1、、八 、，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。化工生產(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

2、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 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

3、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 180C，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400 800kPa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

4、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

5、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

6、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) 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

7、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。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

8、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 傳熱系數(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滄100%加熱管的高度一般為12m加熱管徑多 為2575mn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；清洗和維修也不夠方便。 1.3 蒸發(fā)操作的分類按操作的方式可以分為間歇

9、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）有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)；（ 4

10、）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(shù)上的限制是指效數(shù)過

11、多， 蒸發(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 6 10C。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

12、。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

13、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。 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

14、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。S 1并多！&蒸發(fā)淡義濃第工藝流程圖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

15、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25C。第二章三效蒸發(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)

16、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

17、。（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)：K仁1800 W/ （m2C） , K2=1200 W/ （m2C）2K3=800 W/ （m C）。蒸發(fā)溶液濃度的計算已知：進料量F= 68kt/a，質(zhì)量分率x0=10%， X3=30%F=68000000-8000=8500kg/h則總蒸發(fā)量：W 二 F （1 -些）=8500 （1- 010 ）=5666.67 kg/hX30.30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:XiFXo85000.

18、1F _W1 一 8500-1888 .89 一 0.1286X2Fxo85000.1X3F - Wi -W20.3000-0.18008500 -1888 .89-1888 .892.2估算各效二次蒸汽溫度Ti'各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽壓強之差 p為:5 =700kPap3 = 20k P a0 也二 700 一20 =226.67kPa n3故第i效二次蒸汽壓強口為：Pi二Pi 巾5 =5 - ：p =700 -226.67 =473.33kPap2 二 p1 -2. ：p =700 -2 226.67 =246.66kPap3 = p1 -3 p =700 -3 226.67

19、=19.99kPa由p；可查得或計算得到對應溫度Ti'和氣化潛熱r；，同時前一效的二次蒸汽即為后一效的加熱蒸汽。d c d 7 _ q A7 7T；(473.33 - 450) 147.7 二 149.570 C500-450127 2120 2T2 ="246.66 200) +120.2 =126.73°C 250-20060.1 -53.50T3 =x(19.9915)+53.5 =60.09° C20-152113 221254r； = x(473.33 450) +2125.4 = 2119.71kJ/kg500 -450= 21854 一 22

20、04.6(246.66-200) 2204.6 二 2186.68kJ kg250 -200=2354.9-2370.0(19£9-15) 2370.0 = 2354.93kJ kg20-15效次In二次蒸汽的壓力 p，kPa473.33246.6619.99二次蒸汽的溫度T1C（即下一效蒸汽的溫度）149.57126.7360.0911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二次蒸汽的汽化潛熱 r , kJ / kg (即2119.712186.682354.93下一效加熱蒸汽的汽化潛熱 )2.3計算各效傳熱溫度差 述2.3.1計算校正因數(shù)(ti 273)2

21、fi =0.0162 斤£ =0.0162© 273- =0.0162(14957 273 = 1.3647A2119.71£2=0.0162(- 273)2 =0.0162(12673 2732,1.1838r22186.68f3 巾0162危 273)2 “0162(60-09 273)=0.76322354.932.3.2計算水溶液的沸點tAiA r aQ _4 Q c AtA1 =5- (105 -104) 10104.170C14.53 -12.5118.00 -14.5318.32 -14.53(107 -105) 105 =106.83°C

22、30 -26.2133.73 -26.21(120 -115) 115 =117.510C2.3.3常壓下由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失'0 -tA -100001 =104.17 -100 =4.170c0:02 =106.83-100 =6.830C0:03 =117.51 - 1OO=17.510C2.3.4由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失校正系數(shù)法：='二仆01 十，01 =1.3647 4.17 =5.69°C02 =f2 02 =1.1838 6.83=8.09 C&3 = f3d03 =0.7632x17.51 =13.36°C2

23、.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：'RgLPm = Pi 2計算NaOH水溶液的密度J.145 “.MO (12.86 12.83) 1.140 =1.1403g. cm3 13.28-12.831 200 1 195篤(18.00 -17.80) 1.195 = 1.1972 g cm318.255 -17.801 330 1 325G(30.00-29.73) 1.325 = 1.3279 g . cm330.20 -29.73Pm1二 P

24、1Pm2二 P2Pm3=P3ngL1.1403 9.81 2.6,-473.33kpa =487.87kPa2 2?2gL1.1972 9.81 2.62246.66kpa =261.96kPa2 2-3gL1.3279 9.81 2.619.99kpa =36.95kPa2計算對應Pm下水的沸點tpm，對應P'下水的沸點tpt pm1t pm2t pm3151 1 _142 90487.87 - 405.300142.9 = 149.580 C506.625-405.300132 91196261.96-202.650119.6 =127.39。C303.975-202.65073.

