【正文】 原料液的預(yù)熱器 27第二節(jié) 冷凝器的設(shè)計(jì) 31第三節(jié) 分離器的設(shè)計(jì) 34結(jié)論 37參考文獻(xiàn) 39致謝 40天津科技大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論第1節(jié) 蒸發(fā)概述 蒸發(fā)的簡(jiǎn)介蒸發(fā)即使液體汽化移出，工業(yè)上通常采用加熱的方式強(qiáng)化蒸發(fā)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)蒸發(fā)可以濃縮溶液和得到純凈的液體，所以蒸發(fā)這一操作在工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛。由于本設(shè)計(jì)末效蒸發(fā)器采用真空蒸發(fā)，故需要采用真空設(shè)備對(duì)其進(jìn)行抽真空，為減少真空設(shè)備的抽氣量，即降低能耗，本設(shè)計(jì)對(duì)末效的二次蒸汽進(jìn)行冷凝，采用混合式冷凝。本次設(shè)計(jì)為依據(jù)所需濃縮的溶液、處理量、濃縮比、生蒸汽的壓強(qiáng)等條件設(shè)計(jì)合適的蒸發(fā)器和輔助設(shè)備。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備即為蒸發(fā)設(shè)備，蒸發(fā)設(shè)備的種類(lèi)較多，特點(diǎn)不一，故根據(jù)不同的條件選取最優(yōu)的蒸發(fā)設(shè)備顯得尤為重要。由于蒸發(fā)操作需要消耗大量的熱能，如何提高熱能的利用率就顯得比較重要，通過(guò)參閱大量的文獻(xiàn)，了解了許多節(jié)能措施，通過(guò)比較分析，本設(shè)計(jì)采用第一效蒸發(fā)器的冷凝水對(duì)原料液進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱設(shè)備選用套管式換熱器。 rising film evaporator。對(duì)于多效蒸發(fā)操作，二次蒸汽和溶液的流向有三種不同的形式，即并流、逆流和錯(cuò)流。在多效蒸發(fā)操作中，末效蒸發(fā)器常采用真空操作，這樣可以提高傳熱溫度差，加大對(duì)二次蒸汽的利用程度；在工業(yè)生產(chǎn)中常遇到需要處理的熱敏性物料，此時(shí)需要考慮真空操作，因?yàn)檎婵詹僮骺山档土弦旱姆悬c(diǎn)，避免或減少對(duì)物料的影響。（3） 在對(duì)某些溶液進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)晶體析出、溶質(zhì)變質(zhì)、壁面結(jié)垢和產(chǎn)生泡沫等現(xiàn)象，對(duì)于這些現(xiàn)象要采取相應(yīng)的措施加以防治。輔助裝置主要作用有使蒸發(fā)產(chǎn)生的氣液混合物進(jìn)行分類(lèi)、對(duì)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行冷凝、形成蒸發(fā)操作所需要的壓力環(huán)境和對(duì)料液的預(yù)熱等，其主要包括分離器、冷凝器、形成真空的裝置和預(yù)熱器等。循環(huán)型蒸發(fā)器還可細(xì)分為多種形式。為使升膜式蒸發(fā)器的處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，應(yīng)確保料液在加熱管內(nèi)呈膜狀流動(dòng)，只有當(dāng)料液處于膜狀形式流動(dòng)時(shí)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)最高，工作效率最高。為克服這一不利因素，可先對(duì)料液進(jìn)行預(yù)熱處理，使料液達(dá)到或接近沸點(diǎn)溫度時(shí)才被輸送到蒸發(fā)器，這就會(huì)減少加熱管內(nèi)對(duì)料液進(jìn)行預(yù)熱的部分，提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)。完成液和蒸汽從蒸發(fā)器下部通入分離室進(jìn)行分離。類(lèi)型：冷凝器有間壁式和直接接觸式兩種形式?！妫?0℃）。