三效蒸发制碱装置设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）
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毕业设计 (论文 ) 题 目 三效蒸发制碱装置设计 学院名称 机械工程学院 指导教师 职 称 班 级 学 号 学生姓名 年 月 日 毕业设计 (论文 )任务 书 学 院： 机械工程学院 题 目： 三效蒸发制碱 装置设计 设计（论文）内容及要求： 一、 已知设计参数： 1 年产量 吨 300 天 ) 2 成品碱规格 水 3 电解液的规格 : 10%, 8 % 水 72% 4 电解液的预热温度 130 5 末效真空度 650 系统洗水量 50017 生蒸汽压力 、设计内容及设计工作量要求： （ 1）按所给设计参数完成 蒸发器及换热器的 设计； （ 2）绘制设计图纸总计 3 张零号以上，其中要求手工绘图 1 张壹号以上； （ 3）设计说明书字数不少于 字，并要求统一用 打印； （ 4）翻译 3 千左右汉字量的与毕业设计有关的英文资料； （ 5）撰写相当于 3 百汉字的英文摘要。 三、主要参考资料： 化工设备设计全书（换热器） 壳式换热器 制压 力容器 指导教师： 年 1 月 5 日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 三效蒸发制碱装置设计 设计（论文）题目来源 自选题目 设计（论文）题目类型 工程设计类 起止时间 一、 设计（论文）依据及研究意义： 蒸发制糖过程是热蒸汽在某压力下加热含糖低的料液，蒸发其中水分得到含糖量高的完成液的过程。在上述过程中牵扯到热蒸汽的利用率，能耗，安全，等问题。随着制糖行业技术水平的不断提高，对蒸发设备的要求也逐步提高，工业生产需要一款设计可靠，经济节能，操作简单，安全生产和生产量大的蔗糖蒸发器。三效真空蒸发方案可使用蒸汽机的低压废气作为热源，第 一效蒸汽压力比较低，各效真空度比较高。这样，糖汁便在温度较低的情况下进行蒸发，因而可减少蔗糖的转化和焦化，以及还原糖分解等有害影响。使用低压蒸汽作加热蒸汽，各效的二次蒸汽温度也相应较低，且又是四效，热损失比较小。且设备简单，投资小，操作管理简便。 二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标： 本次设计是三效蒸发制糖装置的设计。设计包括的主要内容：蔗糖蒸发的工艺流程和蒸发装置的结构设计（蒸发器传热部件、圆筒、封头、除沫器、法兰、外接管等），并绘制相应的流程图和结构图。设计的技术方案和路线：通过对各个已知数据的处 理，首先进行换热面积的计算，然后进行蒸发器的结构设计，并对其进行强度的计算和校核，达到生产要求和安全要求。 三、 设计（论文）的研究重点及难点： 重点：蔗糖蒸发装置的换热面积计算，结构设计和强度校核，蒸发工艺流程的设计。 难点： 虑的相关因素较多； 耗，产量的关联较大； 求安全系数高。 四、 设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 2013 年 1 月 16 日至 1 月 23 日： 进行三效蒸发制糖设备设计的方案论证，了解所要设计的试验装置，为进行设计做准备； 1 月 23 日至 1 月 25 日：查阅资料，找设计依据，理出设计思路； 3 月 1 日至 4 月 1 日：算数据，求得设计的各种依据； 4 月 2 日至 5 月 1 日：设计，画出设计图纸； 5 月 1 日至 6 月 1 日：整理图纸，进行打印。写出设计说明书并校核。 6 月 1 日至 6 月 8 日：准备答辩。 五、 进行设计（论文）所需条件： 1、基本的设计绘图能力（包括计算机绘图和手工绘图）以及相应的压力容器 理论知识，会查阅相关标准； 2、同时需要指导 老师的悉心指导，自己的认真负责、一丝不苟的研究态度； 3、总之，这是一次综合性很强，要求对专业基础知识和专业知识都扎实，并能融会贯通，综合运用 。 六、 指导教师意见： 签名： 年 月 日 8、英语翻译 of is a to by a so or in in of a is in a in a to be to In at in to to In is in it In a to to of to s be by of or in or or an be In is of is TU is n to up or in a be to a to or it or as to a it to a In to to to or or In to in to In to in be to to be to to be as to a a of is a to to of as a it at a to is in of is is or to of a =A*U*= is a a a of is is at It is in as an of to be in of in to of as of an or to is to of to be of of a is it is a of to of is In a is to to be in of is of be or is of of is is of be in a in of in of to of as as in of in of be or or 换热器的分类及其应用 换热器是一种装置内置高效换热从一个中等至另一个，无论是媒体分隔了坚实的墙，使他们永远组合，或新闻媒体直接接触。 