25、994 - 73.3450 36.95-3673.34 二 73.960Ct p1tp2tp337 -36151 1142 9 473.33 - 405.300142.9 =148.41° C506.625-405.300132 9 _伯9 6246.66-202.650119.6 = 125.38° C303.925-202.65060.058-58.953019.99-1958.953 = 6O.O470C20-19：1=tpm1 tp1 =149.58148.41 =1.17 °C2： =tpm2 -tp2 -127.39 -125.38 =2.01 C爲：

26、=tpm3 _tp3 =73.96 -60.047 =13.9C236各效總的溫度差損失冷在多數(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 CoIninA = A + 厶冷 冷 冷 =5.69 1.17 1 =7.86°C：2 爲 22 =8.09 2.01 1 =11.1°C.：3 = .：3 .：3 .：3 = 13.36 13.91 1 =28.27°C各效傳熱溫度差計算式為：.迭二Ti

27、/-ti其中T為前一效二次蒸汽溫度(即第i效加熱蒸汽溫度)，tj為第i效溶液沸點, 其計算式為：式中：Ti'為第i效二次蒸汽溫度，為第i效溫度差損失。' 0 ' 01 +街=149.57 + 7.86 = 157.430C AtT 一1 =164.70157.43 = 7.270C' 0 ' 0t2 =T2 +也2 =126.73+11.1 =137.83 C 也t2 =£ -t2 = 149.57 -137.83 =11.74 Ct3 =T3 +A3 =60.09 +28.27 =88.36°C At3 =T2 -t3 =126.7

28、3 -88.36 = 38.37°C2.4計算各效蒸發(fā)量W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)i:i =0.98 -0.7X第I效：因沸點進料，故t0 =t1熱利用系數(shù)：1 =0.98 0.7 x1 =0.98-0.7 (12.86%- 10%) =0.96查水蒸汽表得：壓力為700kPa的加熱蒸汽的汽化熱r1=2071.5kJ kg , t, =157.43C的二次蒸汽 的汽化熱 叮=2119.71kJ kg o” r12017.5W1 iD1 0.96D1 =0.94D1r12119.71引入熱利用系數(shù)i:熱利用系數(shù) 2=0.98 0.7 ：x2=0

29、.98 0.7 (18% 12.86%) =0.94第U效中溶液沸點t2=137.83C的二次蒸汽的汽化熱r2 =2186.68jkg，無額外蒸汽引出,D ： r=2119.71kJ kg。已知 cp0 =3.77kJ/(kg C), cp 4.187kJ/(kg 。Di第i效的加熱蒸汽量，kg/h;當無額外蒸汽引出時，Di =Wi-1m 分別為第i效加熱蒸汽、二次蒸汽的氣化潛熱，kJ/kg；且心” I21 - t?丨W2 二 2 W Fcp0 -WCpw)丄仝IL 22157.43137.832186.682119 71*= 0.94 W/+ 8500 漢3.77 4.187W 2186.6

30、8 i= 0.88W 271.10(2)第川效:熱利用系數(shù) 3 =0.98 0.7 厶 X3=0.98 0.7 (30% 18%) =0.90第川效中溶液沸點t3 =88.36C的二次蒸汽的汽化熱r3 =2354.93kJ kg，無額外蒸汽引出，a汀2 =2186.68kJ kg，則眼=3W2 空(FCp。-WCpw -WzCpw)332186 68137 83 88 36= 0.90 她-(8500 3.77-W 4.187-她 4.187)2354.93 2354.93= 0.76W0.079W< 604.94(3)W W1 W2 W3 =5666.67 kg/h (4)聯(lián)立(1)

