1、中南民族大學化工專業(yè)課程設計學院專業(yè)：化學工程與工藝年級：201A級題目：KNO3水溶液三效蒸發(fā)工藝設計學生姓名：888學號：888888指導教師姓名：888職稱：教授2014年12月29日化工專業(yè)課程設計任務書設計題目：KNOs水溶液三效蒸發(fā)工藝設計設計條件：年處理能力為7.92x10“t/aKNO3水溶液；設備型式中央循環(huán)管式蒸發(fā)器；KNO3水溶液的原料液濃度為8%,完成液濃度為48%,原料液溫度為20C,比熱容為3.5kJ/(kg.C)；加熱蒸汽壓力為400kPa(絕壓)，冷凝器壓力為20kPa(絕壓)；各效加熱蒸汽的總傳熱系數(shù)：K1=2000W/(m2C)；K2=1000W/(m2C)

2、；K3=5OOW/(m2C)；各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。各效傳熱面積相等，并忽略濃縮熱和熱損失，不計靜壓效應和流體阻力對沸點的影響；每年按300天計，每天24小時運行；設計任務：設計方案簡介：對確定的工藝流程進行簡要論述。蒸發(fā)器和換熱器的工藝計算：確定蒸發(fā)器、換熱器的傳熱面積。蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設計。主要輔助設備選型，包括氣液分離器及換熱器等。繪制KNO3水溶液三效蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設備工藝簡圖、。姓名：班級：化學工程與工藝專業(yè)學號：指導教師簽字：1目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1概述1

3、 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.1蒸發(fā)簡介1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1.2蒸發(fā)操作的分類1 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1.3蒸發(fā)操作的特點4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1.4蒸發(fā)設備4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2設計條件及設計方案說明5 HYPERLINK l bookmark40 o Current

4、Document 1設計方案的確定以及蒸發(fā)器選型5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2工藝流程簡介6 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計算7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.1蒸發(fā)器設計計算71估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度82估計各效蒸發(fā)溶液的沸點和有效總溫度差83加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算101.4蒸發(fā)器傳熱面積的估算125有效溫度的再分配126重復上述計算步驟133.1.7計算結(jié)果16 HYPERLINK l

5、bookmark66 o Current Document 3.1.8蒸發(fā)器設備計算和說明173.1.9輔助設備的選擇19 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 3.2換熱器設計計算23 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 3.3管道管徑的計算24 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 4對本設計的自我評述24化工專業(yè)課程設計 11概述1.1蒸發(fā)簡介在化工、輕工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中，常常需要將溶有固體溶質(zhì)的棉溶液加以濃縮，以便得到濃溶液（固體產(chǎn)品）或

6、制取溶劑，例如硝酸鏤、燒堿、抗生素、食糖等生產(chǎn)以及海水淡化等。工業(yè)上常用的濃縮方法是蒸發(fā)，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。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。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種循壞流動，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)器內(nèi)部有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸

7、汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽可回收熱量加以利用，或經(jīng)過冷凝器冷凝蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽,從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。12蒸發(fā)操作的分類按操作的方式可以分為間歇式和連續(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。按操作壓力，蒸發(fā)可以分為常壓蒸發(fā)、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）可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（3）有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)；（4）操作溫度低，熱損失較小。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸

8、發(fā)，倘若將加熱蒸汽通入一蒸發(fā)器,則液體受熱而沸騰，所產(chǎn)生的二次蒸汽，其壓力與溫度比較原加熱蒸汽（生蒸汽）為低。但此二次蒸汽仍可設法加以利用。最普遍的利用方法是將其當作加熱蒸汽，引入另一個蒸發(fā)器,只要后者的蒸發(fā)室壓力和溶液沸點均較原來蒸發(fā)器中為低，則引入的二次蒸汽仍能起到加熱作用。此時第二個蒸發(fā)器的加熱室便是第一個蒸發(fā)器的冷凝器，這就是多效蒸發(fā)的原理。將多個蒸發(fā)器這樣連接起來一同操作，即組成一個多效蒸發(fā)器。每一蒸發(fā)器稱為一效，通入生蒸汽的，稱為第一效，利用第一效的二次蒸汽為加熱蒸汽的稱為第二效，以此類推。由于各效（最后一效除外）的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，提高了生蒸汽的利用率,節(jié)省了