1 他们被广泛用于供暖 ， 制冷 ， 空调 ， 发电厂 ， 化肥厂 ， 石化厂 ， 炼油厂和天然气处理 。 换热器可分为根据其流安排。 平行流换热器，两个流体进入换热器在同样的目的，和旅行中的彼此平行的另一边。 在逆流换热器的液体进入热交换器从对面的目的。 目前设计的柜台是最有效的，因为它可以转移最热热火（转让）的媒介。 在横流式换热器，流体旅行大约垂直于一个 通过热交换器。 为了提高效率，热交换器的设计，最大限度地面积之间的墙壁两个流体，同时最大限度地减少阻力流体通过换热器。 该交换机的性能也会受到影响，增加了鳍或波纹中的一个或两个方向，从而增加表面积和可能的渠道流体流动或诱使动荡。 驾驶温度在传热表面不同位置，但一个适当的平均气温可界定。 在最简单的系统，这是记录平均温差 （对数平均温差） 。 有时直接了解对数平均温差不提供和台大方法是使用。 相变式换热器 典型釜沸用于工业蒸馏塔 典型的水冷式表面冷凝器 此外，加热或冷却液只是一个 阶段 ，换热器可用于加热 液体 蒸发（或煮沸） ，或用作 冷凝器 冷却 蒸汽 和 凝结 为液体。 在 化工厂 和 炼油厂 ， 于热传入饲料 蒸馏 塔往往热交换器。 蒸馏调校通常使用蒸馏冷凝器凝结成液态气体回。 电厂 有 蒸汽 驱动 涡轮机 普遍使用热交换器烧开 水 变成 蒸汽 。 换热器或类似的单位生产的蒸汽水往往被称为 锅炉 或蒸汽发生器。 在核电厂的要求 压水式反应堆 ，特别是大型换热器通过热从小学（反应堆厂房）系统二级（蒸汽厂）系统，生产的水蒸汽的过程中，被称为 蒸汽发生器 。 所有矿物燃料和核电厂使用蒸汽驱动涡轮机的 表面冷凝器 转换排汽从涡轮机到凝（水）的再利用。 为了节约能源和冷却能力，化学和其他植物，蓄热式换热器可用于传热从一个流，需要冷却到另一个流，需要加热，如沸蒸馏冷却和饲料预热。 这个词也可以指热交换器包含物质在其结构，有一个变化的阶段。 这通常是固液相由于体积小，这些国家之间的区别。 这种变化的阶段有效地作为一个缓冲区，因为它发生在一个恒定的温度，但仍允许换热接受额外的热量。 一个例子在这个已被调查的是用于高功 率电子设备的飞机。 动态刮掉表面换热器 另一种类型的换热器被称为 “ 动态换热器 ” 或 “ 刮面式换热器 ” 。 这主要是用于加热或冷却的高 粘度 产品， 结晶 过程， 蒸发 和高 污染 的应用。 长时间运行的时间达到由于 连续刮表面，从而避免 污染 和实现可持续的传热率的过程中。 该公式用于这将是为 Q = A *的 *对数平均温差，从而为 Q =热量传输速率。 流体换热器 这是一个换热器气体通过向上通过淋浴流体（通常是水） ，以及流体然后才考虑其他冷却。 这是常用的冷却气体，同时删除一些杂质，从而解决两个问题一次。 它广泛应用于咖啡机作为一项节约能源的方 法，冷却过热的水，用于提取咖啡。 板翅式换热器 这种类型换热器采用 “ 夹心 ” 的段落含有鱼翅，提高有效性的单位。 该设计包括横向和逆流加上各种鱼翅配置如直鳍，鳍和抵消波浪鳍。 绝热轮换热器 第四种类型的换热器使用的中间流体或固体储存举行热，然后转移到另一侧的换热得到释 放。 两个这方面的例子有 绝热车轮 ，其中包括一个大型车轮旋转与罚款线程通过冷热流体和流体换热器。 这种类型时使用，它是可以接受的少量混合发生两者之间的流。 蓄热式热交换器 第三种类型的换热器是 蓄热式热交换器 。 在这方面，热（热媒）由一个进程是用来温暖的液体，用于在这个过程中，与同一类型的液体是用来两边的换热器（这些热交换器可以是板块和帧或管壳式建筑） 。 这些换热仅用于气体，而不是液体。 的主要因素，这是热容量热 转移矩阵。 板式换热器 主要文章： 板式换热器 另一种类型的换热器是 板式换热器 。 一个是由多个，薄，略有分隔板，有非常大的表面积和流体流动的通道传热。 这叠板的安排可以更加有效，在特定的空间，比管壳式换热器。 进展 垫片 和 钎焊 工艺，使板式换热器越来越实际。 在 暖通空调 的应用，大型换热器这种类型被称为 板和框架 ;使用时打开循环，这些热交换器通常类型的 洁和检查。 有许多类型的永久保税板式换 热器，如浸焊和真空钎焊板的品种，他们往往指定闭环应用，如 制冷 。 板式换热器也各不相同的类型的板块的使用，并在配置这些板块。 有些板块可以加盖 “ 雪佛龙 ” 或其他方式，在其他国家可能有加工鱼翅和 /或沟槽。 