液的終點(diǎn)濃度和產(chǎn)品要求；</p><p>　　2、處理量或生產(chǎn)能力、溶液的初始濃度和供液溫度、完成液的終點(diǎn)濃度和產(chǎn)品要求、溶液的沸點(diǎn)升高，物料的熱穩(wěn)定性（變質(zhì)的可能性，蒸發(fā)設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間的限制）；</p><p>　　3、溶液的發(fā)泡性、表面張力、液體粘度、有無(wú)氣體生成、有無(wú)結(jié)晶析出等，生成垢的成分（硫酸鈣、磷酸鈣、硅等）；<

22、;/p><p>　　4、可利用的熱源（水蒸氣、電力），有無(wú)必要設(shè)置鍋爐等，可利用的冷卻水溫、水量、水質(zhì)和一年內(nèi)的溫度變化；</p><p>　　5、溶液的pH值，涉及設(shè)備和襯里的材料，特別是防腐措施及修補(bǔ)方法等；此外，在選定蒸發(fā)器時(shí)還應(yīng)考慮技術(shù)條件、現(xiàn)場(chǎng)條件（面積和高度）、投資限額、操作方式（間歇或連續(xù)）及操作費(fèi)用等。</p><p><b>　　2.選型原則

23、</b></p><p>　　1、對(duì)于不發(fā)泡溶液或蒸發(fā)過(guò)程中無(wú)結(jié)垢和結(jié)晶生成的溶液可選自然循環(huán)式蒸發(fā)器，如標(biāo)準(zhǔn)式、懸框式、水平管式或傾斜管式蒸發(fā)器。</p><p>　　2、對(duì)于粘度高的溶液，可選用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器、升膜或強(qiáng)制循環(huán)升膜式蒸發(fā)器，或刮版式型蒸發(fā)器。</p><p>　　3、對(duì)濃縮過(guò)程中形成結(jié)晶的溶液，可選用標(biāo)準(zhǔn)型、強(qiáng)制循環(huán)型或盤(pán)管型蒸發(fā)器，也

24、可選用刮板式。</p><p>　　4、對(duì)蒸發(fā)時(shí)易結(jié)垢的溶液，可選用標(biāo)準(zhǔn)型或強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。</p><p>　　5、對(duì)易發(fā)泡溶液，可選用升膜式或強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，水平管式或自然循環(huán)式蒸發(fā)器也可使用。對(duì)易發(fā)泡溶液不宜采用真空蒸發(fā)。</p><p>　　6、對(duì)腐蝕性強(qiáng)的溶液，宜采用自然循環(huán)水平管式或標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器。</p><p>　　7、對(duì)熱敏

25、性溶液，宜采用膜式蒸發(fā)器，而且宜采用真空蒸發(fā)。</p><p>　　8、在處理量大時(shí)，為了提高熱經(jīng)濟(jì)性，減少蒸汽耗量，應(yīng)采用多效蒸發(fā)或多級(jí)閃急蒸發(fā)器。</p><p>　　蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，實(shí)際選型時(shí)，除了要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、金屬消耗量小、維修方便、傳熱效果好等等外，首要的還是看它能否適應(yīng)所蒸發(fā)物料的工藝特性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶、結(jié)垢性等等，然后再全面綜合地加以考

26、慮。根據(jù)本設(shè)計(jì)的情況，從設(shè)計(jì)制造成本等方面考慮，本文設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器選定為升膜式蒸發(fā)器，并流四效布置，具有占地少、能量損失小、結(jié)構(gòu)合理的優(yōu)點(diǎn)，蒸發(fā)效果滿足生產(chǎn)要求。</p><p><b>　　第二章 工藝計(jì)算</b></p><p>　　工藝設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，蒸發(fā)器的形式、大小、工作能力由這一步確定。</p><p><b>　　第一

27、節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　題目名稱(chēng)：處理量為15000kg/h的CaCl2水溶液四效蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)備形式：并流布置，升膜式蒸發(fā)器</p><p><b>　　操作條件：</b></p>

28、<p>　　(1)原料液質(zhì)量濃度6%，完成液質(zhì)量濃度25%；原料液溫度為30℃；原料</p><p>　　液比熱容3.1KJ/(kg?℃)；</p><p>　　(2)加熱蒸汽壓強(qiáng)400kPa（絕壓），冷凝器壓強(qiáng)20kPa（絕壓）；</p><p>　　(3)各效蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)，從書(shū)上或手冊(cè)中查?。?lt;/p><p>　　(4)各效

29、蒸發(fā)器傳熱面積相等，加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出，熱損失均按5%計(jì)，流動(dòng)阻力引起的沸點(diǎn)升高為0.5～1.0℃；</p><p>　　(5)每年工作330天,每天工作24小時(shí)。</p><p><b>　　第二節(jié) 工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>

30、;　　在蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算中，已知參數(shù)是：原料夜的處理量、溫度℃、濃度和比熱容，末效完成夜的濃度，第一效加熱蒸汽的壓力，其飽和溫度℃和汽化潛熱，冷凝器的壓力，其飽和溫度℃和汽化潛熱。</p><p>　　工藝計(jì)算需要設(shè)計(jì)的項(xiàng)目是：加熱蒸汽消耗量，各效的蒸發(fā)量，各效的傳熱面積。</p><p><b>　　二、物料衡算</b></p><p>