9、生蒸汽用量，所以，在蒸發(fā)人量水分時，廣泛采用多效蒸發(fā)，常用的多效蒸發(fā)有雙效、三效或四效，有的多達六效。多效蒸發(fā)按加料方式又可分為以下四種：溶液與蒸汽成并流的方法，簡稱并流法；溶液與蒸汽成逆流的方法，簡稱為逆流法；溶液與蒸汽在冇些效間成并流而在有些效河則成逆流，簡稱錯流法；每一效都加入原料液的方法，簡稱平流法。以三效為例加以說明，當效數(shù)有所增減時，其原則不變。（1）并流法不凝性氣體圖1三效蒸發(fā)并流加料流程并流法是工業(yè)中最常用的為并流加料法，如圖1所示，溶液流向與蒸汽相同，即第一效順序流至末效。因為后一效蒸發(fā)室的壓力較前一效為低，故各效之間可無須用泵輸送溶液,此為并流法的優(yōu)點之一。其另一優(yōu)點為前一

10、效的溶液沸點較后一效的為高，因此當溶液自前一效至后一效內(nèi)，即成過熱狀態(tài)而立即自行蒸發(fā)（常稱為自蒸發(fā)或閃蒸），可以發(fā)生更多的二次蒸汽，使能在次一效蒸發(fā)更多的溶液。其缺點則為最后一效的溶液的濃度較前一效的人,而溫度又較低，粘度增加顯著，因而傳熱系數(shù)就小很多。這種情況在最末一、二效尤為嚴重,使整個蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力降低。因此，如呆遇到溶液的粘度隨濃度的增人而很快増加的情況，不宜采用并流法。(2)逆流法水圖2三效蒸發(fā)逆流加料流程如圖2所示，原料液由末效流入，而由泵打入前一效。逆流法的優(yōu)點在于溶液的濃度愈人時蒸發(fā)的溫度亦愈高，使各效溶液均不致出現(xiàn)粘度太人的情況，因而傳熱系數(shù)也就不致過小。其缺點是，除進入

11、末效的溶液外，效與效之間皆需用泵輸送溶液，且各效進料溫度（末效除外）都較沸點為低，故與并流法比較，所產(chǎn)生的二次蒸汽量減少。（3）平流法此法是按各效分別進料并分別出料的方式進行的，如圖3所示。此法適用于在蒸發(fā)過程中同時有結(jié)晶體析出的場合。例如倉鹽溶液，當蒸發(fā)至27%左右的濃度即達飽和，若繼續(xù)蒸發(fā)，就有結(jié)晶析出；此結(jié)晶不便在效與效之間輸送，故可采用此種流程將含結(jié)晶的濃溶液自各效分別取出。錯流法此法的特點是在各效間兼用并流和逆流加料法。例如在三效蒸發(fā)設備中，溶液的流向町為3f1_2或231。此法的目的是利用以上并流法和逆流法的優(yōu)點，克服或減輕二者的缺點，但其操作比較復雜。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸

12、氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。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蒸發(fā)操作的特點從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知，常見的蒸發(fā)時河壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如卞特點：沸點升高蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在港臺壓力卞溶液的蒸氣壓較同溫度卜純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點高于純?nèi)芤旱姆悬c，這種現(xiàn)彖稱為溶液沸點的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況卞，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儫釡夭?，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。物料的工藝特性蒸發(fā)的溶液本身具

13、有某些特性，例如有些物料在濃縮時町能析出晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較犬的黏度或較強的腐蝕性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設備是蒸發(fā)工藝設計時必須要考慮的問題。節(jié)約能源蒸發(fā)時汽化的溶劑量較人，需要消耗較人的加熱蒸氣。如何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個問題。1.4蒸發(fā)設備蒸發(fā)設備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分汽化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與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)的輔助設備包扌舌：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝

14、置。茲分述如下：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，人致可分為以下兩人類：(1)循環(huán)型蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中做循壞流動，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中央循壞管式蒸發(fā)器b.懸筐式蒸發(fā)器C.外熱式蒸發(fā)器列文式蒸發(fā)器強制循壞蒸發(fā)器其中,前四種為自然循環(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)較人。缺點：設計或操作不當時不易成膜，熱流量將明顯卞降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物

