【導(dǎo)讀】隔膜法電解制得的11%的堿液，采用三效順流蒸發(fā)使堿液濃度達(dá)到32%的要求。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行總物料衡算，各效物料衡算，溫差損失計(jì)算，熱量衡算，并進(jìn)行多次迭代后達(dá)到一定的誤差要求后算得各效的傳熱面積。用物料計(jì)算的結(jié)果并綜合考慮能耗和總費(fèi)用等問(wèn)題，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行一定的改進(jìn)和優(yōu)化后，再對(duì)設(shè)備的主要工藝尺寸進(jìn)行計(jì)算，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，選出適合的設(shè)備。最后繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，見(jiàn)附圖。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(dòng)，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)時(shí)間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過(guò)程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過(guò)程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點(diǎn):. 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，并使之與

　　

【正文】 熱量：一效： Q1= ==二效： Q2===三效： Q3=== ∑△t=（Q1/K1+Q2/K2+Q3/K3）/A解之得： △t1=℃ △t2=℃ △t3=℃各效溶液的沸點(diǎn)及各效的二次蒸汽溫度。Ⅰ效溶液沸點(diǎn)： t1=T0△t1==℃Ⅰ效二次蒸汽溫度： T1=t1△1＇△1＇＇==℃Ⅱ效溶液沸點(diǎn)： t2=T11△t2==℃Ⅱ效二次蒸汽溫度： T2=t2△2＇△2＇＇==℃Ⅲ效溶液沸點(diǎn)： t3=T21△t3==℃相應(yīng)的二次蒸汽壓強(qiáng)查《化工原理》得 P1＇= P2＇=，℃由于︳WL1W1 ︳/W1Z2 ,=P1＇, P2=P2＇, W1=Wl1,W2=Wl2, W3=WL3代入前面式開(kāi)始重復(fù)上述計(jì)算. 第三次迭代結(jié)果見(jiàn)下表： 24表313第三次迭代結(jié)果濃度% 析鹽量kg/h 蒸發(fā)水量kg/h 傳熱量W 生蒸汽量kg/hX1= Ws1= Wl1= Q1= D=X2= Ws2= Wl2= Q2=X3= Ws3= Wl3= Q3=︳P1＇P1 ︳/P1=（）/=Z1 =︳P2＇P2 ︳/P2=Z1 , ︳WL1W1 ︳/W1=（）/=Z2 =,WL2W2 ︳/W2=()/=Z2 = ︳WL3W3 ︳/W3=（）/=Z2= ,迭代后誤差在允許范圍內(nèi)，可以不再迭代。 25表314最終計(jì)算結(jié)果名稱單位一效 二效三效加熱蒸汽壓力MPa 加熱蒸汽溫度℃堿液的沸點(diǎn)℃二次蒸汽壓力MPa二次蒸汽溫度℃生蒸汽用量Kg/h蒸發(fā)水量Kg/h析鹽量Kg/h堿濃度%傳熱面積M2 26四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 蒸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)計(jì)算 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：加熱管的直徑和長(zhǎng)度，循環(huán)管的尺寸，加熱室的直徑和加熱管的根數(shù)，分離室的高度，接管的尺寸，封頭的尺寸等。由于各蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)一致，且傳熱面積相等，故以的二效蒸發(fā)器為例來(lái)計(jì)算。蒸發(fā)器的加熱管通?？蛇x25*, 32*2mm, 38*, 42*3mm,及57*[7]。管子長(zhǎng)度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢的程度，溶液的起泡性和廠房高度等因素來(lái)考慮。表41幾種常用加熱管規(guī)格及管間距本設(shè)備加熱管的直徑選用57*，管間距70mm 循環(huán)管的截面積是根據(jù)循環(huán)阻力盡量減少的原則來(lái)考慮的，循環(huán)管的截面積可取為加熱總截面的40%100%，這里選用60%。