第 I 页共页 摘要 ： 在三效蒸发制碱装置的设计中， 运用了许多化过程装备与控制工程专业的基础知识，比如：管壳式换热器的设计，主要参考 在蒸发的工艺设计计算总则用到了有关化工原理的物料平衡及热量平衡的计算方法；在受内压的设备的选材时，都严格要求用容器用钢；以及在设备的形状及尺寸的确定中，参考了传统的化工设备设计的经验个方法。 另外，由于本次设计的设备处理的介质是具有腐蚀性烧碱溶液，所以在一些与烧碱有接触的零件的选材时，一般都用到不锈钢 0在管板的设计中，考虑到管板 只有一侧与碱液有接触，如果全用不锈钢，那么不经济也不好加工。所以本次设计管板采用复合钢板，在管板的计算中还是按照一种材料进行计算和校核。 关键词： 换热器 管板 物料平衡 碱液 复合钢板 蒸发器 第 共页 At of of we a of of at of we at of we in of is at of of By we in of in of we t us a in of we in of 共页 目录 前言 1 1、概 述 5 发 5 发工艺流程及蒸发器型式的确定 5 2、工艺设计及计算 8 要操作条件 8 个系统总蒸发水量 8 取各效出效浓度 9 10 12 热蒸汽用量的计算 15 3、蒸发器的设计及计算 18 18 径的确定 19 20 4、加热器的设计计算 23 23 23 5、管板的设计计算 27 27 板强度的基本分析方法 28 28 32 37 6、螺旋板式换热器的设计 43 第 共页 43 47 旋板的强度，挠度计算与校核 48 50 7、蒸发器分离室设计 55 步设计 55 55 55 56 56 56 56 8、英文文献翻译 58 9、主要参考文献 67 10、谢辞 68 第 1 页 共 68 页 摘要 ： 在三效蒸发制碱装置的设计中， 运用了许多化过程装备与控制工程专业的基础知识，比如：管壳式换热器的设计，主要参考 在蒸发的工艺设计计算总则用到了有关化工原理的物料平衡及热量平衡的计算方法；在受内压的设备的选材时，都严格要求用容器用钢；以及在设备的形状及尺寸的确定中，参考了传统的化工设备设计的经验个方法。 另外，由于本次设计的设备处理的介质是具有腐蚀性烧碱溶液，所以在一些与烧碱有接触的零件的选材时，一般都用到不锈钢 0在管板的设计中，考虑到管板 只有一侧与碱液有接触，如果全用不锈钢，那么不经济也不好加工。所以本次设计管板采用复合钢板，在管板的计算中还是按照一种材料进行计算和校核。 关键词： 换热器 管板 物料平衡 碱液 复合钢板 蒸发器 第 2 页 共 68 页 At of of we a of of at of we at of we in of is at of of By we in of in of we t us a in of we in of 3 页 共 68 页 目录 前言 1 1、概 述 5 5 5 2、工艺设计及计算 8 8 8 9 10 12 15 3、蒸发器的设计及计算 18 18 19 20 4、加热器的设计计算 23 23 23 5、管板的设计计算 27 27 28 28 32 37 6、螺旋板式换热器的设计 43 第 4 页 共 68 页 43 47 度计算与校核 48 50 7、蒸发器分离室设计 55 55 55 55 56 设置 56 56 56 8、英文文献翻译 58 9、主要参考文献 67 10、谢辞 68 第 5 页 共 68 页 前言 碱知识介绍： 食碱亦即是食用碱，是指有别于工业用碱的纯碱 (碳酸钠 )和小苏打 (碳酸氢钠 )，小苏打是由纯碱的溶液或结晶吸收二氧化碳之后 的制成品，二者本制上没有区别。食用碱呈固体状态，圆形，色洁白，易溶于水。食碱并不是一种常用调味品，它只是一种食品疏松剂和肉类嫩化剂，能使干货原料迅速涨发，软化纤维，去除发面团的酸味，适当使用可为食品带来极佳的色、香、味、形，以增进人们的食欲。食碱大量应用于食品加工上如面条、面包、馒头等。 碱营养分析： 1. 在发面的过程中会有微生物生成酸，面团发起后会变酸，必须加碱中和，才能制作出美味的面食； 2. 食碱能中和深绿色蔬菜上由于农药的过量喷施而粘着的有机酸或硫化物，从而可以保住蔬菜原有的本色，并去除农药对蔬菜 的污染； 3. 食碱有较强的脱脂作用，可以去掉油发干货原料上的多余油脂； 4. 食碱能释放玉米中不易释放的烟酸，使长期食用玉米的人不至于会因玉米中的烟酸缺乏而患癞皮病； 5. 食碱的缺点是对食物中的维生素 维生素 C 有较强的破坏作用，同时会影响人体对某些矿物质的吸收和利用，因此不可滥用。 制碱法 一、联合制碱法 (侯氏制碱法 ) 20+(溶解度较小 ,故为沉淀 ,使反应得以进行 ) 2=上应有加热的符号 ) 其要点是在索尔维制碱法的滤液中加入食盐固体，并在 30 40 下往滤液中通入氨气和二氧化碳气，使它达到饱和，然后冷却到 10 以下，根据 常温时的溶解度比 ，而在低温下却比 解第 6 页 共 68 页 度小的原理，结晶出氯化铵 (一种化肥 )，其母液又可重新作为索尔维制碱法的制碱原料。 