【正文】 如預(yù)熱原料液） 利用二次蒸汽的潛熱的最普通的方 法是多效蒸發(fā)，即將前一效的二次蒸汽引入后一個(gè)蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，這樣后一效的加熱它就成為前一效二次蒸汽的冷凝器，由于各效（除最后一效外）的二次蒸汽都作為 下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，這就提高了生蒸汽的利用率。通常將每 1kg 加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量稱為蒸汽的經(jīng)濟(jì)性，或用溶液中蒸發(fā)出 1kg 水所需消耗的生蒸汽的量表示蒸 汽的利用率，生蒸汽利用率是蒸發(fā)操作是經(jīng)濟(jì)的主要標(biāo)志。但是加熱蒸汽壓強(qiáng)常受工廠的供汽條件所限?？倐?熱系數(shù)取決于對(duì)流傳熱系數(shù)和污垢 熱阻。根據(jù)分離室循環(huán)料液進(jìn)出口地位置不同，它又可分為正循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器及逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器，循環(huán)料液進(jìn)口位置上部的稱為正循環(huán)，反之為逆循環(huán)。 在加熱室設(shè)置了二次蒸汽 出口，用于提高蒸汽 的利用率。 此次設(shè)計(jì)的強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)器有加熱室、蒸發(fā)室、循環(huán)管等組成。由于溶劑的汽化速率取決于傳熱速率，故蒸發(fā)過程屬傳熱過程，蒸發(fā)設(shè)備為傳熱設(shè)備，但是，蒸發(fā)操作與一般傳熱過程比較，有以下特點(diǎn)： 溶液沸點(diǎn)升高 由于溶液含有 不揮發(fā)性溶質(zhì)，因此在相同溫度下，溶液的蒸汽壓比純?nèi)軇┑男。簿褪钦f，在相同壓力下，溶液的沸點(diǎn) 比純?nèi)軇┑母?，溶液濃度越高，這種影響越顯著。③直接接觸型。按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)狀況分有：①循環(huán)型。為了提高傳熱性能，往往是采取增大傳熱溫差、傳熱管加類片或增大空氣流速等措施來達(dá)到目的。 蒸發(fā)器也是一種間壁式熱交換設(shè)備。主要有加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。它們或無色或白色，具有玻璃光澤，入水即化。 第 1 頁 引言 芒硝是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物。 芒硝的晶體為短柱狀或針狀，一般這些晶體聚集在一起成塊狀、纖維團(tuán)簇狀。 蒸發(fā)器是通過加熱使溶液濃縮或從溶液中析出晶體的設(shè)備。通常除沫器設(shè)在蒸發(fā)室的頂部。 ，這種蒸發(fā)器有可分為 兩大類，一類是空氣做自然對(duì)流的蒸發(fā)排管，如廣泛使用于冷庫的墻排管、頂排管，一般是做成立管式、單排蛇管、雙排 U 型管或四排 U 型管式等形式；另一類是空氣強(qiáng)制流動(dòng)的冷風(fēng)機(jī)，冷庫中使用的冷風(fēng)機(jī)系做成箱體形式，空調(diào)中使用的通常系做成帶肋片的管簇，在這種的冷卻器中，制冷劑靠壓差、液體的重力或液泵產(chǎn)生的壓頭在管內(nèi)流動(dòng) ，因?yàn)楸焕鋮s的介質(zhì)是空氣，空氣側(cè)的放熱系數(shù)很低，所有蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也很低。按操作壓力分常壓、加壓和減壓 3 種。沸騰溶液在加熱室中一次通過加熱表面，不作循環(huán)流動(dòng)，即行排除濃縮液，如升膜式、降膜式、攪拌薄膜式和離心薄膜式等。 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)： 工程上，蒸發(fā)過程只是從溶 液中分離出部分溶劑，而溶質(zhì)仍留在液體中，因此，蒸發(fā)操作即為一個(gè)使溶液中的揮發(fā)性溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分類過程。