31、<b>　　1.料液的總蒸發(fā)量</b></p><p><b>　　式(2-2-1)</b></p><p>　　其中，——原料液的處理量，；——總蒸發(fā)量，</p><p>　　——料液初始質(zhì)量濃度；——料液完成質(zhì)量濃度</p><p><b>　　總蒸發(fā)量</b></p

32、><p><b>　　完成液總量</b></p><p><b>　　2.各效濃度的估算</b></p><p>　　由于此設(shè)計(jì)采用四效并流加料蒸發(fā)，而對(duì)于并流操作的多效蒸發(fā)有自蒸現(xiàn)象，所以各效的蒸發(fā)量可假設(shè)為：，則：</p><p><b>　　由得：</b></p>

33、<p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　再由得知各效濃縮液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：</p><p><b>　　其中，則計(jì)算的</b></p><p><b>　　三、熱量衡算</b></p&g

34、t;<p><b>　　1.各效的平均壓力</b></p><p>　　若忽略各種溫度差損失的影響，各效二次蒸汽壓力可按經(jīng)驗(yàn)方法估算，即認(rèn)為蒸汽通過(guò)各效的壓強(qiáng)降相等：</p><p><b>　　式(2-2-2)</b></p><p>　　式中 ——加熱蒸汽的壓力，；</p><p>

35、;　　——冷凝器中蒸汽壓力，。</p><p>　　根據(jù)和，則各效間的平均壓差為</p><p>　　由各效的平均壓差可求出各效加熱水蒸汽的平均壓力，即</p><p><b>　　其中，則計(jì)算</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　由各效水蒸汽

36、的平均壓力，可從手冊(cè)中可查得相應(yīng)的水蒸汽的溫度和汽化潛熱等參數(shù)，見(jiàn)表2-2-1。</p><p><b>　　表2-2-1</b></p><p>　　2.各效料液沸點(diǎn)和溫差損失</p><p>　　各效中由于溶液蒸汽的壓降、液柱靜壓及流動(dòng)阻力所造成的溫差損失、、均可按下述方法進(jìn)行估算。</p><p>　　(1)流動(dòng)阻

37、力所造成的溫差損失</p><p>　　在多效蒸發(fā)中，二次蒸汽由前效經(jīng)管路送至下效作為加熱蒸汽的壓力稍有降低，溫度也相應(yīng)降低。的計(jì)算繁瑣，一般取二次蒸汽溫度下降為0.5～1.0℃。</p><p>　　故，=0.5℃，=0.7℃，=0.8℃，=1.0℃</p><p><b>　　因此,3.0℃。</b></p><p>

38、;　　由各效流動(dòng)阻力所造成的溫差損失，可得到相應(yīng)各效二次蒸汽的溫度，進(jìn)而從手冊(cè)中可查得相應(yīng)的水蒸汽的壓力和汽化潛熱等參數(shù)，見(jiàn)表2-2-2。</p><p><b>　　表2-2-2</b></p><p>　　(2)液柱靜壓所造成的溫差損失</p><p>　　由于蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)積有一定高度的液層，所以其液層內(nèi)截面上的壓力高于液體表面壓力，因

39、此液層內(nèi)溶液的沸點(diǎn)也高于液面的沸點(diǎn)，從而兩者之間存在溫差，即， 式(2-2-3)</p><p>　　式中 ——與平均壓力相對(duì)應(yīng)的水的沸點(diǎn)，℃，其中（為液層深度，取值為，為液體密度）；</p><p>　　——與二次蒸汽壓力相對(duì)應(yīng)的水的沸點(diǎn)，℃，其中為二次蒸汽壓力。</p><p>　　由各效

40、二次蒸汽的溫度，可得到相應(yīng)各效飽和液的密度和溶液平均壓力，進(jìn)而從手冊(cè)中可查得相應(yīng)溶液平均壓力下水的沸點(diǎn)等參數(shù)，見(jiàn)表2-2-3。</p><p><b>　　表2-2-3</b></p><p>　　(3)溶液蒸汽壓降所造成的溫差損失</p><p>　　對(duì)于不揮發(fā)性溶液，由于溶質(zhì)分子阻礙了溶劑的汽化，使溶劑蒸汽壓下降，溶液沸點(diǎn)上升，并將大于二次

41、蒸汽溫度，則溶液蒸汽壓降所造成的溫差損失為</p><p><b>　　式(2-2-4)</b></p><p>　　式中 ——溶液的沸點(diǎn)，℃</p><p>　　——二次蒸汽的飽和溫度，℃</p><p>　　的計(jì)算方法很多，常用的是杜林法則。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，可用下式估算。</p><p>&l

42、t;b>　　式(2-2-5)</b></p><p>　　根據(jù)各效料液質(zhì)量濃度，由圖（見(jiàn)附錄1）查得</p><p><b>　?。?；；</b></p><p><b>　　故，；</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><

43、p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　總溫差損失</b></p><p><b>　　總有效溫差</b></p><p>　　(4) 各效料液沸點(diǎn)</p><p>　　

44、溶液的沸點(diǎn)與溶液的種類(lèi)、濃度和壓力有關(guān)。</p><p><b>　　式(2-2-6)</b></p><p><b>　　故，</b></p><p>　　各效物料沸點(diǎn)值見(jiàn)表2-2-4。</p><p><b>　　表2-2-4</b></p><p>

45、;　　各效有效溫差，其中；</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　四、加熱蒸汽消耗量和各效

46、蒸發(fā)水量的初步計(jì)算</p><p>　　原料液的比熱，水的比熱，計(jì)算中所需的參數(shù)見(jiàn)表2-2-5。</p><p><b>　　表2-2-5</b></p><p>　　第i效的蒸發(fā)量的計(jì)算式為</p><p><b>　　式(2-2-7)</b></p><p>　　式中：—