15、料的蒸發(fā)。此類蒸發(fā)器主要有：九升膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器刮板式蒸發(fā)器2設計條件及設計方案說明2.1設計方案的確定以及蒸發(fā)器選型本次設計要求采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，在工業(yè)上被稱為標準蒸發(fā)器（如圖4所示）。其特點是結(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。它的加熱室由垂直的加熱管束組成，在管束中央有一根直徑很犬的管子，稱為中央循環(huán)管。當管內(nèi)液體被加熱沸騰時，中央循壞管內(nèi)氣液混合物的平均密度較犬：而其余加熱管內(nèi)久液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循壞管下降，而由加熱管上升，做自然循壞流動。溶液的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強化了蒸發(fā)過程。為使

16、溶液有良好的循壞，中央循環(huán)管的截面枳，一般為其余加熱管總截面枳的40%100%；加熱管的高度一般為12m；加熱管徑多為2575mm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。在蒸發(fā)操作中，為保證傳熱的正常進行，根據(jù)經(jīng)驗，每效分配到的溫差不能小于57C。通常，對于沸點升高較人的電解質(zhì)溶液，應采取23效。由于本次設計任務是處理KNOj溶液。這種溶液是一種沸點升高較人的電解質(zhì)，故選用三效蒸發(fā)器。另外，由于KNO3溶液是一種粘度不人的料液，故多效蒸發(fā)流程采用并流操作。圖4中央循壞管式蒸發(fā)器2.2工藝流程簡介原料液生

17、蒸汽I效蒸發(fā)器冷凝水去III換二次蒸汽II效發(fā)下.次蒸汽去冷卻器冷除水去II換冷凝水去I換多效蒸發(fā)器工藝設計的主要依據(jù)是物料衡算、熱量衡算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：加熱蒸氣（生蒸氣）的消耗量，各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積等。多效蒸發(fā)器的計算一般采用迭代計算法。產(chǎn)品圖5蒸發(fā)工藝流程簡圖如圖5所示，20C的原料液三臺列管式換熱器換熱后達到泡點進入第【效蒸發(fā)器，在生蒸汽的給熱下蒸發(fā)大量水蒸氣形成二次蒸汽，同時生蒸汽損失熱量發(fā)生相變冷凝成水，但此時其溫度仍很高，是品味很高的熱源，町做為第III換熱器的熱流體，由并流加料法的特點知第II效蒸發(fā)器壓力較第I效為低，故第I效中產(chǎn)生的犬量二次蒸汽作

18、為第II效的加熱蒸汽進入第II效，經(jīng)加熱料液冷凝成冷凝水，但較第I效的冷凝水溫度為低，作為第II換熱器的熱源對原料液進行預熱。第I【效料液的沸點較第I效為低，故第【效的完成液一進入第I【效便成過熱狀態(tài)而立即蒸發(fā)出人量二次蒸汽，同理，該二次蒸氣作為加熱蒸汽進入第II【效蒸發(fā)器，其冷凝水溫度進一步降低，只能作為第I換熱器的熱源，對常溫卞的原料液進行初步的預熱。第III效蒸發(fā)器的二次蒸汽經(jīng)冷卻器冷卻，冷凝成水后回收利用。從第三效蒸發(fā)器出來的料液已達到所需濃度要求，町輸送到儲槽儲存利用。為實現(xiàn)能量利用的最大化，選擇泡點進料，但經(jīng)換熱器IIII預熱后的原料液無法達到泡點，故用高溫的過熱蒸汽在換熱器IV中

19、對原料液進行進一步加熱使其達到泡點。3.物性數(shù)據(jù)及相關(guān)計算3.1蒸發(fā)器設計計算圖6并流加料三效蒸發(fā)的物料衡算及熱量衡算圖化工專業(yè)課程設計 3.1.1估計各效蒸發(fā)繪和完成液濃度年處理量：(7.92x10+30X)噸，且每年按照300天計算，每天24小時。(792xl(T)xlO300 x24=11000kg/hW=F(、1-巴=11000 x0.08)11兀丿J/kg2177.32231.02354.9（即卞一效加熱蒸汽的氣化潛熱）（1）各效由于溶液沸點而引起的溫度差損失&蒸發(fā)操作常常在加壓或減壓卞進行，從手冊中很難直接查到非常壓下的溶液沸點。所以用以卞方法估算。=/:0.0162（7；+273

