蒸发器的结构与设计.doc

蒸发器的结构和 设计 姓名 学号 班级 1 目录 蒸发器的结构2 循环型 非膜式 蒸发器2 膜式 单程型 蒸发器3 蒸发器的设计5 蒸发器的选择5 蒸发工艺的设计计算5 蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计6 蒸发装置的辅助设备的设计8 2 1 蒸发器的结构 蒸发器主要由加热室及分离室组成 按加热室的结构和操作时溶液的流动情况 可将工业中常用间接加热蒸发器分为循环型 非膜式 和单程型 膜式 两大类 一 循环型 非膜式 蒸发器 这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动 以提高传热效果 缓 和溶液结垢情况 由于引起循环运动的原因不同 可分为自然循环和强制循环两种 类型 前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同 产生了密度差而引起 的循环运动 后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动 一 中央循环管式 或标准式 蒸发器 3 2 悬筐式蒸发器 二 膜式 单程型 蒸发器 上述各种蒸发器的主要缺点是加热室内滞料量大 致使物料在高温下停留时间 长 特别不适于处理热敏性物料 在膜式蒸发器内 溶液只通过加热室一次即可浓 缩到需要的浓度 停留时间仅为数秒或十余秒钟 操作过程中溶液沿加热管壁呈传 热一 升膜蒸发器 一 升膜蒸发器 升膜蒸发器的结构如图所示 加热室由单根或多根垂直管组成 加热管长径之 比为 100 150 管径在 25 50mm 之间 原料液经预热达到沸点或接近沸点后 由加热室底部引入管内 为高速上升的二次蒸汽带动 沿壁面边呈膜状流动 边进 行蒸发 在加热室顶部可达到所需的浓度 完成液由分离器底部排出 二次蒸汽在 加热管内的速度不应小于 l0m s 一般为 20 50m s 减压下可高达 100 160m s 或更高 4 二 降膜蒸发器 若蒸发浓度或粘度较大的溶液 可采用降膜蒸发器 它的加热室与升膜蒸发器 类似 原料液由加热室顶部加入 经管端的液体分布器均匀地流人加热管内 在溶 液本身的重力作用下 溶液沿管内壁呈膜状下流 并进行蒸发 为了使溶液能在壁 上均匀布膜 且防止二次蒸汽由加热管顶端直接窜出 加热管顶部必须设置加工良 好的液体分布器 5 2 蒸发器的设计 一 蒸发器的选择 随着工业技术的发展 新型蒸发设备不断出现 在工业中常用的间接加热蒸发 器分别为循环型和单程型两大类 循环型的蒸发器中有中央循环管式 悬框式 外 加热式 列文式及强制循环管等 单程型的蒸发器有升膜式 降膜式 升 降膜式 等 我们要根据蒸发的操作条件及各项要求选择合适的蒸发器 我们以中央循环管 式蒸发器为例 蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强 或温度 冷凝器的操 作压强 或温度 的确定 正确选择蒸发的操作条件 对保证产品质量和降低能耗 极为重要 二 蒸发工艺的设计计算 多效蒸发工艺计算的主要依据是物料衡算 热量衡算及传热速率方程 计算的 主要项目有 加热蒸汽 生蒸汽 的消耗量 各效溶剂蒸发量 以及各效的传热面 积 计算的已知参数有 料液的流量 温度和浓度 最终完成液的浓度 加热蒸汽 的压强和冷凝器中的压强等 多效蒸发的计算一般采用试差法 1 根据工艺要求及溶液的性质 确定蒸发的操作条件 如加热蒸汽压强及 冷凝器的压强 蒸发器的形式 流程和效数 2 根据生产经验数据 初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度 3 根据经验假设蒸汽通过各效的压强降相等 估算各效溶液沸点和有效总 温差 4 根据蒸发器的焓衡算 求各效的蒸发量和传热量 5 根据传热速率方程计算各效的传热面积 若求得的各效传热面积不相 等 重新分配有效温度差 重复步骤 3 至 5 直到所求得各效传热面积相等 为止 6 三 蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计 中央循环管式蒸发器主体分为加热室和分离室 加热室由直立的加热管束组成 管束中间为一根直径较大的中央循环管 分离室是汽液分离的空间 其主要结构尺 寸包括 加热室和分离室的直径和高度 加热管和循环管的规格 长度及在花板上 的排列方式等 这些尺寸的确定取决于工艺计算结果 主要是传热面积 我们选 取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下 1 加热管通常选用 mm5 225 mm5 238 mm5 357 等几种规 格的无缝钢管 长度一般为 2 6m 管子长度的选择应根据溶液结垢的难易程度 溶液的起泡性和厂房的高度等因素综合考虑 本次设计加热管选用 mm5 238 长度为 3 m 的无缝钢管 由下式估算所需管数 根 0 143 414 0 13 14 0 038 30 1 S n dL 式中 蒸发器的传热面积 S 2 m 加热管的管径 0 d m 加热管长度 Lm 因加热管固定在管板上 考虑到管板厚度占据的传热面积 计算时的管长 n 用 L 0 1 m 为完成传热任务所需的最小实际管数 n 只有在管板上排列加热管 后才能确定 2 循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减少的原则来考虑的 其截面积 可以取加热管总截面积的 40 100 若以表示循环管内径 则 1 D 2 1 2 1 4 1 4 0 4 dn D 对于加热面积小的蒸发器 应取较大的的百分数 7 3 加热室的内径取决于加热管和循环管的规格 数目及在管板上的排列方 式 加热管在管板上的排列方式有三角形 正方形 同心圆等 目前以三角形居多 管心距 t 为相邻两管中心线之间的距离 t 一般为加热管外径的 1 25 1 5 倍 目前 在换热器设计中 管心距的数值已经标准化 管子规格确定后 相应的管心距则为 定值 表 3 1 三角形排列时加热管直径与管心距的关系 加热管外径 mm 0 d 19253857 管心距 t mm25324870 加热室内径和加热管数采用作图法来确定 具体做法是 先计算管束中心线上管束 管子按正三角形排列时 c n nnc1 1 管子按正方形排列时 nnc19 1 式中 n 总加热管数 4 分离室的直径和高度取决于分离室的体积 而分离室的体积又与二次蒸 汽的体积流量及蒸发体积强度有关 分离室体积的计算式 3 3600 m U W V 式中 V 分离室的体积 3 m 某效蒸发器的二次蒸汽流量 kg h W 某效蒸发器的二次蒸汽密度 3 mkg 8 U 蒸发体积强度 即每立方米分离室每秒钟产生的二次蒸 33 smm 汽量 一般允许值为 5 1 1 1 33 smm 四 蒸发装置的辅助设备的设计 蒸发装置的辅助设备主要包括气液分离器与蒸汽冷凝器 1 气液分离器 蒸发操作时 二次蒸汽中夹带大量的液体 虽在分离室得到初步分离 但为了 防止有用的产品损失或污染冷凝液体 还需设置气液分离器 以使雾沫中的液体聚 集并与二次蒸汽分离 故气液分离器又称为捕沫器或除沫器 其类型很多 设置在 蒸发器分离室顶部的有简易式 惯性式及网式除沫器等 在蒸发器外部的有折流式 旋流式及离心式除沫器等 2 蒸汽冷凝器 汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝 当二次蒸汽为有价值的产品需要 回收或会严重污染冷却水时 应采用间壁