【正文】 1kg 加熱蒸汽可汽化 1kg 水。通常將每 1kg 加熱蒸汽所能蒸發(fā)的水量稱(chēng)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。但這樣因溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增高，導(dǎo)致沸騰傳熱系數(shù)下降。但是加熱蒸汽壓強(qiáng)常受工廠的供汽條件所限。 第 3 頁(yè) 傳熱溫差 主要取決于加熱蒸汽和冷凝汽中二次蒸汽的壓強(qiáng)?？倐?熱系數(shù)取決于對(duì)流傳熱系數(shù)和污垢 熱阻。 提 高生產(chǎn)能力可以通過(guò)增加傳熱面積、提高總傳熱系數(shù)或傳熱溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(chēng)為正循環(huán)，反之為逆循環(huán)。 強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)器是依靠外加力使液體進(jìn)行循環(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。 葉 輪在循環(huán)管內(nèi)部，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)軸、軸承、聯(lián)軸器等的作用，產(chǎn)生軸向力，使料液不斷地進(jìn)入加熱室加熱，再進(jìn)入蒸發(fā)室蒸發(fā)并進(jìn)行氣液分離，并不斷循環(huán)。 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。 能量回收 蒸發(fā)過(guò)程是溶劑汽化過(guò)程，由于溶劑汽化潛熱很大，所以蒸發(fā)過(guò)程是一個(gè)大能耗單元操作。由于溶劑的汽化速率取決于傳熱速率，故蒸發(fā)過(guò)程屬傳熱過(guò)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(guò)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(shuō)，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。蒸發(fā)裝置在操作過(guò)程中，要消耗大量加入蒸汽，為節(jié)省加入蒸汽 ，可采用多效蒸發(fā)裝置和蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。③直接接觸型。②單程型。按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)狀況分有：①循環(huán)型。 蒸發(fā)器廣 泛用于化工、輕工等行業(yè)。為了提高傳熱性能，往往是采取增大傳熱溫差、傳熱管加類(lèi)片或增大空氣流速等措施來(lái)達(dá)到目的。被冷卻的介質(zhì)通常是水或空氣，為此蒸發(fā)器可分為兩大類(lèi)，即 （水或鹽水）的蒸發(fā)器， 這種 蒸發(fā)器 又可分為臥式殼管式換熱器（制冷劑在管外蒸發(fā)的為滿液式，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)的稱(chēng)干式），和立管式冷水箱。 蒸發(fā)器也是一種間壁式熱交換設(shè)備。加熱室中產(chǎn)生的蒸氣帶有大量的液沫，到了較大空間的蒸發(fā)室后，這些液體借自身凝聚或除沫器等的作用得以與蒸氣分離。主要有加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。芒硝可以用來(lái)提取硫酸銨、硫酸鈉、硫酸及硫化鈉等化工原料，還是制造洗衣粉的重要原料。它們或無(wú)色或白色，具有玻璃光澤，入水即化。鹽湖、鹽泉和干鹽湖是形成芒硝的地方。 第 1 頁(yè) 引言 芒硝是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物。在干旱地區(qū)，?？梢砸?jiàn)到由它們形成的鹽華及皮殼。 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。芒硝在干燥的環(huán)境下會(huì)失去水分而變成粉末狀，這時(shí)就稱(chēng)為無(wú)水芒硝。 蒸發(fā)器是通過(guò)加熱使溶液濃縮或從溶液中析出晶體的設(shè)備。加熱室 向液體提供蒸發(fā)所需要的熱量，促使液體沸騰汽 化；蒸發(fā)室是汽液兩相完全分離。通常除沫器設(shè)在蒸發(fā)室的頂部。低溫低壓的液態(tài)制冷劑 在傳熱壁的一側(cè)氣化吸熱，從而使 傳熱壁另一側(cè)的介質(zhì)被冷卻。 ，這種蒸發(fā)器有可分為 兩大類(lèi)，一類(lèi)是空氣做自然對(duì)流的蒸發(fā)排管，如廣泛使用于冷庫(kù)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(lèi)是空氣強(qiáng)制流動(dòng)的冷風(fēng)機(jī)，冷庫(kù)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。