20、）2A7/-常壓卞（1013kPa）由于溶質(zhì)引起的沸點升高，即溶液的沸點水的沸點常壓下水的沸點為1009。（2）由化工原理上冊第280頁無機物水溶液在常壓下的沸點表查得常壓下不同質(zhì)量分數(shù)的KNO3沸點：表2KN03水溶液在常壓下的沸點質(zhì)量分數(shù)kg/110.7%17%48%沸點。C/加100.8101.4105.3經(jīng)查表知400kPa卜飽和蒸汽溫度為143.4C，氣化潛熱為2138.5kJ/kg”一100化工專業(yè)課程設計0.0162x(130.2+273)22177.3x(100.8-100)=0.97C；=00162x(1105+273)2231.0(101.4100)=1.50C；=162x

21、(60.1+273)-%(105.3_100)=4.05C32354.9由于不考慮液柱靜壓效應和流動阻力對沸點的影響，所以總的溫差損失為乞=A1+A,4-A3=0.97+1.50+4.05=6.52各效料液的溫度和有效總溫差由各效二次蒸氣P及溫度差損失:,即可由卞式估算各效料液的溫度.：tZ+d產(chǎn)；=0.97CA2=A；=1.5OC3=；=4.05C各效料液溫度為ti=T；+A1=130.2+0.97=131.17Ct2=r+A2=110.5+1.50=112.00Ct3=T；+A3=60.1+4.05=64.15C有效總溫度差At=(Ts-T0-A由手冊可查得4OOkPa飽和蒸汽的溫度為14

22、3.4C、氣化潛熱為2138.5kJ/kg,所以工At=(E-耳)一=143.4-60.16.52=76.78C3.1.3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算第1效的熱量衡算式為Q=/=(F%叱嗎比陽)(t)+比斥當無額外蒸汽抽出時D=由上式求得第1效蒸發(fā)水量叱的計算式化工專業(yè)課程設計 學+(Fcp。-WlCpw比_“)峠由于忽略溶液的濃縮熱和熱損失，所以熱利用系數(shù)=1*=4.187燈,，傀C)第I效的蒸發(fā)水量W為、qrl丿=lx2138.5小Me.-143.4-131.17)i+11000 x33x(2177.312177.3=0.98220+216.3第II效的蒸發(fā)水量W、為w2=n2R

23、+(F%-W“.)丄141pw+(FCp-Wg.)乎=lx迪W+(11000 x3.5-4MWj7-痕002230.21172231.0=0.9400+330.8對于第III效,同理可得W3=H3=n3=lx乎+(F%-W1Cpw-Wf.)三半丄3丄3_字+(FcWg士丄3丄3-+(11000 x3.5-4.187W|4.187WjH2063.1、2354.92354.9=0.8624W0.08500W+781.55又因為W+W2+W3=9166.7畑/h聯(lián)解上面式，町得W1=2914.46kg/h化工專業(yè)課程設計W2=3070.39kg/hW3=3181.73kg/hDx=2747.06kg

24、/h3.1.4蒸發(fā)器傳熱面積的估算S亠KNQi=2747.06x2138.5x10/OO=L6318xl6w_=I；-=143.4-131.17=12.23CS1K角-=16318X106=66.71nr2000 x12.23Q2=W/=2914.46x2177.3x1O6QQ=1.7627xl06WAt,=T2-t2=T-12=130.2一112.00=18.20CQQ.1.7627xl062S,=-=96.85111-K2At21000 x18.20Q3=Wj；=307039X223l.OxlO36QQ=1.9028x106WS誤差為芒At3=T3-t3=7；，-t3=110.5-64.1

25、5=46.35C=19028x106=82.11nr500 x46.35八蠶fg誤差較大應調(diào)整各效的有效溫度差，重復上述計算過程，使三個蒸發(fā)器的傳熱面枳盡量相等。3.1.5有效溫度的再分配cS1At1+S.At,+S3At3=66.71x12.23+96.85x18.20+82.11x463500*.12.23+18.20+46.35=83.15in化工專業(yè)課程設計 重新分配有效溫度差，可得At；=-At=竺2x12.23=9.8CTOC o 1-5 h z1S183.15CQ(Z只氣t：=X18.20=21.2C-S-83.15S82t；=At,=x46.35=45.8CS383.153.1