47、第效加熱蒸汽量，，當(dāng)無(wú)額外蒸汽引出時(shí)，；</p><p>　　，—第效加熱蒸汽，二次蒸汽的汽化潛熱，，且；</p><p>　　，—分別為第效和第效物料的沸點(diǎn)；</p><p>　　—為第效的熱利用系數(shù)，取，；</p><p>　　第一效的熱量恒算式為：</p><p>　　因沸點(diǎn)進(jìn)料，則，所以，</p>

48、<p>　　第二效的熱量恒算式為：</p><p>　　第三效的熱量恒算式為：</p><p><b>　　第四效的熱衡算式為</b></p><p>　　又因 式(2-2-8)</p><p>　　聯(lián)立式()～式()，可得</p><p>&l

49、t;b>　??； </b></p><p><b>　　； </b></p><p>　　五、各效外加熱蒸汽的傳熱量</p><p>　　1.理論加熱蒸汽傳熱量</p><p>　　，其中 式(2-2-9)</p>&

50、lt;p><b>　　； ；</b></p><p><b>　　； ；</b></p><p>　　2.實(shí)際加熱蒸汽傳熱量</p><p><b>　　式(2-2-10)</b></p><p><b>　??； ；</b></p>

51、;<p><b>　　； ；</b></p><p>　　六、蒸發(fā)器的傳熱面積</p><p>　　由蒸發(fā)器的傳熱方程可得， 式(2-2-11)</p><p>　　式中 ——蒸發(fā)器的熱流量，；——蒸發(fā)器的傳熱面積，；</p><p>　　——蒸發(fā)器的平均傳熱溫差，

52、K；——蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，。</p><p>　　由上式可見(jiàn)，計(jì)算傳熱面積需要知道傳熱溫差和傳熱系數(shù)。</p><p><b>　　(1)傳熱溫差</b></p><p>　　在蒸發(fā)器中，管外為蒸汽冷凝，為蒸汽溫度，其值恒定；管內(nèi)為溶液沸騰，為溶液沸點(diǎn)，多為定值，可視為恒溫差傳熱，故</p><p><b>　

53、　式(2-2-12)</b></p><p><b>　　則各效有效溫差：</b></p><p><b>　　℃； ℃；</b></p><p><b>　　℃； ℃；</b></p><p><b>　　(2)傳熱系數(shù)</b>

54、</p><p>　　蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的計(jì)算是困難的。由于溶液在加熱面上被氣化濃縮，因而易于在壁面結(jié)晶或結(jié)垢，結(jié)垢熱阻很快增大，并且污垢熱阻隨溶液的種類(lèi)變化較大而難于估算。對(duì)不易結(jié)晶或結(jié)垢的溶液，因?yàn)槿芤涸谟邢蘅臻g內(nèi)沸騰，其傳熱情況比大容積下的沸騰更為復(fù)雜。對(duì)于不同類(lèi)型的蒸發(fā)器，其影響管內(nèi)溶液沸騰側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素和程度又有所不同?；谏鲜鲈?，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)仍主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)選定。</p>

55、;<p>　　故，選取各效的傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　??； </b></p><p><b>　??； </b></p><p><b>　　(3)計(jì)算換熱面積</b></p><p><b>　　因?yàn)?，則</b>&l

56、t;/p><p><b>　??；；</b></p><p><b>　??；；</b></p><p><b>　　七、蒸發(fā)器的校核</b></p><p>　　為了蒸發(fā)器的制造、安裝、庫(kù)存和操作的方便，通常是各效的傳熱面積相等。</p><p>　　故用式來(lái)

57、檢驗(yàn)，若算出各效的傳熱面積不等的相對(duì)偏差大于規(guī)定值時(shí)，則應(yīng)調(diào)整各效的有效溫差，并且重算傳熱面積，直至使傳熱面積相等或相近為宜。</p><p><b>　　式(2-2-13)</b></p><p>　　式中 ——規(guī)定的傳熱面積間的相對(duì)偏差，?。?lt;/p><p>　　——算出各效傳熱面積中最小者，</p><p>　

58、　——算出各效傳熱面積中最大者，</p><p>　　由于，為了蒸發(fā)器的制造、安裝、庫(kù)存和操作的方便，則應(yīng)調(diào)整各效的有效溫差，并且重算傳熱面積。</p><p><b>　　八、工藝重算</b></p><p>　　1.重算各效傳熱面積</p><p><b>　　式(2-2-14)</b><

59、/p><p>　　2.重新分配各效有效溫差</p><p>　　設(shè)各效傳熱面積相等，從而重新分配各效有效溫差。</p><p><b>　　第一效的有效溫差</b></p><p><b>　　第二效的有效溫差</b></p><p><b>　　第三效的有效溫差<

60、;/b></p><p><b>　　第四效的有效溫差</b></p><p>　　3.重算各效料液質(zhì)量濃度</p><p>　　由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的質(zhì)量濃度。</p><p>　　因?yàn)?，其中，，各效物料的蒸發(fā)量值見(jiàn)表2-2-6。</p><p><b>　　表2-

61、2-6</b></p><p>　　則各效料液的質(zhì)量濃度：</p><p><b>　??； </b></p><p><b>　??； </b></p><p>　　因末效完成液濃度和末效的二次蒸汽壓力均不變，則各種溫差損失可視為恒定，故末效溶液的沸點(diǎn)℃。</p><