因此，節(jié)能是蒸發(fā)操作應(yīng)予考慮的重要問題。蒸汽生成的冷凝水在加熱室的冷凝水出口流出。它的加熱室有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)，液體循環(huán)速度大小由電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種蒸發(fā)器適用于易 結(jié)晶、 易結(jié)垢溶液的濃縮，主要缺點(diǎn)是能耗較大。 增大總傳熱系數(shù)是提高蒸發(fā)器 生產(chǎn)強(qiáng)度的主要途徑。 加熱蒸汽的壓強(qiáng)越高，其飽和溫度也越高。 蒸發(fā)裝置的操作費(fèi)用主要是汽大量水分所需消耗的能量。實(shí)際上，由于有熱損失等原因，蒸汽利用率小于 ，蒸發(fā)大量的水分必然會(huì) 消耗大量的加熱蒸汽。因?yàn)?，本蒸發(fā)器也采用 多效蒸發(fā)，并且效數(shù)適中，使 得蒸汽利用率比較高，而且它還能夠減少能源消耗，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；次蒸發(fā)器的循環(huán)管在 加熱室內(nèi)部，因此它比外強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器占地面積小了許多；采用耳式支座支撐，使它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。 mm ??T? — 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa ? — 軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，（176。折邊結(jié)構(gòu) 相關(guān)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力： P= Per= = MPa 液柱靜壓力： P 靜 =ρ gh=1000 = MPa 計(jì)算壓力： Pc=P+ P 靜 =+= MPa 焊接接頭系數(shù)： φ =1 ⑴上錐殼大端的設(shè)計(jì) ? ? 0 .4 2 6 0 .0 0 3 81 1 3 1ctP?? ??? 查 GB1501998 圖 711 大端需要采用折邊設(shè)計(jì) 過渡段厚度（取折邊大端的過渡段轉(zhuǎn)角半徑為 100mm） 第 16 頁 由于 100 0 .0 52021ir D ?? 查 GB1501998 圖 74 得 K= ? ? 1 . 3 5 6 7 2 0 0 0 0 . 4 2 6 5 . 12 1 1 3 1 0 . 5 0 . 4 2 62 0 . 5it cK P D mmP? ? ??? ? ?? ? ? ?? 與過渡段相接處的錐 殼厚度： 21 ( 1 c os 60 )1 2 ( 1 ) 2 c os 60 2 rDf ?? ? ? ?? ? ?? ? ? 0 . 9 5 0 . 4 2 6 2 0 0 0 7 . 11 1 3 1 1 . 5 0 . 4 2 60 . 5cit cfP D mmP? ?? ??? ? ?? ? ?? 綜上取大者，錐殼名義厚度為 C mm??? ? ? 由鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，錐殼大端名義厚度圓整后取 12mm ⑵上錐殼小端的設(shè)計(jì) 根據(jù)條件，小端可采用帶折邊結(jié)構(gòu)。 查 GB1501998 圖 714 得 Q= ? ? 2 . 5 2 0 0 0 0 . 4 2 6 8 . 42 1 1 3 1 0 . 4 2 62 cir t cQ P D mmP? ?? ??? ? ?? ? ?? 綜上取大者，錐殼名義厚度為 8 .4 3 .6 1 2n C m m??? ? ? ? ? 由鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度圓整后取 14mm 集鹽室上錐體 ① 此錐殼采用半頂角α =23176。無折邊結(jié)構(gòu) 相關(guān)參數(shù)： 設(shè)計(jì)壓力： P= Per= = 計(jì)算壓力： Pc=P+ P 靜 =+= MPa 焊接接頭系數(shù)： φ =1 ②錐殼厚度 錐殼大端 轉(zhuǎn)角半徑： ri =Di 10％ =500 =50mm 錐殼大端計(jì)算內(nèi)徑： 2 ( 1 c o s ) 5 0 0 2 5 0 ( 1 c o s 2 3 ) 4 9 2ciD D r m m?