26、.6重復上述計算步驟3.6.1.1計算各效料液由所求得的各效蒸發(fā)量，町求各效料液的濃度，即FW11000 x0.0811000-2914.46=0.109FxF-Wa-W2=0.17511000 x0.08110002914.463070.39x3=0.483.1.6.2計算各效料液的溫度因末效完成液濃度和二次蒸氣壓力均不變，各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為64.15C,即t3=64.15C則第III效加熱蒸汽的溫度(也即第II效料液二次蒸氣溫度)為T3=T：=t3+At；=64.15+45.8=109.95C在此溫度下汽化潛熱才=2233.4V/kg用公式=fa再次對料液溫度進

27、行估算；=：=162x(7；+273)k“=0,0162x(109.95.273/W14_2233.4=1.49C不計液柱靜壓力及流動阻力而引起的溫度差損失，故第I【效料液的溫度為t2=7；*+A：=109.95+1.49=111.44C同理T；=t2+/；=111.44+21.2=132.64C在此溫度下汽化潛熱：才=2170.03/焙A；二建:二00】&2（7；+273）2a；=0.0162x（132.64+27疔區(qū)卿“妣斤2170.0.=T+A；=132.64+0.98=133.62C由于不考慮液柱靜壓和流動阻力對沸點的影響，且溶液溫差損失變化不人，故有效總溫差不變，即VAt=9.8+2

28、1.2+45.8=76.8C溫度差重新分配后各效溫度情況列于卜表：表3三效蒸發(fā)器各效的溫度效次IIIIII加熱蒸汽溫度，CTi=143.4Ti=132.64T尸109.95有效溫度差,C人=9.8At；=21.2At；=45.8料液溫度，Cti=133.62t2=l11.44t3=64.153.1.6.3各效的熱量衡算T；=132.64C1；=2170.0kJ/kgr=109.95Ci；=2233.4kJ/kgT；=60.1C=2354.9kJ/kg第【效W產(chǎn)訃學+FCpILIrlq丿if2138.5nlinnn”143.4-133.62)金=lxD+11000 x3.5x(2170.0121

29、70.0丿=0.9855+173.5第I【效W嚴寸乎+仔-岡臥)寧十竺竺W+000 x3.5-4.187WJE62-111.44L2233.41v172233.4_=0.9304W】+382.5第III效W3=n3卑+(FCp-w.-wAJiTOC o 1-5 h zLr3522324ill44-6415=lxWr+(11000 x354.187W】4.187WJ_2354.9-2354.9_=0.8643W2-0.08374W+773.1又因為W+W2+W3=9166.7畑/h聯(lián)解上面式得W1=2897.5kg/hW2=3078.3kg/hW3=3190.9kg/hD】=2764.1kg/h

30、I2897.52914.463078.3一3070.39I3190.9一3181.73與第一次計算結(jié)果比較，其相對誤差為=0.00582=0.00258=0.00288計算相對誤差均在0.05以下，故各效蒸發(fā)量的計算結(jié)果合理。其各效溶液無明顯變化,不需要重新計算。3.1.6.4蒸發(fā)器傳熱面積的計算Qi=Dj：=2764.1x2138.5x106QQ=1.642x10*5WAt，1=9.8CS1一K&-=L642X16=83W2000 x9.8Q2=W/1=2897.5X2170.0X1036QQ=1.747xlO6WAt；=21.2C5=K=1747X106=82.4nr1000 x21.2Q

31、3=w2r2=3078.3x2232.4X10=1.909xio6WAt；=45.8C：=3=1-909xl6=83.4nr500 x45.8C03A誤差為i巳吧=i土=00160.05,迭代計算結(jié)果合理。Smax83.8平均傳熱面積為cS+S+S=83.8+82.44-83.4Sm=-=83.2nrm333.1.7計算結(jié)果表4物料計算的結(jié)果效次IIIIII冷凝器加熱蒸汽溫度，C143.4132.64109.9560.1操作壓力P；kPa273.33146.662020溶液溫度（沸點）t,c133.62111.4464.15完成液濃度X,%10.917.548蒸發(fā)量Wi，kg/h2897.53