62、;p>　　4.重算各效料液沸點(diǎn)和溫差損失</p><p>　　(1)液柱靜壓及流動(dòng)阻力而引起的溫差損失</p><p>　　由于各效蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、外界環(huán)境不變以及暫且忽略各種因素的影響，所以可認(rèn)為各效蒸發(fā)器內(nèi)因液柱靜壓及流動(dòng)阻力而引起的溫差損失不變，即和不變。</p><p>　　(2)溶液蒸汽壓降所造成的溫差損失</p><p>　　

63、溶液蒸汽壓降所造成的溫差損失，即。</p><p>　　的計(jì)算方法很多，常用的是杜林法則。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，可用下式估算。</p><p><b>　　式(2-2-15)</b></p><p>　　根據(jù)各效料液質(zhì)量濃度，由圖（見(jiàn)附錄1）查得</p><p><b>　??；； </b></p>

64、;<p><b>　　故，；</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　(3) 各效料液沸點(diǎn)</p><p>　　溶液的沸點(diǎn)與溶液的種類(lèi)、濃度和壓力有關(guān)。</p><p>&

65、lt;b>　　式(2-2-16)</b></p><p>　　各效物料的沸點(diǎn)和各效的有效溫差參數(shù)見(jiàn)表2-2-7。</p><p><b>　　表2-2-7</b></p><p>　　5.重算加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量</p><p>　　原料液的比熱，水的比熱，重算過(guò)程中所需的參數(shù)見(jiàn)表2-2-8。&

66、lt;/p><p><b>　　表2-2-8</b></p><p>　　第一效的熱量恒算式為：</p><p><b>　　因沸點(diǎn)進(jìn)料，則。</b></p><p><b>　　故，</b></p><p>　　第二效的熱量恒算式為：</p>

67、<p>　　第三效的熱量恒算式為：</p><p>　　第四效的熱量恒算式為：</p><p><b>　　又因</b></p><p>　　聯(lián)立式()～式()，可得</p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　??；

68、</b></p><p>　　與第一次計(jì)算結(jié)果比較，其相對(duì)誤差為</p><p>　　6.重算各效外加熱蒸汽的傳熱量</p><p><b>　　實(shí)際傳熱量，</b></p><p><b>　　，其中，；</b></p><p><b>　??； &l

69、t;/b></p><p><b>　　； </b></p><p>　　7.重算蒸發(fā)器的傳熱面積</p><p>　　由蒸發(fā)器的傳熱方程可得， 式(2-2-17)</p><p>　　由上式可見(jiàn)，計(jì)算傳熱面積需要知道傳熱溫差和傳熱系數(shù)。</p><p>

70、;<b>　　(1)傳熱溫差</b></p><p>　　由上述重新分配各效有效溫差，所計(jì)算的各效物料有效溫差值見(jiàn)表2-2-9。</p><p><b>　　表2-2-9</b></p><p><b>　　(2)計(jì)算換熱面積</b></p><p><b>　　因?yàn)?/p>

71、，故：</b></p><p><b>　??； </b></p><p><b>　??； </b></p><p>　　8.重新校核蒸發(fā)器的換熱面積</p><p>　　為了蒸發(fā)器的制造、安裝、庫(kù)存和操作的方便，通常是各效的傳熱面積相等。</p><p>

72、　　一般用式進(jìn)行檢驗(yàn)，直至使傳熱面積相等或相近為宜。</p><p>　　因?yàn)?，迭代?jì)算結(jié)果合理，故取傳熱面積為158.2，為安全計(jì)，取安全系數(shù)為1.1，則換熱面積。</p><p>　　生蒸汽的經(jīng)濟(jì)程度，即生蒸汽可以蒸發(fā)水。</p><p><b>　　九、計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　工藝計(jì)算需要設(shè)計(jì)項(xiàng)目的結(jié)

73、果見(jiàn)表2-2-10。</p><p><b>　　表2-2-10</b></p><p>　　第三章 蒸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包含了機(jī)械、化工、力學(xué)、制圖等方面的知識(shí)，本設(shè)計(jì)采用的方法屬于簡(jiǎn)化的工程做法。</p><p>　　第一節(jié) 蒸發(fā)器加熱室設(shè)計(jì)</p><p>

74、　　一、加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)</p><p>　　(1)加熱管尺寸的選擇：直徑為，長(zhǎng)為的鋼管；</p><p>　　(2)加熱管數(shù)的初步估計(jì)：</p><p>　　(根) 式(3-1-1)</p><p><b>　　二、加熱管的排列</b></p><p>　　由于蒸發(fā)器的殼程走

75、的是飽和水蒸氣，不易結(jié)構(gòu)，故采用結(jié)構(gòu)緊湊的正三角</p><p>　　形排列。又由于加熱管中心矩宜不小于1.25倍的加熱管外徑，故常用的加熱管中心矩，故取中心矩。</p><p>　　三、加熱室內(nèi)徑、壁厚及加熱管根數(shù)的確定</p><p>　　1. 確定加熱室的內(nèi)徑和壁厚</p><p>　　加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用作圖法來(lái)確定，具體作法是：

76、先計(jì)算管束中心線上管數(shù)，管子按正三角形排列時(shí)， 式(3-1-2)</p><p><b>　　故</b></p><p>　　估算加熱室內(nèi)徑，即，其中，～。</p><p>　　故，～ 式(3-1-3)</p><p>　　～ 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取整