此外，還有冷卻固體物料的接觸式蒸發(fā)器。按操作壓力分常壓、加壓和減壓 3 種。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。沸騰溶液在加熱室中一次通過(guò)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。加熱介質(zhì)與溶液直 第 2 頁(yè) 接接觸傳熱，如浸沒(méi)燃燒式蒸發(fā)室。 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)： 工程上，蒸發(fā)過(guò)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(lèi)過(guò)程。 物料及工藝特性 物料在濃縮過(guò)程中，溶質(zhì)或雜志常在加熱表面沉積、析出晶體而形成垢層 ，影響傳熱；有些溶質(zhì)是熱敏性的，在 高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易變質(zhì)；有些物料具有較大的腐蝕性或較高的粘度等等。因此，節(jié)能是蒸發(fā)操作應(yīng)予考慮的重要問(wèn)題。循環(huán)管在加熱室內(nèi)部。蒸汽生成的冷凝水在加熱室的冷凝水出口流出。母液在蒸發(fā)器下部流出，進(jìn)入二效蒸發(fā)器。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。逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器具有更多優(yōu)點(diǎn)。 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。在蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和操作中，必須及時(shí)排除蒸汽中的不凝氣，并要定時(shí)清洗蒸發(fā)器。 加熱蒸汽的壓強(qiáng)越高，其飽和溫度也越高。 若提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點(diǎn)降低，也可以加大溫度差。 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。在單效蒸發(fā)中，若物料的水溶液先預(yù)熱至沸點(diǎn)后加入蒸發(fā)器，忽略生蒸汽 與產(chǎn)生的二次蒸汽的汽化潛熱的差異，不計(jì)熱損失。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。 但是效數(shù)增多，設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度降低，而加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性提高，因此，必須合理選擇效數(shù)以便設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)之和最少。因?yàn)椋菊舭l(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。39。 mm ??T? — 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa ? — 軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，（176。 ） /mm ? — 電動(dòng)機(jī)效率 1? — 帶傳動(dòng)效率 ? — 輪槽角 ad — 外徑， mm min? — 最小輪緣厚， mm 第 13 頁(yè) 第一章 筒體的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 一、 集鹽室 筒體材料的選擇及各參數(shù)的確定 材料選擇 根據(jù)工作壓力 ： P= 工作溫度： T=150℃ 介質(zhì)：芒硝水溶液 初選 Q235B s? =235MPa ??t? =113 MPa b? =375 MPa （壓力比較低，且介質(zhì)腐蝕性不大） 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)壓力： P= Per= = MPa (5%P= MPa) 液柱靜壓力 ： P 靜 =ρ gh=1000 = MPa （ P 靜 5%P） 計(jì)算壓力： Pc=P+ P 靜 =+= MPa 設(shè)計(jì)溫度： T=160℃ 筒體內(nèi)徑： Di=2021mm 焊接接頭系數(shù)： φ =1 鋼板負(fù)偏差： C1= 腐蝕裕量： C2=1mm 集鹽室 筒體 壁厚計(jì)算 (Di=1800mm) ? ? 1 8 0 0 0 .5 5 8 4 .4 62 1 1 3 1 0 .5 5 82 it cPD P? ? ? ?? ? ?? ? ?? mm 厚度附加量： C=+1= 計(jì)算厚度： 2 1 C??? ? ? ? ?mm 名義厚度： 1 5 .4 6 0 .6 6 .0 6nd C??? ? ? ? ?mm 由鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度圓整后取 10mm ∴有效 厚度： 1 0 1 .6 8 .4en C m m??? ? ? ? ? 