此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到 96 ； 做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气 化成 革除 了 一工序。 碳酸钠用途非常广泛。虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但仍不能满足工业生产的需要。 1862 年，比利时人索尔维（ 8381922）发明了以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠的 “索尔维制碱法 ”（又称氨碱法）。此后，英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂，并组织了索尔维公会，对会员以外的国家实行技术封锁。 第一次世界大战期间，欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的，一时间，纯碱非常缺乏，一些以纯碱为 原料的民族工业难以生存。1917 年，爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司 ,决心打破洋人的垄断，生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。 1920 年，侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上，终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。 1924 年 8 月 ,塘沽碱厂正式投产。 1926 年，中国生产的 “红三角 ”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内，而且远销日本和东南亚。 针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低，制碱成本高，废液、废渣污染环境和难以 处理等不足，侯德榜先生经过上千次试验，在 1943 年研究成功了联合制碱法。这种方法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。 侯氏制碱法的原理是依据离子反应发生的原理进行的，离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。也就是很多初中高中教材所说的复分解反应应有沉淀，气体和难电离的物质生成。他要制纯碱（ 就利用 溶液中溶液中溶解度较小，所以先制得 利用碳酸氢第 7 页 共 68 页 钠不稳定性分解得到纯碱。要制 得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子，所以就在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的钠离子，铵根离子，氯离子和碳酸氢根离子，这其中 解度最小，所以析出，其余产品处理后可作肥料或循环使用。 二、氨碱法 1862 年，比利时人索尔维（ 832食盐、氨、二氧化碳为原料，制得了碳酸钠，是为氨碱法（ 反应分三步进行： 2O=应生成的 以回收再用，而 可以与生石灰反应，产生 新作为原料使用： 2=22O 氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到提高，产品质量纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本低廉。 1867 年索尔维设厂制造的产品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章，此法被正式命名为索尔维法。此时，纯碱的价格大大下降。消息传到英国， 正在从事路布兰法制碱的英国哈琴森公司取得了两年独占索尔维法的权利。 1873 年哈琴森公司改组为卜内门公司，建立了大规模生产纯碱的工厂，后来，法、德、美等国相继建厂。这些国家发起组织索尔维公会，设计图纸只向会员国公开，对外绝对保守秘密。凡有改良或新发现，会员国之间彼此通气，并相约不申请专利，以防泄露。除了技术之外，营业也有限制，他们采取分区售货的办法，例如中国市场由英国卜内门公司独占。由于如此严密的组织方式，凡是不得索尔维公会特许权者，根本无从问津氨碱法生产详情。多少年来，许多国家要想探索索尔维法奥秘的厂商，无 不以失败而告终。消息传到英国，正在从事路布兰法制碱的英国哈琴森公司取得了两年独占索尔维法的第 8 页 共 68 页 权利。 1873 年哈琴森公司改组为卜内门公司，建立了大规模生产纯碱的工厂，后来，法、德、美等国相继建厂。 