77、得，。</p><p>　　由筒體內(nèi)徑查取最小壁厚。</p><p><b>　　2. 壁厚的較核</b></p><p>　　壁厚的最小厚度計(jì)算公式： 式(3-1-4)</p><p>　　其中，——工作壓力，取0.6MPa；——?dú)んw直徑，1100mm</p><p&

78、gt;　　——許用應(yīng)力，111Mpa；—— 焊縫系數(shù)，取值為0.85</p><p>　　—— 腐蝕余量，3mm</p><p>　　，故壁厚合適且滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　3. 加熱管數(shù)目的確定</p><p>　　加熱管在管板上的分布按照等邊三角形排列，最接近筒體內(nèi)壁的管子與內(nèi)壁的距離大于等于10+d/2的原則排列管子，管子均勻

79、對(duì)稱(chēng)，見(jiàn)管板布置圖3-1-1。</p><p>　　圖3-1-1 管板布置圖</p><p>　　依據(jù)筒體內(nèi)徑，考慮到物料結(jié)垢，蒸汽流量不穩(wěn)定等元素影響有效傳熱面積。綜合考慮，故取加熱管根數(shù)為223根，則蒸發(fā)器的換熱面積。</p><p><b>　　由得，換熱面積。</b></p><p>　　四、管板與筒體法蘭設(shè)計(jì)&

80、lt;/p><p><b>　　1.管板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管板是蒸發(fā)器裝置的一個(gè)重要元件，它除了與管子和殼體等連接外，還是一個(gè)主要的受壓元件。對(duì)管板的設(shè)計(jì)，除滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)合理的考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)DN=1100mm，P=0.6Mpa，選擇整體管板兼作法蘭，結(jié)構(gòu)如圖3-1-2。</p><p>　　圖3-1-2 整體管板<

81、;/p><p>　　查文獻(xiàn)[1]和[2]得：</p><p>　　表3-1-1 整體管板尺寸</p><p>　　查文獻(xiàn)[12]，得管板管孔直徑及允許偏差為。</p><p><b>　　2.管箱法蘭設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管箱法蘭是蒸發(fā)裝置中的一個(gè)重要元件，與殼體和封頭等連接。對(duì)管箱法蘭

82、的設(shè)計(jì)，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還應(yīng)合理的考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)DN=1100mm，P=0.6Mpa，查文獻(xiàn)[15]，選擇乙型平焊法蘭，結(jié)構(gòu)如圖3-1-3。</p><p>　　圖3-1-3 筒體法蘭</p><p><b>　　查文獻(xiàn)[15]得：</b></p><p>　　表3-1-2 筒體法蘭尺寸</p><p>&l

83、t;b>　　五、折流板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了提高殼程流體的流速，增加湍流程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)垢。</p><p>　　折流板采用單弓形折流板如圖3-1-4，折流板缺口弦高，折流板間距，折流板厚度取。</p><p>　　圖3-1-4 單弓形折流板</p><

84、;p>　　折流板板數(shù)塊，故取折流板數(shù)=5塊。</p><p>　　那么離管板最近的折流板距離。</p><p>　　查文獻(xiàn)[1]和[2]得，折流板管孔直徑及允許偏差為。</p><p>　　六、拉桿、定距管設(shè)計(jì)</p><p>　　折流板一般采用拉桿與定距管等元件與管板固定，采用拉桿定距管形式。</p><p>

85、<b>　　圖3-1-5 拉桿</b></p><p>　　查文獻(xiàn)[4]表45得：</p><p>　　表3-1-3 拉桿尺寸</p><p>　　第二節(jié) 蒸發(fā)器接管設(shè)計(jì)</p><p>　　蒸發(fā)器有如下主要接管：物料的進(jìn)出接管、冷凝水出口接管、加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口的接管和不凝氣體接管。</p>&l

86、t;p>　　流體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑按下式計(jì)算：</p><p><b>　　式(3-1-5)</b></p><p>　　式中 ——溶液的質(zhì)量流量，；——溶液的密度，；</p><p>　　——溶液流速，； ——溶液接管內(nèi)徑，；</p><p><b>　　一、物料進(jìn)口接管</b>

87、</p><p>　　對(duì)于并流加料的四效蒸發(fā)，第一效溶液的流量最大，若各效設(shè)備采用統(tǒng)一尺寸，應(yīng)根據(jù)第一效溶液流量來(lái)確定接管。溶液的適宜流速按強(qiáng)制流動(dòng)考慮。</p><p>　　第一效進(jìn)口溶液參數(shù)見(jiàn)表。</p><p><b>　　表3-2-1</b></p><p>　　故物料進(jìn)口接管的內(nèi)徑：</p>&l

88、t;p><b>　　式(3-1-6)</b></p><p>　　為了方便起見(jiàn)，物料進(jìn)口接管可取統(tǒng)一管徑。查文獻(xiàn)[12]得：</p><p>　　進(jìn)料進(jìn)口接管外徑為108mm，公稱(chēng)通徑為100mm，壁厚為4mm。</p><p>　　物料進(jìn)口管內(nèi)流速的核算：</p><p>　　管內(nèi)流速 式(3-1-

89、7)</p><p>　　物料進(jìn)口接管內(nèi)流速在范圍之列，符合要求。</p><p><b>　　二、冷凝水出口接管</b></p><p>　　冷凝水的排出一般屬于自然流動(dòng)（有泵抽出的情況除外），接管直徑應(yīng)由各效加熱蒸汽消耗量較大者確定，故取加熱蒸汽消耗量。</p><p>　　第一效進(jìn)口溶液參數(shù)見(jiàn)表。</p>