第2章 工藝計(jì)算經(jīng)過(guò)對(duì)工藝要求的各項(xiàng)前提條件的綜合分析，本設(shè)計(jì)確定選用雙效升膜式蒸發(fā)器，并采用并流布置。為第一效加熱蒸汽的壓強(qiáng)，為400kPa（絕壓）；為第二效加熱蒸汽的壓強(qiáng)，為20kPa（絕壓）。對(duì)于第一效蒸發(fā)器， = 214kPa，m=，可知=，查表可得：溶液的沸點(diǎn)T1=℃。 對(duì)于升膜蒸發(fā)器來(lái)說(shuō)，理想狀況下加熱管內(nèi)不存在液柱，故升膜蒸發(fā)器因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失可忽略不計(jì)。各效蒸發(fā)量及加熱蒸汽量如表 2—3效序數(shù)蒸發(fā)量（ kg/h）加熱蒸汽量（ kg/h）一1944 二16561944表 2— 3 初求傳熱面積（1） 求第一效蒸發(fā)器傳熱面積 S1 (2 5)第一效中傳遞的熱量，總傳熱系數(shù) K1= 2000 W/ ㎡. ℃，有效溫度差 （℃）故（2） 求第二效蒸發(fā)器傳熱面積 S2 (2 6)第二效中傳遞的熱量，總傳熱系數(shù) K1= 1500 W/ ㎡. ℃，有效溫度差 （℃），故（3） 為制造安裝方便，故要求兩效傳熱面積相同，但是由于初次計(jì)算得到的兩效傳熱面積相差甚大，故應(yīng)該調(diào)整各效的有效溫差，調(diào)整后再進(jìn)行計(jì)算面積，直至兩效傳熱面積相差不大。則，因?yàn)榇藭r(shí)計(jì)算出的W1 、W2與前面所求得蒸發(fā)量相差很小，故其溶液濃度無(wú)明顯的變化，故不必重新計(jì)算溶液的沸點(diǎn)。第1節(jié) 加熱室的設(shè)計(jì) 加熱管數(shù)量的確定（1） 初算加熱管數(shù)量選取的無(wú)縫鋼管，為滿(mǎn)足升膜蒸發(fā)器所要求的加熱管長(zhǎng)徑比為100~150的要求，同時(shí)考慮到資料的推薦值，所以管長(zhǎng)取3 m 。故 故取加熱管數(shù)量為88根。對(duì)管數(shù)進(jìn)行校核：第一效蒸發(fā)器中二次蒸汽的體積流量 （m3/s）； (3 2) 第二效蒸發(fā)器中二次蒸汽的體積流量 （m3/s）。對(duì)于升膜蒸發(fā)器，為保障溶液在加熱管內(nèi)的流型為環(huán)狀流，管內(nèi)蒸汽流速在常壓下要保證在10~50m/s，理想條件為30m/s，在減壓情況下在100~160m/s。故式32為根據(jù)手冊(cè)將內(nèi)徑Di圓整為400mm，壁厚取8mm。折流板板數(shù) 離管板最近的折流板距離為 由GB151—2011可知：折流板管孔直徑及允許偏差為mm，折流板外直徑及允許偏差mm。 管板設(shè)計(jì)為固定換熱管束，需要設(shè)計(jì)管板，此處設(shè)計(jì)的管板采用延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板形式，即整體管板。第一效進(jìn)料液的密度為，則料液的體積流量為，則接管內(nèi)徑為，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)縫鋼管。則雖說(shuō)，接管尺寸應(yīng)該按照內(nèi)徑最大者為準(zhǔn)，但有壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范：圓筒上開(kāi)孔的限制，當(dāng)圓筒內(nèi)徑時(shí)，開(kāi)孔最大直徑不大于 ，且不大于500mm。防沖擋板的結(jié)構(gòu)圖，圖3 5 防沖擋板的結(jié)構(gòu)圖取H=24mm。則冷凝水出口內(nèi)徑為， 選取的無(wú)縫鋼管。 蒸發(fā)器接管位置的確定蒸汽進(jìn)出口接管位置確定由于殼程接管位置無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈故殼程接管位置最小尺寸為，取L=200mm。選用封頭結(jié)構(gòu)如下，圖3 7 封頭結(jié)構(gòu)圖具體尺寸如下，DN mmh1mmδ㎜直邊段標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)4001001040JB115473表3 2（2） 液體分布器的設(shè)計(jì)為防止各加熱管內(nèi)料液的流速相差過(guò)大（管內(nèi)流速過(guò)大時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)干管現(xiàn)象，使壁面結(jié)垢，輕者影響傳熱效果，重者導(dǎo)致管子的堵塞），故應(yīng)在下封頭內(nèi)安裝一錐形液體分布器，使各管內(nèi)流速分布均勻些。