制碱装置介绍 主要用离子膜制碱、蒸发制碱等等。本次设计是三效蒸发制碱装置设计。 第 9 页 共 68 页 1、概 述 发 蒸发是重要的化学单元操作之一，蒸发操作是用加热的方法，在沸腾的状态下，使溶液中的水分或其他具有挥发性的溶剂部分汽化移除。其溶液中的溶质数量不变，从而使溶液被浓缩。因此蒸发过程是一个热传递过程，其传热 率是政法过程的控制因素。 发工艺流程及蒸发器型式的确定 1、 由于单效蒸发器二次蒸汽温度较高，流量较大，所以热损失较大，采用多效蒸发的目的就是通过蒸发过程二次蒸汽的利用，以节约蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性。表 1为蒸发 1中实际消耗量包括蒸发装置和其操作中各项热量损失。随蒸发器的型式、多效蒸发的流程不同，其稍有变化。 效数 理论蒸汽消耗量 实际蒸汽消耗量 蒸发 11蒸发 11在增加一效节约蒸汽百分量 单效 1 1 3% 二效 0% 三效 5% 四效 0% 五效 % 表 1 不同效蒸发装置的整齐消耗量 由上表可以看出，随着效数的增多，蒸汽节约越多，但效数的多少受以下几方面的限制： a、 设备费用的限制 表中效数由单效改为双效节约蒸汽的幅度最高，大 93%。（理论为一倍）。但四效改为五效仅节约 10%，然而随效数的增加其设备费用也不断增加。在 设备折旧年限内，增加一效后其节约蒸汽费用不足抵消其设备第 10 页 共 68 页 投资费用时，则不能增加效数；另外，在设备投资有限制时，其效数也随此限而定。 b、 温差限制 一般工业生产中，加热蒸汽的压力和蒸发室的真空度有一定的限制，因此装置的总温差也一定，但由于多效蒸发时各效都有温差损失，因此单效的有效温度差比多效的温度差之和要大。也就是说，由于有效温差的减少，虽然 倍于单效蒸发面积，但同样条件下，生产能力却要低于单效蒸发器。 2、多效蒸发的 操作流程 多效操作的蒸发流程包括加热蒸汽与料 液的流向不同，可分为以下几种： 1）、顺流法（亦称并流法）。其料液和蒸汽成并流特点： A、各效间有较大的压差，料液和蒸汽能自动从前效进入后效，因而各效间有可省去输料泵。B、前效的操作温度高于后效，料液从前效进入后效时呈过热状态、可以产生自蒸发。在各效间不必设预热器。 C、由于辅助设备少、装置紧凑、管路短，因而温度损失少； D、装置的操作简便，工艺条件稳定，设备维修工作减少。 缺点：由于后效温度低、浓度大，因而料液的粘度增加很大，降低了传热系数。因此对于随浓度增加很大的料液不宜采用并流。也 就是说并流操作只适用于粘度不大的液体。 2）、逆流法。即蒸汽与料液呈逆流操作 优点：随着料液浓度的提高，其温度亦相应提高，这样料液的粘度增加较小，各效的传热系数相差不大，可成分发挥设备能力，由于浓缩液的排除温度较高，可利用其显热在减压下闪蒸增浓。 缺点： A、辅助设备较多，动力消耗大，各效间须设置料液泵和预热器，有时浓缩液出料时温度过高，还须增设冷却器； B、对浓缩液在高温时易分解的料液不适用； C、操作较复杂，工艺条件不稳定，必须设置较完善的控制和测量仪表。 3）、错流法 亦称混流法，它 是并、逆流的结合。错流法的特点是兼有并逆流的优点而第 11 页 共 68 页 是避其缺点，但操作复杂，没偶比较完善的自控仪表难以实现其稳定操作，我国目前主要用于造纸工业碱回收系统。 4）、平流法 即各效都加入料液，又都引出浓缩液。此法除用于有结晶洗出的料液外， 其他一般不采用。此法还可以用于同时浓缩两种以上的不同水溶液。 综合以上四种的工艺流程的优缺点， 本次设计选用第一种，即顺流法。 3、 蒸发装置的选型 选型是蒸发装置设计的首要问题，选型时应该先考虑转热系数搞的型式，但料液的物理、化学性质常使一些传热系数高的型式在使用上受限制。选型时要 考虑的因素： 1）、料液的性质 包括组成成分、粘度变化范围、热稳定性、发泡性、腐蚀性、是否易结垢、结晶、是否含固体悬浮物等。 2）、工程技术要求 包括处理量、蒸发量、料液进出口的浓度和温度、安装现场的面积和高度、设备投资额度、要求连续或间隙生产等。 3）、公用系统的情况 包括可利用的热源、蒸流供应量及压力、能利用的冷水之水量、水质和温度等。 综合以上因素，本次三效制碱装置的设备采用列文式蒸发器。其原因如下： 1）、设计要求的处理量较大； 2）、电解液具有较强的腐蚀性； 3）、料液粘度较小，随浓度变化也较小； 4）、浓缩过程有结晶出现，较易结垢； 5）、料液的稳定性较好，不须考虑热敏性影响 另外，该型蒸发器结垢简单，制造成本低，操作和维修也很方便。因此整个工艺流程是采用操作， 三效分级蒸发；蒸发器的结构型式采用列文式。 