化工原理课设---蒸发器设计

内容1.设计任务.2.设计方案简介.3.三效平行流蒸发的设计与计算(6)4.蒸发器主要结构尺寸的计算.5.蒸发装置辅助设备的选择与计算.6.三效蒸发器结构尺寸的确定.(21)7.附图.8.参考文献(25)9.后记(26)10.计算机辅助设计图纸(27)1.设计任务1.1设计条件(1)年处理能力为9.5万吨氢氧化钠水溶液(2)设备形式的中央循环式管式蒸发器(3)操作条件(1)氢氧化钠水溶液的原料浓度为12%，成品液体浓度为30%，原料液体温度为第一效沸点温度。(2)加热蒸汽压力为500千帕(绝热)，冷凝器绝对压力为20千帕(绝热)。(3)各效蒸发器的总传热系数分别为K1=1800 W/(m2 * 0C)K2=1200 W/(m2 * 0C)K3=600 W/(m2 * 0C)料液的比热容为3.77千焦/(千克/摄氏度)，三种效应下的液体平均密度分别为1120千克/立方米、1290千克/立方米和1460千克/立方米。(4)蒸发器中溶液的液位为1.2m.(5)各效加热蒸发蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，忽略热损失。按一年300天，一天24小时计算地址：天津地区1.2附加注释(1)设计方案简介：对确定的工艺流程和蒸发器类型进行简要讨论。(2)蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积(3)蒸发器的主要结构和尺寸设计(4)主体的选择中央循环管蒸发器(如图2所示)也称为标准蒸发器。加热室由垂直加热管束(沸腾管束)组成。管束的中心是一根直径较大的管，称为中心循环管，其横截面积一般为加热管束横截面积的40% 100%。加热管一般长1 2m，直径25 75 mm，长径比20 40。它结构紧凑，易于制造，运行可靠。它在大规模工业生产中应用广泛，历史悠久。迄今为止，它已被广泛应用于化工、轻工等行业。然而，由于结构的限制，其循环速度相对较低(一般低于0.5m/s)；管内溶液成分总是接近成品液体的成分，因此溶液的沸点高，有效温差小；设备的清洁和维护不够方便。适用于结垢少、结晶少、腐蚀少的溶液。3.三效并行蒸发的设计与计算3.1估算各效蒸发能力和成品液体浓度Fx0=(F-W)x3(1)其中f-每小时进料速度，千克/小时W每小时水蒸发总量，千克/小时w=F(1-)=(1-)=7916.7千克/小时由于同时进料，存在自蒸发，并且在蒸发中没有额外的蒸汽提取，这是理想的。W1:W2:W3=1: 1.1: 1.2因为W=W1 W2 W3计算每个效果的蒸发量W1W1=2399.0Kg千克/小时W2=1.12399.0=2638.9千克/小时W3=1.22399.0=2878.8千克/小时每个效应的浓度由公式(1)和公式(2)计算x1=0.1467x2=0.1941x3=0.303.2估算每种效应液体的沸点和有效总温差如果效果之间的压降相等，则总压差为千帕效果之间的平均压差为pi=160千帕每个效蒸发室的压力可以从每个效的压力差获得，即=P1-Pi=500160=340千帕=P1-2=500-2160=180千帕=20千帕表1相关信息列表效果数量二次蒸汽压，千帕34018020二次蒸汽温度ti ，(即下一个效应加热蒸汽温度)137.7116.660.1汽化潜热ri，KJ/Kg二次蒸汽(即下一效加热蒸汽的氢化热)2155221423553.2.1计算每种效应下由溶液沸点引起的温度损失根据各效的二次蒸汽温度和各整理液的浓度xi，各效氢氧化钠的沸点tAi可由氢氧化钠水溶液的都灵图得到如下tA1=143 tA2=125 tA2=78由于溶液的沸点高于水的沸点而造成的各种效应的温差损失1=TA1-T1=143137.7=5.32 =tA2T2 =125116.6=8.43=TA3T3=7860.1=17.9所以3.2.2计算液柱静压引起的温度损失为方便起见，整个液体层的平均压力和平均温度由液体层中点的压力和沸点表示。根据流体静力学方程，液体层的平均压力Pav=Pi (其中l是液位，m).