32、078.33190.9蒸氣消耗量D,kg/h2764.1傳熱面積Sun-83.283.283.2完成液流量kg/h8073.45028.61833.3化工專業(yè)課程設計3.1.8蒸發(fā)器設備計算和說明3.1.8.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計管子長度的選擇應根據(jù)溶液結(jié)垢后的難以程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮,易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)我們的設計任務和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子。加熱管的型號選用：38X2.5mm加熱管長度選用：2.0m初步估算所需管子數(shù)為H.s83.211=7ido(L-O.l)龍x38xl(yx(2.0-0.1)36/03.1.8.2循壞管的選擇循壞

33、管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減小的原則來考慮的。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面枳可取加熱管總截面積的40%100%。本次計算取50%。則循環(huán)管的總截面積為-D2=0.5n-d4141D1=5/0.51佩=Jo.5x367.Ox(38-2x2.5)=447.0umi因為S較人，根據(jù)上式結(jié)果，選取管徑相近的標準管型號為460X12niina循環(huán)管的管長與加熱管相等，為2.0m。循環(huán)管的規(guī)格一次確定。循環(huán)管的管長與加熱管相等，循壞管的表面積不計入傳熱面枳中。3.1.8.3加熱室的直徑以及加熱管數(shù)目的確定加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循壞管的規(guī)格、數(shù)目及在管板上的排列方式。加熱管在管板上的排列方式為正三

34、角形，不同加熱管尺寸的管心距查表得表5不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑d。,mm19253857管心距25324870由上表查得型號為”38X2.5mm的管心距為t=48nunnc=1.177=1.1x7367.0=21.1估計加熱室的內(nèi)徑Dj=t(nc-l)+2br其中，b=(l1.5)do取b=1.2d=1.2x38=45.6”所以p=t(Ql)+2b=48x(21.ll)+2x45.6=1075.2mm表6殼體的尺寸標準殼體內(nèi)徑，nun4007008001000110015001600200最小壁厚，nun8101214根據(jù)估算，及容器的公稱直徑表，試選用D=1100nmi作為加熱室的內(nèi)

35、徑，并以此內(nèi)徑和循壞管外徑作同心圓，在同心圓的環(huán)隙中，按加熱管的排列方式和管心距作圖。當內(nèi)徑為1100mm是，獲得管數(shù)人于估算的管數(shù)，滿足要求。所以加熱室的型號選用：b1000X12nimo3.1.8.4分離室直徑和高度的確定分離室體積的計算式為：WV=3600pU其中，U為蒸發(fā)體積強度，一般允許值為1.11.5m3/(m3-s),在此取1.2m3/(m3-s)o將工藝計算中二次蒸氣的溫度和流量以及根據(jù)溫度所查得的二次蒸氣的密度列于下表7二次蒸氣相應密度效次IIIIII二次蒸氣溫度tJc132.64109.9560.1二次蒸汽流量Wi，kg/h2897.53078.33190.9二次蒸氣密度p

36、,kg/m31.61070.82420.1307依據(jù)上表數(shù)據(jù)，分別算出各效分離室數(shù)據(jù):化工專業(yè)課程設計 ww2897.5“3V.=0.4164m13600p】U3600 x1.6107x1.27w,3078.33V,=0.8646m-3600p2U3600 x0.8242x1.2wW33190.93V,=5.6514m333600p3U3600 x0.1307x1.2為方便起見，各效分離室的尺寸均取一致，所以體枳V取最人值V=56514m。分離室的高度和直徑的確定需考慮的原則:H【D=12,JftH:D=1.5H1.8在允許的條件下，分離室直徑應盡量與加熱室相同。根據(jù)V=?DH4可得:H=2.

37、55mD=1.7m3.1.9輔助設備的選擇3.1.9.1氣液分離器根據(jù)蒸氣流速和各氣液體分離器的性能，選擇慣性式除沫器作為氣液分離器。其主要尺寸確定為：除沫器內(nèi)管的直徑DoD1=536.6nun且D?:9=11.5dDo，二次蒸汽的管徑除沫器外罩管的直徑D?=1.5xD=1.5x536.6=804.9mm除沫器外殼的直徑D3=2xD1=2x536.6=1073.2nun除沫器的總高度H=D3=1073.2mm除沫器內(nèi)管頂部弓器頂?shù)木嚯xh=0.5xDi=0.5x536.6=268.3mm選取除沫器內(nèi)管：0560 x10加除沫器外罩管：0850 x20除沫器外殼：01220 x15/?3.1.9.