第 12 页 共 68 页 2、工艺设计及计算 要操作条件 1、年产量 吨 300 天 )每天 24小时约 5吨每小时 2、成品碱规格 水 3、电解液的规格 : 10%, 8 % 水 72% 4、电解液的预热温度 130 5、末效 真空度 650、系统洗水量 50017、生蒸汽压力 个系统总蒸发水量 =5（ - ) 电解液中 电解液中 电解液中水的质量百分比 成品碱中 成品碱中 成品碱中水的质量百分比 则 =5（ =22800 将 在三效中进行分配，分配比可按 1： 13 页 共 68 页 即： =1： 一效蒸发水量 二效蒸发水量 三效蒸发水量 则： = = = 取各效出效浓度 加斯那个一效出效浓度为 手册中查得 100时 溶液中：含 、水： 则： - 5 * 因 近似等于 故 假定二效出效浓度为 从手册中查得 100时，在 溶液中含 水 则 - =5 - 第 14 页 共 68 页 =9260 因 故： 所以，第三效蒸发水量 =所以各效碱溶液浓度分布为： 效 进料 出料进料 =效 出料进料 =效 出料 =30% =料平衡计算 1、 效的物料计算 A、进料量 G= =40000 B、进入淡水量： =500*5=2500 C、蒸发水量 ： =G 第 15 页 共 68 页 = 0 0%0%72 =6958kg/h D、析出盐量： 0000（ 18% =1200kg/h E、出料中洗水量 =2500894kg/h F、出料中料液量 = 111 =4000029948kg/h 2、效的物料衡算 A、进料中料液量 =29948kg/h B、蒸发水量 0 012111 9948（ 69% +833 =6891kg/h 第 16 页 共 68 页 C、洗出盐量 = 2111=29948 ( ) =2324kg/h D、出料中洗水量 = - =1060kg/h E、出料中的料液量 = 21 =299480733kg/h 3、效的料液衡算 A、进料量 =218020733kg/h B、蒸发水量 = 0 033222 0733 （ ） +909 =10439kg/h C、洗出盐量 = 3222=20733（ 第 17 页 共 68 页 =2338kg/h D、出料量 = 90 9 =2073309 =8865kg/h 所以，各效物料平衡表为：（ ） 效 效 效 进料液量 =40000 =20733 =8865 进洗水量 =2500 =1894 =1060 蒸发水量 =6958 =6891 =10439 析出盐量 =1200 =2324 =2338 出料液量 =29948 =20733 =8865 出料中洗水量 =1894 =1060 0 效温度分 配 1）、查表 6 饱和蒸汽温度为 650下水的沸点为 则：该蒸发系统的理论总温差为： = 2)各效温差损失 溶液沸点升高引起的温差损失，查 液沸点升高图 =11 =13 =第 18 页 共 68 页 静压引起沸点升高值： 效间温差损失： 所以，各效温差损失表为 效 效 效 小计 溶液沸点升高值 11 13 压引起沸点升高值 2 2 3 7 效间温差损失 1 1 1 3 合计 14 16 际温差为： t = = 3）、采用沸点试差法确定各效操作条件 根据给定生蒸汽压力，末效真空度及三效经验数据，设效沸点分别为 则各效二次蒸汽温度为： 2111 15037 2122 12005 2133 这样，从水蒸汽性质表可查得各效操作条件及有关热力参数： 效： 加热蒸汽压力： 6kg/h(表 ) 第 19 页 共 68 页 加热蒸汽温度： 二次蒸汽压力： ） 二次蒸汽气化潜热： 次蒸汽温度： 137 碱液温度： 150 效： 加热蒸汽压力： （表 ） 加热蒸汽温度： 137 二次蒸汽压力 ： ） 二次蒸汽气化潜热： 次蒸汽温度： 105 碱液温度： 120 效： 加热蒸汽压力： ） 加热蒸汽温度： 105 二次蒸汽压力： ） 二次蒸汽气化潜热： 次蒸汽温度： 碱液温度： 77 根据经验，考虑热损系数，设效为 5% 效为 15% 效为15% 则各效热负荷为（千卡 /h） 效： =42500 150+6958 =效 =6891 (150 =第 20 页 共 68 页 效 =10439 (120 =4）、温差分配： 21 : = : =1 0 00 63 8 3 7:1 2 00 41 8 7 4:2 3 00 60 6 7 4=1： ： 5）、沸点校核： = = =1059 核算值与假设沸点值接近，停止试算，取所设沸点值。 热蒸汽用量的计算 1）、预热料液所需的热量 =G C（ - ） =42500 150 =765000千卡 /h C 碱的平均比热容，取 ）、蒸发水量所需的热量 第 21 页 共 68 页 查在压力为 水蒸气的汽化热为 = =6958 h 3）、碱液的浓缩热 =G 进料液中 G 进料液量 查 =296-296- =千克 =42500 3655千卡 /h 4）、 = =1200（ =h 5）、热损失 设定为 5%蒸汽加入热量（ Q） 则有 第 22 页 共 68 页 Q= + + + + 假设蒸汽在饱和温度下其所需的蒸汽量为： D= = I: 蒸汽的热焓 Q: 冷凝水的热焓 查水蒸汽饱和表得： 压力为 6 的饱和蒸汽的热焓我饿 661 其相同温度下的冷凝水热焓为： D= = = = =9190kg/h 第 23 页 共 68 页 3、蒸发器的设计及计算 发室内径和汽相空间高度的确定 1、 蒸发室内径 的计算 由公式： 4 D a 其中 : 该蒸发器的蒸发水量 a 蒸发器的允许表面汽化强度 a 可取 1200a=1500 效 : 1 5 . 