對(duì)于外壓圓筒穩(wěn)定性校核 a) 假 設(shè) 名 義 厚 度 16n mm? ? ， 1 6 1 .6 1 4 .4en C m m??? ? ? ? ?，03000 1 .6 41 8 0 0 2 1 6LD ????， 01832 eD? ?? b) 查 GB1501998 圖 62，由 0LD 和 0eD? 查得 A= 第 14 頁(yè) c) 根據(jù)圓筒材料，由圖 63 查得 B=84 MPa d) 計(jì)算許用外壓 ? ? 0 84 0 . 6 6 1 0 . 5 5 8/ 1 2 7eBP M P aD ?? ? ? ? 集鹽室下 筒體厚 度計(jì)算 （ Di=500mm） ? ? 0 . 5 5 8 5 0 0 1 . 2 42 1 1 3 1 0 . 5 5 82 cit cPD mmP? ?? ?? ? ?? ? ?? 計(jì)算厚度： 2 4 1 4d C m m??? ? ? ? ? 名義厚度： 1 2 .8 4dn C m m??? ? ? 由 于考慮焊接工藝 ，名義厚度圓整后取 8mm 二、Φ =2021筒體材料的選擇及各參數(shù)的確定 材料選擇 根據(jù)工作壓力： P= 工作溫度 :T=146℃ 介質(zhì)：飽和水蒸汽 初選 Q235B s? =235MPa ??t? =113 MPa b? =375 MPa （壓力比較低，且介質(zhì)腐蝕性不大） 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)壓力： P= Per= = MPa (5%P=) 液柱靜壓力： P 靜 =ρ gh=1000 = MPa （ P 靜 5%P） 計(jì)算壓力： Pc=P+ P 靜 =+= MPa 設(shè)計(jì)溫度： T=200℃ 筒體內(nèi)徑： Di=2021mm 焊接接頭系數(shù)： φ =1 鋼板負(fù)偏差： C1= 腐蝕裕量： C2=3mm 筒體壁厚計(jì)算 (Di=2021mm) ? ? 2 0 0 0 0 . 4 2 6 3 . 7 82 1 1 3 1 0 . 4 2 62 it cPD mmP? ? ? ?? ? ?? ? ?? 厚度附加量： C=+3= 第 15 頁(yè) 計(jì)算厚度： 2 8 3 8d C m m??? ? ? ? ? 名義厚度： 1 C m m??? ? ? ? ? 由鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度圓整后取 10mm 對(duì)于外壓圓筒穩(wěn)定性校核 e) 假 設(shè) 名 義 厚 度 18n mm? ? ， 18 14. 4en C m m??? ? ? ? ?，04000 1 .72 0 0 0 2 1 8LD ????， 0 2036 eD? ?? f) 查 GB1501998 圖 62，由 0LD 和 0eD? 查得 A= g) 根據(jù)圓筒材料，由圖 63查得 B=55MPa 計(jì)算許用外壓 : ? ? 0 55 90 52141eBP MPaD?? ? ? ? 蒸發(fā)室頂部 由于該設(shè)備壓力比較低，且頂部還要承受電動(dòng)機(jī)和大小帶輪的重量，故頂部也采用 10mm 的 Q235B 并布置 12 塊相同材料的筋板，來(lái)確保安全，具體位置、尺寸見(jiàn)部件圖。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(guò)渡段厚度（取折邊大端的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑為 100mm） 第 16 頁(yè) 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(guò)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)。無(wú)折邊結(jié)構(gòu) 第 17 頁(yè) 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錐殼 厚度 錐殼大端轉(zhuǎn)角半徑： ri =Di 10％ =2021 =200mm 錐殼大端計(jì)算內(nèi)徑： 2 ( 1 c os ) 200 0 2 200 ( 1 c os 30) 194 6ciD D r m m?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 0 . 4 2 6 1 9 4 6 1 4 . 2c o s 2 1 1 3 1 0 . 4 2 6 c o s 3 02 cc tPD mm? ??? ?? ? ?? ? ? 名義厚度為 4 .2 3 .6 7 .8n C m m??? ? ? ? ? 由鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度圓整后取 10mm 錐殼大端： ? ? 0 .4 2 6 0 .0 0 3 81 1 3 1ctP?? ??? 查 GB1501998 圖 7