38、2蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當二次蒸汽為有價值的產(chǎn)品需要回收或會嚴重地污染冷卻水時，應采用間壁式冷卻器。當二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用，在此選用多層多孔板式冷凝器。3.1.9.3冷卻水量冷卻水進出II壓力為20kPa,取冷卻水進出丨I溫度為20由多孔板式蒸汽冷凝器的性能曲線可查得lm$冷卻水町冷卻的蒸汽量為X=53.0kg/m3。7(L2S寸取實=1.25理=1.25x60.21=75.26m3/h3.1.9.4冷凝器的直徑D根據(jù)進入冷凝器的二次蒸氣的體枳流量*,=3190.9/?,

39、由流量公式計算冷凝器的直徑：二次蒸氣流速為152Om/s,此處取U=20nis。故取D=680mm3.1.9.5淋水板的設計淋水板數(shù)：D=680nun50011U11,所以取n=79塊，在次取n=7塊。淋水板間距：當79塊板時，厶出=(0.60.7)厶上術(shù)0.15取=2.5m根據(jù)4+i=0.654則L2=0.65L嚴0.65X2.5=1.625111L3=0.65L,=0.65x1.625=1.056mL4=0.65L3=0.65x1.056=0.686mL5=0.65L4=0.65x0.686=0.446mL6=0.65厶=0.65x0.446=0.290加L.=0.65厶=0.65x0.2

40、90=0.188？厶末0.15m則淋水板間距符合條件。弓形淋水板的寬度：最上面一塊：B=(0.8h0.9)D,在此取=0.9D=0.9x680=612nmi其它各塊淋水板：B=0.5D+50=0.5x680+50=390mm淋水板堰高：D=680miii500mm：h=5070mm,在此取h=60mm,淋水板孔徑：冷卻水循環(huán)使用，d=610mm,在此取d=8nun淋水板孔數(shù)：1=0.95-0.9&取1=0.97,0=0.800.82,取0=0.81u0=10j2gh=0.97xO.Slx72x9.81x60 xl0-3=0.85m/sn=J=3600d2u075.26“c=-489.35360

41、0 x-x0.0082x0.854孔數(shù)應取整數(shù)，故為490個。考慮到長期操作易堵，則：最上一板孔數(shù)N|=nx(1+12%)=490 x(1+12%)=548.8取整為549個其他各板孔數(shù)為N2=n*(1+5%)=490 x(1+5%)=514.5取整為515個。表8蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定加熱管主要結(jié)構(gòu)設計尺寸加熱管(無縫鋼管)管徑規(guī)格038x2.5nun循壞管規(guī)格加熱管(無縫鋼管)長度2.0m0460 x12nun加熱室內(nèi)徑01100 x12mm分離室直徑1700nmi分離室高度2550inin表9氣液分離器結(jié)構(gòu)尺寸的確定氣壓分離器主要結(jié)構(gòu)設計尺寸除沫器內(nèi)管的直徑0560 x10？除沫器外

42、罩管的直徑0850 x20“除沫器外殼的直徑01100 x15伽01220 xi5加加除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x265inin表10蒸汽冷凝器主要結(jié)構(gòu)的確定蒸氣冷凝器主要結(jié)構(gòu)設計尺寸蒸汽冷凝器類型多層多孔式冷凝器冷卻水量75.26m3/h冷凝器的直徑D680nun淋水板數(shù)7淋水板間距L,2.5m淋水板間距L1.625m淋水板間距D1.056m淋水板間距l(xiāng)40.686m淋水板間距L50.446m淋水板間距l(xiāng)60.290m淋水板間距L70.188m弓形淋水板最上面一塊的寬度612mm其它弓形淋水板的寬度390mm淋水板堰高60nun淋水板孔徑8nun最上一塊淋水板孔數(shù)549其它各淋水板孔數(shù)5153.2換熱器設計計算對換熱器進行物料衡算和熱量衡算得到如卜結(jié)果：表物料計算結(jié)果效次IIIIIIIV管程進/出II溫度，C20/4949.0/76.576.5/98.698.6/133.6殼程進/出II溫度，C109.5/57.9132.6/81.1143.4/102143