2 2 5 3 8 . 53 . 1 4 1 5 0 0 =效 2 5 . 2 2 7 9 2 . 43 . 1 4 1 5 0 0 =效 3 5 . 2 3 0 4 6 . 23 . 1 4 1 5 0 0 =、蒸发室汽相空间的高度 (蒸发液面到除沫装置底部距离 ) 有上式： 24 b D z 式中： 蒸发器汽化蒸汽的体积流量 B 蒸发室的体积汽化强度 可取 取 b=了统一多效蒸发系统中蒸发器的高度这里仅根据真空效的操作条件计第 24 页 共 68 页 算 所以对于三效蒸发器来说 表）下 /C k 33V s W s C水 =3046 600 =汽进出口管内径的确定 对于蒸发器的加热蒸汽进口管和二次蒸汽的出口管，其内径可按公式： 4其中 蒸汽的体积流量 蒸汽流速，一般在蒸发装置的设计中蒸汽在管内的流速可取 40这里全取 20 1、 效装置蒸汽进、出口管内径的装置 查表 450=(1)加热蒸汽进口管径 m i nm i nm i = 5 . 2 2 5 3 8 . 5 0 . 4 1 43 . 1 4 2 0 3 6 0 0= 25 页 共 68 页 (2)二次蒸汽进口管径 查水蒸汽性质表， m i 5 . 2 2 7 9 2 . 4 1 . 9 8 13 . 1 4 2 0 3 6 0 0=、效装置蒸汽进、出口管内径确定 =次蒸汽出口管内径 查手册 力下， 5 . 2 3 0 4 6 7 . 6 7 13 . 1 4 2 0 3 6 0 0= 3、效装置蒸汽进、出口管径的确定 （ 1） 加热进口管径 = 2） 二次蒸汽出口管径 查手册 5 . 2 3 0 4 6 6 . 2 13 . 1 4 2 0 3 6 0 0=发器加热直径及高度确定 1、 由于本设计所选得蒸发器为非沸式蒸发器，这类蒸发器为：强制循环蒸发器，列文式蒸发器等等，所以应根据料液在一次循 环后所要求的温升值确定加热室的高度 算公式如下： 210 / ( 4 )H g d w c t d k t 第 26 页 共 68 页 其中： 0w 蒸发器内料液的循环强度，取 0w =s 蒸发器内料液的速度 c 蒸发器内料液的比热 取 c= t 料液一次循环后的温升 取 t = k 该蒸发器的传热系数 t 该蒸发器传热温度 1d 换热管内径 45 （不锈钢） d 换热管中径 1）、效加热室高度 21 0 . 0 4 1 . 5 1 1 8 5 0 . 9 2 . 5 3 6 0 04 0 . 0 4 2 5 2 3 0 0 1 2 = 2）效加热室高度 22 0 . 0 4 1 . 5 1 1 8 5 0 . 9 2 . 5 3 6 0 04 0 . 0 4 2 5 1 2 0 0 1 8 . 1 （ 3）效加热室高度 23 0 . 0 4 1 . 5 1 1 8 5 0 . 9 2 . 5 3 6 0 04 0 . 0 4 2 5 1 0 0 0 2 6 2、 各效加热管取 n 1q =4461632 千卡 /小时 2q =3509854千卡 /小时 3q =4165719千卡 /小时 取 300, 200, 000 又 2， ， 第 27 页 共 68 页 11 11t =m 22 22t =m 同理 3F =m 取传热面积为 162 2m 162 2293 . 1 4 0 . 0 4 5 5Fn 取 n = 240. 00 0 n d l （ ） = 2 4 0 3 . 1 4 0 . 0 4 5 4 . 9 =m 10qK 1K =2237 , 2K = 3K =964 3、计算加热室内径 2 2 20 . 7 8 5 1 . 1 0 . 9 54A D i m 其中 t 加热管间隙 m t=b 最外层六角形对角线上的管数 按正三角形布管 =17 根。 2d 加热管外径， 45 221 . 3 ( 1 ) 3D g d b d =1 . 3 4 5 (1 7 1 ) 3 4 5 =1071 28 页 共 68 页 4、加热器的设计计算 步确定列文固定管板换热器规格尺寸如下 1、壳径 D 11000称面积 S 管程数 1 壳程数 1 管数 n 240 根 管长 l 5m 换热管 45 布管 方式 正三角形布管 2、换热器的实际传热面积 =、各效穿热情要求的总传热系数 )(2237 201 hk ca l )(11 66 202 hk ca l )(935 203 hk 效总传热系数的校核 1、计算管程的对流传热系数 （ 1）效：1111e 其中 按循环速度 =由于碱液 130 150 定性温度 第 29 页 共 68 页 t m 1402 150130 查手册得碱液在 140时的物性数据如下： )(m2)( 1185 .0 10 18 R e=05 