計(jì)算方法是：初步確定加熱管根數(shù)n，然后可由公式計(jì)算循環(huán)管直徑Dl加熱管根數(shù)初值： 根 取整582根。則 循環(huán)管直徑： 圓整為1mS為加熱器傳熱面積，d0加熱管外徑，di加熱管內(nèi)徑。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，才有作圖法確定。加熱管在管板上的排列方式有正三角形排列，正方形排列，同 27心排列等幾種方法。～[7]。圖 41此設(shè)計(jì)采用正三角形排列,=80mm則加熱室內(nèi)徑為： Nc=n1/2=5821/2= 取整27根由于管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁距離一般?。?～）d0則加熱室內(nèi)徑為： Di=t（Nc1）+2d =80（271）+270 =2262mm 分離室的高度分離室的高度通常根據(jù)流體的分離要求以及二次蒸汽的流量大小來(lái)決定。由于蒸發(fā)室二效的壓強(qiáng)為：P=則由《化工原理》所以二次蒸汽的體積流量為： W=（3600）=分離室體積： V=W/U =分離室高度： ρ二次蒸汽密度；U蒸發(fā)強(qiáng)度；～，W二次蒸汽流量；D蒸發(fā)器直徑；H分離室高度； 28蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽中，夾帶著大量大小不同的液滴，需進(jìn)一步分離以防止有用產(chǎn)品的損失或冷凝液被污染。汽液分離器分為室內(nèi)和室外兩種形式。 用在蒸發(fā)器中的汽液分離器有裝在蒸發(fā)室上部的慣性式分離室，折流板式分離器，絲網(wǎng)分離器和設(shè)在蒸發(fā)器外部的旋風(fēng)分離器等。慣性式分離器是利用改變蒸汽的速度和方向，使被夾帶的密度較大的液滴由于慣性作用附著在器壁上，靠重力流回蒸發(fā)器內(nèi)，而蒸汽則由于改變了流動(dòng)方向而與液滴分離。折流式和慣性式的作用原理相同，是使二次蒸汽通過(guò)許多曲折通道，液滴在通道的垂直壁面及曲折處聚集后順壁流下得以分離。絲網(wǎng)式分離器是使氣流通過(guò)多層金屬絲網(wǎng)，使液滴附著在金屬絲網(wǎng)表面上而被分離，在霧沫量不大的情況下可達(dá)到99%的除霧量。 離心式分離器是使氣流通過(guò)徑向排列的螺旋狀葉片做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于慣性力的作用，液滴被器壁而流下，從而達(dá)到汽液分離。室外的汽液分離器常采用旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)，都是利用汽液混合物沿切線方向高速進(jìn)入分離器產(chǎn)生離心效應(yīng)，將密度不同的蒸汽和液體分開(kāi)。表42各種汽液分離器的特性[7]蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。它的結(jié)構(gòu)有間接和直接式，間接式用間壁式換熱器將蒸汽冷凝，冷凝液可作為產(chǎn)品回收；如果二次蒸汽不需要回收，這可采用直接接觸式冷凝器。直接通冷卻水與二次蒸汽接觸進(jìn)行熱交換，將蒸汽冷凝后排走。常用的混合式冷凝器有淋水板式，填料式和噴射式。根據(jù)不凝性氣體和冷卻水的排除方式不同，淋水板式可分為并流低位冷凝器和逆流高位冷凝器。本設(shè)計(jì)選用逆流高位冷凝器 29 圖421外殼 2淋水板 3，8氣壓管 4蒸汽進(jìn)口 5進(jìn)水口 6不凝氣出口 7分離罐 (1)氣壓管長(zhǎng)度的計(jì)算當(dāng)冷凝器冷凝液出口為常壓時(shí)，為保證冷凝液的排出，根據(jù)靜力學(xué)理，氣壓管內(nèi)最小液位高度H0應(yīng)為： H0氣壓管內(nèi)最小液位高度；P冷凝器內(nèi)真空度；氣壓管內(nèi)應(yīng)有一定的位頭以克服冷凝液的流動(dòng)阻力： h0阻力位頭；d，L氣壓管直徑和高度；u冷凝液在氣壓管內(nèi)的流速； 一般氣壓管直徑略大于或冷凝水進(jìn)口管徑，氣壓管長(zhǎng)度為H0和 h0之和。為防止冷凝器內(nèi)壓力波動(dòng)， L=H0+h0+當(dāng)不需精確計(jì)算時(shí)可取L=10～11m 此設(shè)備取11m（2）冷凝器直徑dH冷凝器直徑dH與被冷凝的蒸汽量W、氣體在冷凝器內(nèi)的表觀速度ug以及水與蒸汽的接觸情況，可按下式計(jì)算 30 ， 則 式中： dH—冷凝器直徑，m。 —末效二次蒸汽的密度，kg/m3。 —?dú)怏w在冷凝器內(nèi)的表現(xiàn)流速，m/s。 Wn—末效二次蒸汽量，kg/h. 的大小與水滴直徑有關(guān)，其取值可參考表43 表43水滴直徑dw/mm1 2 34 5允許氣速394756現(xiàn)在取dw=4mm 則 =56m/s由于 Wn=, =dH =[(56)]1/2=（3）淋水板尺寸淋水板尺寸包括寬度，篩孔孔徑和篩孔排列。淋水板的寬度a，如左圖，要保證冷卻水在板上泛流而又不至于過(guò)分減少蒸汽通過(guò)面積，一般可取冷凝器半徑加50mm 圖43 =50+1000淋水板上篩孔直徑d0 與水滴直徑相同，小孔按正三角形排列，淋水板堰高h(yuǎn) 31的取值由dH 決定，當(dāng)dH500mm時(shí)，h=40mm，dH500mm時(shí)，h=50到70mm則取 d0=4mm h=60mm冷凝器冷卻水按下式計(jì)算： 式中： WL—冷卻水消耗量，kg/h。 I—末效二次蒸汽的焓，kJ/kg。 i2—冷凝器出口溫度下冷凝水的焓，kJ/kg。 tLtL2—冷卻水進(jìn)、出冷凝器的溫度，℃cp—水的比熱容，kJ/(kg℃) 一般tL2tL=10到20 取20則 設(shè) tL1=25℃，tL2=45℃ tm=(tL1+tL2)/2=即I=。 i2=； cp= kJ/(kg℃) WL=[（）]/（20）=淋水板上孔數(shù) 取孔間距為（2～3）d0,每個(gè)小孔的淋水量 式中淋水孔的阻力系數(shù)=～，水流收縮系數(shù)=～取 =4=10mm = = V0=3600（2）1/2 =篩孔數(shù)為： =（1000） =取整52個(gè)。（4）淋水板數(shù)： 由于dH500mm則取8塊（5）淋水板間距L 當(dāng)板數(shù)為7～9塊時(shí)，Li+1=（～）Li，L0=d0+（～）m,最底層的板間距Ln≥.L0=d0+=+=取 Li+1=則 L1= L2= L3=L4= L5= L6= （6)冷凝器的高度 32，則冷凝器的總高： Z==蒸發(fā)器接管尺寸可根據(jù)選定的流速來(lái)確定。適宜的流速可參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。所選管徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值[8]。（1）加熱管管徑的確定： ，℃所以可以由《化工原理》查得生蒸汽的密度為：,流速一般為20～40m/s,取30m/s.則 Vs=D/e=（3600）= m3/s d=（4Vs/）1/2 =[4(30)]1/2 =圓整為200mm（2）二次蒸汽管管徑的確定：,溫度為：℃所以可以由《化工原理》查得生蒸汽的密度為： kg/m3,流速一般為60m/s. 則 Vs=W2/e=(3600) = m3/s d=（4Vs/）1/2 =[4(60)]1/2 =圓整為：350mm(3)法蘭，人孔，視鏡和手孔：設(shè)備中所有管路連接法蘭均要按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取，這里都選用HG501058平焊法蘭。人孔是安裝和檢修設(shè)備所必需的，人孔尺寸一般以450到500為宜[9]。當(dāng)設(shè)備較小人無(wú)法進(jìn)入時(shí)為了設(shè)備的檢修和清洗應(yīng)安裝手空。蒸發(fā)操作中為了方便觀察，還安裝有視鏡。 33四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè) 備 名 稱材 質(zhì)單位數(shù)量1加料泵組合件臺(tái)12大氣冷凝器組合件臺(tái)23捕沫器臺(tái)24蒸發(fā)器組合件臺(tái)35堿泵組合件臺(tái)46 旋風(fēng)分離器組合件臺(tái)3 34四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)評(píng)述設(shè)計(jì)評(píng)述對(duì)整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行總物料衡算，各效物料衡算，溫差損失計(jì)算，熱量衡算，并進(jìn)行多次迭代后達(dá)到一定的誤差要求后算得各效的傳熱面積。用物料計(jì)算的結(jié)果并綜合考慮能耗和總費(fèi)用等問(wèn)題，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行一定的改進(jìn)和優(yōu)化后，再對(duì)設(shè)備的主要工藝尺寸進(jìn)行計(jì)算，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)