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 0 . 5 5 8 4 9 2 1 1 . 3 2c o s 2 1 1 3 1 0 . 5 5 8 c o s 2 32 cc tPD mm? ??? ?? ? ?? ? ? 名義厚度為 2 2n C m m??? ? ? ? ? 由鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度圓整后取 8mm 錐殼大端： ? ?0 .5 5 8 0 .0 0 4 91 1 3 1ctP?? ??? 查 GB1501998 圖 711 得 此錐殼大端需要增加強(qiáng)厚度，應(yīng) 在錐殼和筒體之間設(shè)置加強(qiáng)段，錐殼加強(qiáng)段和筒體加強(qiáng)段應(yīng)具有相同厚度。對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄露，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 第 21 頁 ⑵集鹽室上端水壓試驗(yàn) ? ?? ?1 . 2 5 1 . 2 5 0 . 4 8 4 0 . 6 0 5T tP P M P a??? ? ? ? P 是設(shè)計(jì)壓力 ： [? ]=[? ]t=113 MPa 應(yīng)力校核： () 0 . 6 0 5 ( 2 0 0 0 8 . 4 ) 7 2 . 3 22 2 8 . 4T i eTePD M P a?? ?? ??? ? ??? 有效厚度 ： 1 0 1 .6 8 .4en C m m??? ? ? ? ? s= 1 235= ? T＜ s ∴水壓試驗(yàn)合格。 為了保險(xiǎn)起見，用最大允許工作壓力進(jìn)行校核。 圓筒上開孔的限制：當(dāng)其直徑 Di≤ 1500mm 時(shí)，開孔最大直徑 d≤ 12 Di，且 d≤ 520mm，當(dāng)其直徑 D＞ 1500 時(shí)，開孔最大直徑 d≤ 13 Di，且 d≤ 1000mm. 轉(zhuǎn)料口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（ａ接管） ⑴相關(guān)參數(shù) 計(jì)算壓力： Pc= 接管材料許用應(yīng)力： [? ]nt=130MPa 公稱直徑 ： DN=100mm 接管尺寸 ： Φ 108 4 鋼管材 料 ： 20 鋼 焊接接頭系數(shù) ： φ = 第 23 頁 內(nèi)徑： di=92mm 厚度附加量： C= ⑵開孔補(bǔ)強(qiáng)判斷 根據(jù) GB1501998 規(guī)定，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為 89mm，本開孔直徑為 108mm故需另行補(bǔ)強(qiáng)。 冷凝水出口（ d 接管） ⑴相關(guān)參數(shù) 公稱直徑： DN=70mm 接管尺寸： Φ 76 4 鋼管材料： 20 鋼 ⑵補(bǔ)強(qiáng)判斷 殼體開孔滿足下述全部條件時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)： ① 設(shè)計(jì)壓力 P≤ ； ② 兩相鄰開孔中心間距大于兩孔直徑之和的兩倍； ③ 接管公稱外徑 DN≤ 89mm。 ⑷開孔補(bǔ)強(qiáng) 所需面積 筒體計(jì)算厚度 ： ? ? 2 0 0 0 0 . 4 2 6 3 . 7 82 1 1 3 1 0 . 4 2 62 it cPD mmP? ? ? ?? ? ?? ? ?? 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積δ et=δ nC==，強(qiáng)度削弱系數(shù) fr=1，接管材料為 20鋼，其許用應(yīng)力為 [? ]=130MPa。 ⑷開孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積 筒體計(jì)算厚度 ： 第 27 頁 ? ? 0 . 4 2 6 2 0 0 0 3 . 