1= =Rd 111 1110 2 =（ 2）效： 查手册得 120时 )(m2)( 1185 .00 取 第 30 页 共 68 页 则：10 R e=cP 2= =Rd 111 1110 2 = 2m（ 3）效 查手册在 77时 液的物性参数如下： )(m2)( 1185 .0 取 则：10 R e=29625 cP 2= = 31 页 共 68 页 131 = 2程内饱和蒸汽冷凝传热分系数 一般、效均取 =10000)( 2锈钢的导热系数 查手册得： =15)( 2液的污垢热阻 第效忽略污垢热阻，、效则取： = 25、校核各效总传热系数 （ 1）、效 = 2m安全裕度： =21% （ 2）、效 第 32 页 共 68 页 =1453)( 2m安全裕度： =24% （ 3）、三效 =1203 符合要求 第 33 页 共 68 页 5、管板的设计计算 管板是管壳式换热器的主要部件。管板的设计是否合理对确保换热器的安全运行、节约金属材料，降低制造成不是至关重要的。 本次 设计中，管板用延长部分兼作法兰的管板，且由于考虑本次设计中的介质具有腐蚀性，且 液走管程，管子用不锈钢 O ，而管板则不可能泉涌不锈钢，综合各因素，本次设计采用负荷钢板制作管板。 计计算公式的基本考虑 设计计算公式是把管板作为防止在弹性基础上，承受着均布载荷且受到管孔均布削弱的当量平板来考虑的，该方法主要是确定看管板周边支撑系数，使支撑情况符合实际，但在推导和计算中，还有一些问题，有待进一步提高，下面是推导的一些假定， 1、 管束对管板的支撑作用 如果管板的直径与管子直径比较足够大且管子数量又足够 多，则离散的各个管子的支撑作用可以简化为均布连续支撑的弹性基础，一般成为第一弹性基础。管束对管板在外载荷作用下的转角也有一定的约束作用即为第二弹性基础，因第二弹性基础对管板强度较小，在这里忽略不计，只考虑管束对管板扰度的约束作用，不计算公式中管束加强系数 2、 管孔对管板的削弱作用有两个方面： 1）、由于管板整体刚度削弱作用，采用刚度削弱系数；使管板整体强度减弱，采用强度削弱系数； 2）、在管孔边缘产生局部的应力记者哦个不予考虑，这样就可以连续的把管板当作一块连续虚弱的当量平板来考虑。 3、对管板周 边系布管区的处理： 管板周边部分，通常存在一个较窄的布管区。该区域的存在管板边缘的应力下降，计算中布管区可简化为一环板，其面积应与无管区面积相等来考虑。 4、除了考虑管板的弯曲作用，还考虑了管板和法兰中的心面向的拉伸作用。本次设计的管板兼作法兰，拉伸因素可不考虑。 5、认为法兰变形时，其整个横截面的形状不变，而只有绕环截面连心中转第 34 页 共 68 页 动与径向移动；由于这种转动与径向移动造成法兰与管板中心面连接点处的径向移动量，应与管板本身延其中心面向的径向位移协调一致。 6、由温度膨胀与壳程压力 与管程压力 引起的壳壁的轴向位移和管板管束系统的轴向位移应在管板周边协调一致。 7、管板边缘的转角应受壳体、法兰、封头、垫片系统的约束，其转角在连接部位处应协调一致。 8、管板兼作法兰时，考虑了法律那力矩的作用对管板应力的影响，法兰必须有足够的刚度，深证密封要求。 9、对于不同类的应力采用不同的作用值，有壳程压力 ，管程压力及法兰力矩引起的管板应力为一次弯曲应力，与壳体与管子的温度膨胀差在管板中引起的应力为二次应力。 计算规定：将一次应力即无温差时限制在不超过 将二次应力和一次应力的 综合即在有温差时限制在不超过 3倍许用应力。 板强度的基本分析方法 在换热器管板的强度分析中，按照上述的基本考虑，采用“结构”的方法，将换热器家乡的分为封头、分头法兰、壳体法兰、壳体、管板开孔区，螺栓、垫片等若干单独部位，各部件间相互作用的内力因素及位移的正方向共有、 、 H、 、 、 、共十三个耗内力因素。并一次作为基本未知量，给出每个单独部件的位移与作用在该部件上的内力的关系式，并将这些变形协调条件写出以内力素的基本未知量表达的变形协调方程组，解方程组以求得各内力素，并从而求得管板内的应力。 号说明及计算 A 壳体内径横截面积 2 2 20 . 7 8 5 1 . 1 0 . 9 54A D i m 管板开孔后的横截面积 第 35 页 共 68 页 n 换热器的数目，已算 n=240根 对于固定式换热器 2 220 . 9 5 2 4 0 0 . 7 8 5 0 . 0 0 4 5 0 . 5 74 n m P 管件距 p=57 管板布管区的面积 对于单程换热器： i、正三角形布管 2 2 20 . 8 6 6 0 . 8 6 6 2 4 0 0 . 0 5 7 0 . 6 7 5tA n p m 三角形布管 2 2 22 4 0 0 . 0 5 7 0 . 7 8tA n p m 对于多管换热器： 应取上式的计数值与隔板槽面积之和，但本次设计为单管程，所以不必这样考虑。 换热器的壁厚
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