則，則選取，圓筒邊長(zhǎng)為350mm，厚度為10mm。根據(jù)箱體的具體情況，選用視鏡的形式如下：圖3 11 帶頸視鏡具體尺寸如下表公稱(chēng)直徑DD1b1b2H螺栓標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)數(shù)量直徑501301003422796M12HGj501861表3 6第6節(jié) 蒸發(fā)器強(qiáng)度校核 筒體的強(qiáng)度校核依據(jù)工藝要求可知?dú)こ痰脑O(shè)計(jì)壓力PC==，焊縫采用雙面對(duì)接焊并且局部無(wú)損傷，故焊接接頭系數(shù)=，材料選用Q235B，查相關(guān)手冊(cè)可知，材料Q235B的許用應(yīng)力=113MPa，且確定殼體厚度負(fù)偏差==2mm,計(jì)算厚度為： 3 5筒體的名義厚度其中為圓整厚度。液壓試驗(yàn)壓力為===（MPa） 式中—?dú)んw的試驗(yàn)壓力，MPa—設(shè)計(jì)壓力，MPa—試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa—設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa液柱靜壓力=g h=10003=（MPa） =+=+=（MPa） 圓筒的應(yīng)力：（MPa）橢圓形封頭的應(yīng)力；（MPa）其中為有效厚度；為內(nèi)徑。這樣雖說(shuō)增大了設(shè)備投入，但從長(zhǎng)久的經(jīng)濟(jì)效益角度來(lái)看，是可以節(jié)約大量的能源投入，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。其具體情況如下圖，圖6 1 套管式換熱器結(jié)構(gòu)圖為便于清除內(nèi)管外壁和外管內(nèi)壁的污垢，故對(duì)外管的兩端與內(nèi)管的連接方式采用法蘭連接。由熱量衡算，略去傳熱損失，冷側(cè)的吸熱量等于熱側(cè)的放熱量，則有 (6 1)其中，F(xiàn)為原料液的流量，5000kg/h； 為原料液的比熱容，(kg. ℃)；為第一效冷凝水的流量，2163kg/h；為水的比熱容，(kg. ℃)。確定所需傳熱管長(zhǎng)和管數(shù)按單管程設(shè)計(jì)，所需的長(zhǎng)度為現(xiàn)選取長(zhǎng)為5m的管子，共需要7根。蒸汽的用量 傳熱溫差的確定原料液進(jìn)口處的溫度差為℃原料液出口出的溫度差為℃ 則有效傳熱溫差為℃ 確定傳熱面積S選取傳熱系數(shù)K=2000W/（m 2加熱管數(shù)量(根)加熱管的排列方式選用正三角形。如果直接用真空泵抽取真空，則需要抽取大量的蒸汽，那么真空設(shè)備的動(dòng)力消耗將會(huì)很大，且投資也會(huì)很高。此外，真空泵從冷凝器上部抽走少量的二次蒸汽和不凝結(jié)氣體，維持其真空度。則蒸汽冷凝時(shí)釋放的熱量（KJ/h） （2） 冷卻水用量的計(jì)算所需冷卻水的體積流量為 （3） 冷凝器直徑的計(jì)算冷凝器直徑dH與被冷凝的蒸汽量G、氣體在冷凝器內(nèi)的表觀(guān)速度u以及水與蒸汽的接觸情況有關(guān)。圖4 2 塔板尺寸寬度則塔板寬度 取塔板厚度為6mm。取冷凝器上、即L0=，取L1= ，L2=，L3=，L4=，則冷凝器高度H=。第3節(jié) 分離器的設(shè)計(jì) 分離室的設(shè)計(jì)分離室的直徑和高度取決于分離室的體積，而分離室的體積有和二次蒸汽的體積流量及蒸發(fā)體積強(qiáng)度有關(guān)。確定分離室的壁厚為14mm。其上部安裝壓條，以起到固定作用。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，本人對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)綜合利用的能力有較大的提高，對(duì)未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作打下了較好的基礎(chǔ)。在此，特別感謝機(jī)械學(xué)院各位老師