7 82 1 1 3 1 0 . 4 2 62 cit cPD mmP? ?? ?? ? ?? ? ?? 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積δ et=δ nC==，強(qiáng)度削弱系數(shù) fr=1，接管材料為20鋼，其許用應(yīng)力為 [? ]=130MPa。 ⑷開孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積 筒體計(jì)算厚度 ： ? ? 0 . 5 5 8 5 0 0 1 . 2 42 1 1 3 1 0 . 5 5 82 cit cPD mmP? ?? ?? ? ?? ? ?? 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積δ et=δ nC==，強(qiáng)度削弱系數(shù) fr=1，接管材料為20鋼，其許用應(yīng)力為 [? ]=130MPa。 換熱管為正三角形排列，管心距 S≥ 38=48mm, 取 S=50mm 換熱管與管板的連接形式：焊接 三、受壓元件材料及數(shù)據(jù) 筒體材料 筒體選用 Q235B,[? ]t160取 200℃時(shí)的許用應(yīng)力 105MPa, Es=186 103MPa 殼 體計(jì)算厚度： 第 31 頁 ? ? 0 . 5 5 8 1 8 0 0 4 . 82 1 0 5 1 0 . 5 5 82 cit cPD mmP? ????? ?? ? ?? ? ???? 設(shè)計(jì)厚度： 1 C mm?? ??? ? ? ? ? 名義厚度： 1 5 .8 0 .6 6 .4nd C m m??? ? ? ? ? 取名義厚度 δ n=10mm 管箱圓筒 ? ? 0 . 4 2 6 1 8 0 0 3 . 6 62 1 0 5 1 0 . 4 2 62 cit cPD mmP? ????? ?? ? ?? ? ???? 設(shè)計(jì)厚度： 6 1 6d C m m?? ??? ? ? ? ? 名義厚度： 1 C m m??? ? ? ? ? 取名義厚度 δ n=10mm 換熱管材料 換熱管選用 16Mn, [? ]t160取 200℃時(shí)的許用應(yīng)力 163MPa, Es=186 103MPa, 管板材料 選用 16MnR [? ]t160取 200℃時(shí)的許用應(yīng)力 170MPa, Ep=196 103MPa, 四、拉桿和定 距 管的選取 拉桿直徑和數(shù)量 換熱管外徑 25≤ d≤ 57,按 GB1511999 表 4表 44 得拉桿直徑 d=16,拉桿數(shù)m=12, 拉桿長(zhǎng)度取為 L=2m 拉桿孔的深度 ： l2== 16=24mm 定距管的選取 定距管一般選取內(nèi)徑比拉桿大一些的管子，但一般選取與換熱管同一規(guī)格的管子，故采用 Ф 32 3 的無縫鋼管。 ② 防沖板的直徑或邊長(zhǎng)應(yīng)大于接管外徑 50，防沖板 表面到圓筒內(nèi)壁的距離應(yīng)不小于接管外徑的 ，防沖板邊長(zhǎng) B1≥ (d+50)mm 五、管箱法蘭的選取和計(jì)算 管箱法蘭 查《壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)》 選擇長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭 FM 型 凹面 公稱直徑 D D1 D2 D3 D4 δ H h 1800 1960 1915 1876 1856 1853 70 150 40 α α 1 δ 1 δ 2 R d 規(guī)格 數(shù)量 對(duì)接筒體厚度 21 18 16 26 12 27 M24 52 14 與管法蘭配套的墊片 選用石棉橡膠墊片 公稱直徑 DN/mm 公稱壓力 PN/MPa D/mm d/mm 1800 1 1855 1805 墊片的選擇 選擇石棉纏繞式密封墊片， B 型內(nèi)加強(qiáng)型 使用溫度 墊片名稱 墊片厚度 墊片參數(shù) 密封面 標(biāo)準(zhǔn) 70～ 450℃ 橡膠石棉板 墊片系數(shù) 比壓力 凹凸面 GB47051992 300 10 雙頭螺柱的選擇 選用 B 型雙頭螺柱 第 33 頁 d/mm LO C r d2 公稱長(zhǎng)度 極限偏差 單件質(zhì)量 30 70 4 6 300mm 管板與殼體連