(3)所以帕夫1=P1=340=346.6千帕帕夫2=P2=180=187.6千帕帕夫3=P3=20=28.6千帕根据平均压力，相应的饱和温度为铺1=138.5铺2=118.1铺3=67.9所以1”=t pav 1t 1=138.5137.7=0.82”=T Pav 2T 2=118.1116.6=1.53”=T Pav 3T 3=67.960.1=7.8因此 =0.81.57.8=10.13.2.3流动阻力引起的温差损失 取1的经验值，即1 =2 =3 =1，则 =3合成步骤(1)、(2)和(3)中的总温度损失=”=31.6 10.1 3=44.73.2.4各有效料液温度和有效总温差各影响温度损失I=1 1 1 获得1=1 1 1 =5.3 0.81=7.12=2 2 2 =8.4 1.5 1=10.93=3 3 3 =17.9 7.8 1=26.7各效进料液体的温度从t1=t1I变化T1=T1 1=137.7 7.1=144.8T2=T22=116.6 10.9=127.5T3=T33=60.1 26.7=86.8因为=(Ts-Tk)-根据手册，500千帕的饱和蒸汽温度为151.7，汽化潜热为2113千焦/千克，所以=(ts-tk)-1=151.7-60.1-44.7=46.93.3各效加热蒸汽消耗量和蒸发水量的初步计算应以热平衡公式为基础qi=Diri=(Fcp 0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpw)(ti-ti-1)Wi在公式(4)中，其中Di是第一个一效加热蒸汽量，Kg/hri-第一效加热蒸汽的汽化潜热，kj/kg-二次蒸汽的有效汽化潜热I，kj/kgcp0-料液比热容，kj/(kg/)cpw水的比热容，kj/(kg/)钛，钛-1碘效应溶液和碘效应溶液的温度(沸点)-热损失，kj将公式(4)的两边除以：wi=Diri/(Fcp 0-W1cPw-W2cPw-Wn-1cPw)(ti-ti-1)/(5)去掉-/，乘以热利用系数i，从方程(5)中得出上述方程的表达式：wi=I迪里/(Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpw)(ti-ti-1)/对于沸点进料t0=t1，考虑氢氧化钠溶液浓度的热效应，热利用系数公式为=0.98-0.7其中之一是第一效蒸发器中溶质质量分数的变化。第一效应热平衡公式是W1=1()=(a)第二种效应热平衡公式是W2=0.8735 W1 368.0(b)第三个效果是一样的=0.7861 W2-0.06555 W1 778.8(c)w1w2w3=7916.7 (d)等式(a)到(d)可以被获得W1=2597.8Kg千克/小时W2=2637.2Kg千克/小时W3=2681.7千克/小时D1=2756.0千克/小时3.4蒸发器传热面积的估算，齐=狄里Q1=D1r1=1.618106 WT1=T1-T1=151.7-144.8=6.9S1=m2Q2=W1r2=1.555106 WT2=T2-T2=T1 -T2=137.7-127.5=10.2S2=m2Q3=W2r3=106瓦T3=T3-T3=T2 -T3=116.6-86.8=29.8S3=m2误差，误差较大，应调整各效的有效温差，使三个蒸发器的传热面积尽可能相等。3.5有效温差的重新分配取平均面积m2如果每个q值保持不变，则存在sti =siti其中ti是有效温差重新分布后各效应的温差t1 =8.6T2 =12.4T3 =25.93.6重复上述步骤3.6.1计算每种有效进料液体的质量分数X1=0.149X2=0.199X 3=0.33.6.2计算每种有效进料液体的温度由于最终效果完成溶液的浓度和二次蒸发的蒸气压都是恒定的，所以各种温差的损失可以认为是恒定的，所以最终效果溶液的温度仍然是86.8，即t3=86.8那么第三效应加热蒸汽的温度是T3=T2 =T3T3 =86.8 25.9=112.7查德杜林图，第二效料液的沸点是tA2=122，由液柱的静压和流阻引起的温度损失可以视为不变，所以第二效料液的温度是T2=TA22 2 =122 1.5 1.0=124.5类似地，T2=T1 =T2T2 =124.5 12.4=136.9查杜林图表明，第一效料液的沸点是tA1=142，那么t1=TA11 1 =142 0.8 1.0=143.8t1=T-t1 =151.7-8.6=143.1综上所述，各种温差损失变化不大，无需重新计算。因此，有效总温差保持不变，即=46.9。重新分布后，有效温度列于表2。表2每种效应的温差再分布效率加热蒸汽温度，T1=151.7T1=136.9T2=112.7有效温差，t1 =8.6T2 =12.4t3 =25.9料液温度，t1=143.8t2=124.5t3=86.83.6.3每种效应的热平衡计算根据手册，T1=136.9 R1=2157千焦/千克T2=112.7 r2=2225KJ/KgT3