90、;<p><b>　　表3-2-2</b></p><p>　　故冷凝水出口接管的內(nèi)徑：</p><p><b>　　式(3-1-8)</b></p><p>　　為了方便起見(jiàn)，冷凝水出口接管可取統(tǒng)一管徑。查文獻(xiàn)[12]表1-2-2，得：</p><p>　　冷凝水出口管外徑為45mm

91、，公稱(chēng)通徑為40mm，壁厚為2.5mm。</p><p>　　冷凝水管內(nèi)流速的核算：</p><p>　　管內(nèi)流速 式(3-1-9)</p><p>　　冷凝水管內(nèi)流速在范圍之列，符合要求。</p><p>　　三、加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口的接管</p><p>　　若各效結(jié)構(gòu)尺寸一致，則二次蒸氣體積流

92、量應(yīng)取各效中最大者。一般情況下，末效體積流量最大，故取二次蒸氣蒸發(fā)量。</p><p>　　第一效進(jìn)口溶液參數(shù)見(jiàn)表。</p><p><b>　　表3-2-3</b></p><p>　　故加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口的接管內(nèi)徑：</p><p><b>　　式(3-1-10)</b></p&g

93、t;<p>　　為了方便起見(jiàn)，進(jìn)出口可取統(tǒng)一管徑。查文獻(xiàn)[12]表1-2-2，得：</p><p>　　加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口的接管外徑為426mm，公稱(chēng)通徑為400mm，壁厚為13mm。</p><p>　　加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口的接管內(nèi)流速的核算：</p><p>　　管內(nèi)流速 式(3-1-11)</p><

94、p>　　蒸汽接管流速在范圍之列，符合要求。</p><p><b>　　四、物料出口接管</b></p><p>　　若各效結(jié)構(gòu)尺寸一致，則物料體積流量應(yīng)取各效中最大者。一般情況下，末效體積流量最大，故取二次蒸氣蒸發(fā)量。</p><p>　　第一效進(jìn)口溶液參數(shù)見(jiàn)表。</p><p><b>　　表3-2-

95、4</b></p><p>　　故加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口的接管內(nèi)徑：</p><p><b>　　式(3-1-12)</b></p><p>　　為了方便起見(jiàn)，物料出口接管可取統(tǒng)一管徑。查文獻(xiàn)[12]表1-2-2，得：</p><p>　　物料出口接管外徑為426mm，公稱(chēng)通徑為400mm，壁厚為13mm

96、。</p><p>　　物料出口接管內(nèi)流速的核算：</p><p>　　管內(nèi)流速 式(3-1-13)</p><p>　　物料出口接管流速在范圍之列，符合要求。</p><p>　　五、不凝氣體出口接管</p><p>　　若各效結(jié)構(gòu)尺寸一致，則不凝氣體體積流量應(yīng)取各效中最大者。為了方便起</p>

97、;<p>　　見(jiàn)，不凝氣體出口接管可取統(tǒng)一管徑，可取參數(shù)與冷凝水出口接管一致。</p><p>　　查文獻(xiàn)[12]得：不凝氣體出口接管外徑為45mm，公稱(chēng)通徑為40mm，壁厚為2.5mm。</p><p><b>　　六、防沖擋板的確定</b></p><p>　　為了防止殼程蒸汽進(jìn)口處流體對(duì)加熱管表面的直接沖刷，而引起侵蝕及震　

98、　動(dòng)，以保護(hù)換熱管，設(shè)計(jì)防沖擋板，結(jié)構(gòu)如圖3-2-1。</p><p>　　圖3-2-1 防沖擋板</p><p>　　防沖板外表面到殼體內(nèi)壁的距離，防沖板直徑，防沖板厚度取，厚度取，采用Q235B-B材料，防沖板固定形式為防沖板焊接在圓筒上。</p><p>　　七、蒸發(fā)器接管法蘭的確定</p><p>　　蒸發(fā)器接管法蘭選用凸面管法蘭。&

99、lt;/p><p>　　圖3-2-2 接管法蘭</p><p><b>　　查文獻(xiàn)[2]得</b></p><p>　　表3-2-5 接管法蘭尺寸</p><p>　　八、蒸發(fā)器接管伸出長(zhǎng)度的確定</p><p>　　蒸發(fā)器接管伸出長(zhǎng)度按下式計(jì)算：</p><p><b

100、>　　式(3-1-14)</b></p><p>　　式中 ——接管伸出長(zhǎng)度，； ——保溫層厚度，；</p><p>　　——接管法蘭厚度，； ——接管法蘭的螺母厚度，；</p><p>　　蒸發(fā)器接管中各參數(shù)見(jiàn)表。</p><p>　　表3-2-6 接管各參數(shù)</p><p>　　(1)進(jìn)料

101、接管伸出長(zhǎng)度確定</p><p><b>　　，故取</b></p><p>　　(2)出料口接管伸出長(zhǎng)度確定</p><p><b>　　，故取</b></p><p>　　(3)蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口接管伸出長(zhǎng)度確定</p><p><b>　　，故取</

102、b></p><p>　　(4)冷凝液出口接管伸出長(zhǎng)度確定</p><p><b>　　，故取</b></p><p>　　(5)不凝氣出口接管伸出長(zhǎng)度確定</p><p><b>　　，故取</b></p><p>　　九、蒸發(fā)器接管安裝位置的確定</p>