31、( 4)式，可得W=1856.24kg/h，W2 =1904.59kg/h，W3 =1905.79kg/h，D1=1974.72kg/h2.4.1各效傳熱量的計算Q1=D1 =1974.72 2071.5 1033600二 1136286.8WQ23訓辱空2119711036001092969.581WQ3 譏r2 J904*59 218668 103 .1156869.128W36002.5各效蒸發(fā)器傳熱面積計算QiK：tiQ,1136286.8 103K, £ 一 1800 7.27=86.83m2S2Q21092969.581 103Kr：t1200 11.74二 77.58m

32、S3Q3K3沁356869.128=37.69m2800 38.372.6計算平均面積:S1 沁1S2 t2 S3J3s 二-86.83 7.27 77.58 心 37.69 38.37 七如?7.27 11.7438.37= 86.83 -52.08 =66.72%52.08誤差為66.72% > 4% ,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£ 也二8683 7.27 =12.120CS 52.08：t2 二邑:t2 工7758 11.74 =17.49°CS52.08：t3 二色:t3 工3769 38

33、.37 =27.02°CS52.082.7.2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Fx08500 0.10x100.1279F -W 8500-1856.24Fx08500 5.10x2-0.1794F -W -W?8500-1856.24-1904.59X3 =0.300Xo 原料液的濃度F 原料液的進料量，kg/hW、W2 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I"=Ti j -titi丸冷丁為前一效二次蒸汽溫度（即第i效加熱蒸汽溫度）ti為第i效溶液沸點Ti'為第i效二次蒸汽溫度為第i效溫度差損失T；操

34、作壓強下水的沸點，？即二次蒸汽飽和溫度，C r'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：3 = 33：3T3.36 13.91 1 =28.27°C故末效溶液的溫度仍為88.36C,即：t3 =88.36°CT2 =t3：t3 =88.36 27.02 =115.38°C第2效：第二效二次蒸汽的冷凝溫度T2=115.38C,水蒸氣的汽化潛熱 d=2217.66 kJ/kg,相應的壓力為p? =175.87kPa.P2下水溶液的沸點：tA2 =106.800C常壓下由于溶液蒸

35、汽壓下降引起的溫度差損失：厶0二tA -10002 =106.80 -100 =6.80°C' 2fi =0.0162(Lri= 1.1019(t2 273)2115.38-273 2f2 =0.0162；0.0162D2217.66由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失 匸：，忙0&2= f2A02 =1.1019 匯 6.80 = 7.49°CPm2 = P2才75.87 103 1965 10398126= 191.13kPa對應Pm2下水的沸點：tpm2 =117.37°C對應P2下水的沸點：tp2 =114.42°CJ 二tpm2

36、-tp2' =117.37-114.42 = 2.95°C2 =10C''' 0：2 = 2'2 =7.49 2.95 1 =11.44°C第二效溶液的沸點為：t2 =丁2：2 =115.38 11.44 =126.83°cTm % =17.49 126.83 =144.32°C第1效：第一效二次蒸汽的冷凝溫度為T,=144.32C,水蒸氣的汽化潛熱r；=2135.70kJ/kg相應的壓力為p1 =410.70 kPa'0P2下水溶液的沸點：tA2 =106.80 Cp1下水溶液的沸點：tA1 =104.1

37、4°C01 =104.14 -100 =4.14°C2f 0.0162（倔32 273）=1.32102135.704 =卩01 =1.3210 匯4.14 =5.470CCgL3 1.1396 103 9.81 2.6pm = p1 410.70 10425.23kPa2 2對應Pm2下水的沸點：tpm1 =144.51° C對應P2下水的沸點：tp1 =143.33°C叮二tpm1 tp1' =144.51 143.33 = 1.18°C1 =1°C'''0.：1 二：1 =5.471.18 1 =

38、7.65 C故第1效溶液的沸點為：t1 =T< =144.427.65 =151.97°C''0T =4鮎=12.12 151.97 =164.09 C溫度分配表效次In出加熱蒸汽溫度cT =164.09匸=144.32T2 =115.38有效溫度差.兀，c12.1217.4927.022.7.4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 pi /kPa689.83410.7175.8719.99二次蒸汽的溫度t/oC164.09144.32115.3860.09r氣化潛熱 A /(k