103、<p>　　蒸發(fā)器接管安裝位置按下式計(jì)算：</p><p><b>　　式(3-1-15)</b></p><p>　　式中 ——接管安裝位置，； ——保溫層厚度，；</p><p>　　——接管法蘭厚度，； ——接管法蘭的螺母厚度，；</p><p>　　(1)進(jìn)料口接管安裝位置確定</p

104、><p>　　接管中心軸與筒體中心軸重合。</p><p>　　(2)出料口接管安裝位置確定</p><p>　　由于進(jìn)料口接管管徑較大，故進(jìn)料口接管位置應(yīng)有補(bǔ)強(qiáng)圈來(lái)起加強(qiáng)作用。</p><p><b>　　，則取整。</b></p><p>　　(3)蒸汽進(jìn)口接管安裝位置確定</p>

105、<p>　　由于進(jìn)料口接管管徑較大，故進(jìn)料口接管位置應(yīng)有補(bǔ)強(qiáng)圈來(lái)起加強(qiáng)作用。</p><p><b>　　，則取整。</b></p><p>　　(4)不凝氣體出口接管安裝位置確定</p><p>　　為了停車(chē)時(shí)方便排出蒸發(fā)裝置中的蒸汽，故設(shè)計(jì)排氣管。由于不凝氣體出口接管安裝位置無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈，故不凝氣體出口接管安裝位置可取最小尺寸。由于，

106、則取整。</p><p>　　(5)冷凝液出口接管安裝位置確定</p><p>　　為了停車(chē)時(shí)方便排出蒸發(fā)裝置中多余的冷凝液以免影響傳熱效率，故設(shè)計(jì)排</p><p>　　液管。由于冷凝液出口接管位置無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈，故冷凝液出口接管安裝位置可取最小尺寸。為了保證多余的冷凝液能夠順利的流出，則取冷凝液出口接管安裝位置。</p><p>　　第三節(jié) 加

107、熱室其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.下管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-3-1 下管箱結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于蒸發(fā)器屬于單程蒸發(fā)器，筒體內(nèi)徑，且采用軸向接管。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，根據(jù)，查得。</p>

108、<p><b>　　2.上管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-3-2 上管箱結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于蒸發(fā)器需安裝視鏡，，故選擇A型管箱。因?yàn)檎舭l(fā)器屬于單程蒸發(fā)器，筒體內(nèi)徑，，且采用徑向接管，接管尺寸。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，根據(jù)，查得。</p><p><b>　　二、支座選用</b></p&g

109、t;<p>　　選擇BN型耳式支座， 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-3-3。</p><p>　　圖3-3-3 BN型耳式支座結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)筒體內(nèi)徑D，查文獻(xiàn)[2]，得蒸發(fā)器的支座的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3-3-1。</p><p>　　表3-3-1 BN型耳式支座</p><p>　　三、蒸發(fā)器封頭的選擇</p><

110、p>　　蒸發(fā)器頂蓋與底蓋封頭均選擇有折邊標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。</p><p>　　圖3-3-4 有折邊標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭</p><p><b>　　查文獻(xiàn)[1]得：</b></p><p>　　表3-3-2 有折邊標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭</p><p><b>　　四、視鏡設(shè)計(jì)</b></p>&l

111、t;p><b>　　查文獻(xiàn)[12]，得</b></p><p>　　表3-3-3 視鏡尺寸</p><p>　　視鏡位置的最小尺寸：</p><p><b>　　式(3-3-1)</b></p><p>　　式中 —視鏡外徑，mm；—法蘭厚度，mm</p><p>　

112、　視鏡安裝高度取250mm。</p><p><b>　　五、墊片選擇</b></p><p>　　墊片材料選擇石棉橡膠墊片，查文獻(xiàn)[12]，得</p><p>　　表3-3-4 墊片選擇</p><p>　　六、加熱管與管板的連接</p><p>　　管子與管板的連接采用強(qiáng)度含連接，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高

113、，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高</p><p>　　壓下能保證連接處的緊密性和抗拉脫能力，查化工單元過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)表4-20，管端伸出長(zhǎng)度=3.0，=5mm，查文獻(xiàn)[12]選擇結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-3-5。</p><p>　　圖3-3-5 加熱管與管板的連接</p><p>　　七、管板與殼體及管箱的連接</p><p>　　1.管板與殼體的連接</p

114、><p>　　查文獻(xiàn)[12]，選擇結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-3-6。</p><p>　　圖3-3-6 管板與殼體的連接</p><p>　　2.管箱與殼體的連接</p><p>　　查文獻(xiàn)[12]，選擇結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-3-7。</p><p>　　圖3-3-7 管箱與殼體的連接</p><p>　　第四節(jié) 蒸發(fā)

115、裝置元件強(qiáng)度校核</p><p><b>　　一、殼體的強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)工藝條件殼程的設(shè)計(jì)壓力，焊縫采用雙面對(duì)接焊局</p><p>　　無(wú)損傷，焊接接頭系數(shù)，材料選用20，其許用應(yīng)力，殼體腐蝕余量，計(jì)算厚度為：</p><p><b>　　式(3-4-1)</b><

116、/p><p>　　殼體的名義厚度 式(3-4-2)</p><p>　　故取殼體的名義厚度，考慮到蒸發(fā)器立式擺放，殼體需要安裝支座，為此應(yīng)適當(dāng)增加殼體厚度，則殼體壁厚。</p><p><b>　　二、管箱的強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)工藝條件殼程的設(shè)計(jì)壓力，焊縫采用雙面對(duì)接焊