39、J/kg)2073.52135.702217.662354.93第1效: 熱利用系數(shù)：1 =0.98- 0.7 x1 =0.98- 0.7 (12.86% 10%) =0.96796 D07?0.93D112135.7( 1)第2 效:匹(FCp0 -WCpw)= 0.94 嚴 2135.70 ,(8500 3.77-W 4.187) 151.97 -126.832217.662217.66-0.86W1331.352 =0.98 0.7 X2 =0.98 0.7 (18% 12.86%) =0.94第3效3 =0.98 0.7厶 X3=0.98 0.7 (30% 18%) =0.90卄

40、76;33七2一七3W3 “(FCpo -WCpw -W2Cpw)33r3她 匯 2217.66 丄 /126.83 88.36= 0.90 -(8500 3.79 -W1 4.187-W2 4.187)2354.93 2354.93= 0.79W4 -0.06W 470.1©)W =W| W2 W3 = 5666.67（4）1、 2、3分別為第一效、第二效和第三效的熱利用系數(shù)t1、t2、t3 分別為第一效、第二效和第三效溶液的沸點，Cr；、“D 分別為第一效、第二效和第三效二次蒸汽的汽化潛熱,kJ/kgW、W、W、W3 分別為總的、第一效、第二效和第三效水的蒸發(fā)量，kg/hD1、D

41、2、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，Di =Wi聯(lián)解式（1）至（4）,可得W =1856.71 kg / h , W2 =1928.12 kg / h , W3 =1881.91 kg /h , D<| =1996.47 kg / h各效傳熱量的計算1996.47x2071.5Q1 =D1r11148.80kW3600Q2 呵1856.71 2135.7°"01.49kW3600Q3 叫2928.12 2217.66 =1187.75kW3600D1 第一效加熱蒸汽量，kg/hW1、W2 分別為第一效和第二效水的蒸發(fā)量，kg/

42、hA、 “、 q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d4880 103 =5248m2K1 £1800 12.12S2二迴4=52.48m2K2 I 1200 17.49S3燈疇賠54.95m2與第一次計算結(jié)果比較，其相對誤差為52.66 12.12 52.48 17.49 54.95 27.0212.12 17.49 27.02=53.70m2nax -'S 54.95-53.70=2.3%S53.702.3%<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。S

43、i S2 S352.66 52.48 54.95 “ “ 2-53.36m根據(jù)要求最終選面積為：S 二(1 10%) 53.36 =59m2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Ti1144.32115.3860.09操作壓力p；，kPa689.83410.7175.8719.99溶液溫度（沸點）t；，C151.97126.8388.36完成液濃度X；0.12790.17940.30蒸發(fā)量W；，kg/h1856.71928.121881.91蒸汽消耗量D，kg/h1996.47傳熱面積S，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

44、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© 25X 2t5m, © 38x 2n5m, © 57X 3t5m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

45、設計加熱管選用© 38x 2.5m,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':n二do（L -0.1）式中：S為蒸發(fā)器的傳熱面積，m2，由前面的工藝計算決定；do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 后才確定。n =59 10=1713.14 383 -0.13.1.2 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：

46、Di2 = （0.41） n di24 4因而：D1 二 n 0.4 1 dj 二 0.6 17138 -2.5 2 = 335mm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 377X4mm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 心線之間的距離，t 一般為加熱管外徑的1.2

47、5-1.5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，mm19253857V3=弘=伽.91二詢口；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.、n ;管子按正方形排列時，nc=1.1. n 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 . n =1.1 X、171 =14.38b =1.5 X8=57mmDi =t(nc-1)+2b =48X15 1)+2 X7=786mm根據(jù)初估加熱室內(nèi)

48、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)體積的強度有

49、關(guān)。分離室體積V的計算公式為：W3600 -Um3式中：W某效蒸發(fā)的二次蒸汽量，kg/h;p某二次蒸發(fā)的二次蒸汽密度，kg/m3 ；U 蒸發(fā)體積強度，m3/(m3s), 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。36003U3600 0.1329 2分離室體積取其中較大者,V=V3=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：兀 2V=D H4確定高度與直徑時應考慮以下原