117、局無(wú)損傷，焊接接頭系數(shù)，材料選用20，其許用應(yīng)力，殼體腐蝕余量，計(jì)算厚度為：</p><p><b>　　式(3-4-3)</b></p><p>　　殼體的名義厚度 式(3-4-4)</p><p>　　故取殼體的名義厚度，考慮到蒸發(fā)器立式擺放，殼體需要安裝支座，為此應(yīng)適當(dāng)增加殼體厚度，則殼體壁厚。</

118、p><p><b>　　三、管板強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　采用TEMA設(shè)計(jì)法，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力，焊縫采用雙面對(duì)接焊局無(wú)損傷，焊接接頭系數(shù)，材料選用16MnR，其許用應(yīng)力，殼體腐蝕余量，計(jì)算厚度為：</p><p>　　必需的彎曲強(qiáng)度 式(3-4-5)</p><p>

119、;　　必需的剪切強(qiáng)度 式(3-4-6)</p><p>　　式中 D—板計(jì)算直徑，mm；d—管孔直徑，mm；</p><p>　　K—結(jié)構(gòu)系數(shù)，K=1.0；—最外圈管子當(dāng)量中心圓直徑，mm；</p><p><b>　　必需的彎曲強(qiáng)度 </b></p><p><

120、;b>　　必需的剪切強(qiáng)度 </b></p><p>　　管板的名義厚度 式(3-4-7)</p><p>　　根據(jù)管板名義厚度，查標(biāo)準(zhǔn)管板數(shù)據(jù)所得，即管板符合強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　四、水壓試驗(yàn)</b></p><p>　　為了檢查蒸發(fā)器的強(qiáng)度和致密性，故

121、進(jìn)行水壓試驗(yàn)。</p><p><b>　　液壓試驗(yàn)壓力規(guī)定：</b></p><p><b>　　式(3-4-8)</b></p><p>　　式中 —?dú)んw的試驗(yàn)壓力，Mpa；—設(shè)計(jì)壓力，MPa</p><p>　　—試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa</p><p>　　

122、—設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，Mpa</p><p>　　液柱靜壓力 式(3-4-9)</p><p><b>　　式(3-4-10)</b></p><p><b>　　校核殼體的應(yīng)力：</b></p><p><b>　　式(3-4-11)</b&g

123、t;</p><p>　　查化工容器設(shè)計(jì)附錄得：材料在常溫時(shí)</p><p><b>　　式(3-4-12)</b></p><p><b>　　故水壓試驗(yàn)安全。</b></p><p>　　第四章 蒸發(fā)輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p>　　蒸發(fā)輔助設(shè)備主要有預(yù)熱器、氣液分離器

124、和冷凝器等</p><p>　　第一節(jié) 蒸汽預(yù)熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　在預(yù)熱器設(shè)計(jì)的計(jì)算中，已知參數(shù)是：原料夜的處理量、溫度℃、濃度和比熱容，加熱蒸汽的壓力，其飽和溫度℃和汽化潛熱。</p><p>　　從預(yù)熱器中出來(lái)物料的溫度要求：用生蒸汽加熱至第一效沸點(diǎn)℃。&

125、lt;/p><p>　　預(yù)熱器設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)的項(xiàng)目是：預(yù)熱器的內(nèi)徑、預(yù)熱器的傳熱面積。</p><p><b>　　二、計(jì)算生蒸汽用量</b></p><p><b>　　式(4-1-1)</b></p><p><b>　　其中：；</b></p><p>

126、<b>　　℃</b></p><p><b>　　由此可得：</b></p><p><b>　　式(4-1-2)</b></p><p><b>　　三、平均溫差</b></p><p>　　計(jì)算公式為：

127、 式(4-1-3)</p><p>　　其中：ψ——溫差修正系數(shù)取0.8；℃；</p><p><b>　　℃；℃</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　四、換熱

128、面積的計(jì)算</b></p><p>　　選取換熱器的類(lèi)型為單程換熱器，定換熱系數(shù)～</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　由此可得換熱面積：</b></p><p><b>　　式(4-1-4)</b></p><p

129、>　　為安全計(jì)，取安全系數(shù)為1.04，則換熱面積。</p><p><b>　　五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)</p><p>　　(1)加熱管尺寸的選擇：直徑為，長(zhǎng)為的無(wú)縫鋼管；</p><p>　　(2)加熱管數(shù)的初步估計(jì)：</p><p>　

130、　(根) 式(4-1-5)</p><p><b>　　2.加熱管的排列</b></p><p>　　由于蒸發(fā)器的殼程走的是飽和水蒸氣，不易結(jié)構(gòu)，故采用結(jié)構(gòu)緊湊的正三角</p><p>　　形排列。又由于加熱管中心矩宜不小于1.25倍的加熱管外徑，故常用的加熱管</p><p>　　中心矩，故取中心矩。&

131、lt;/p><p><b>　　3.筒體直徑的計(jì)算</b></p><p>　　筒體內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用作圖法來(lái)確定，具體作法是：先計(jì)算管束中心線上管數(shù)，管子按正三角形排列時(shí)， 式(4-1-6)</p><p><b>　　故</b></p><p>　　估算加熱室

132、內(nèi)徑，即，其中，～ 式(4-1-7)</p><p><b>　　故，～</b></p><p>　　～ 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取整得，。</p><p>　　由筒體內(nèi)徑，查取最小壁厚。</p><p><b>　　4.壁厚的較核</b></p><p>　　壁厚的最小厚度計(jì)算公