60th糖厂四效蒸发系统设计

毕业设计（论文）题目60T/H糖厂四效蒸发系统设计学院化学化工学院专业过程装备与控制工程班级2010级1班学号1004310112姓名邹威指导老师郑小平二一四年五月二十八日摘要糖厂蒸发站的蒸发系统一般采用多效蒸发，蒸发系统主要是将锤度比较低的糖汁蒸发浓缩到锤度比较高的糖汁供下一工序继续加工。产量不同的糖厂其所需的蒸发设备尺寸有所不同，因此，需通过计算来确定其尺寸。本设计主要设计一个产量为60T/H甘蔗糖厂的四效蒸发系统，将糖汁蒸发处理后使其锤度从15BX上升到65BX。本文主要介绍了蒸发设计方案的确定、蒸发工艺过程的相关计算、蒸发设备尺寸的计算和蒸发辅助设备的设计。其中工艺流程采用四效并流的方案。工艺计算采用等压差法，使各效压力差接近相等，以便于操作管理和减少跑糖事故的发生。各效进行抽汁汽，充分利用各效二次蒸汽的热量以节约燃料。其计算结果比较符合糖厂中蒸发工序的实际情况。通过工艺计算得到的加热面积来进行蒸发设备的相关计算。蒸发器的计算选取其中的一效进行举例计算，其他效的蒸发设备计算方式相同。蒸发器选用目前糖厂通用的TWX型蒸发器，并严格按照国家标准进行设备的选件，因此设备易于制造、检验和验收。关键词多效蒸发蒸发器糖汁锤度加热面积THESYSTEMDESIGNOFTHEPROCESSLOAD60T/HSOMESUGARREFINERY4EFFECTEVAPORATIONABSTRACTITGENERALLYUSEMULTIEFFECTEVAPORATIONINEVAPORATIONSYSTEMOFSUGARMILLSEVAPORATIONSTATION,ANDITSMAINLYCONCENTRATINGTHERELATIVELYLOWBRIXTOAHIGHBRIXOFJUICEBYEVAPORATIONTOMAKETHENEXTSTEPTOCONTINUEPROCESSINGITSSIZEREQUIREDDIFFERENTFOREVAPORATIONEQUIPMENTINSUGARMILLSWITHDIFFERENTYIELD,ANDSO,ITNEEDSTOCALCULATINGTODETERMINETHESIZETHEDESIGNISMAINLYTODEVISEAFOUREFFECTEVAPORATIONSYSTEMFORSOMESUGARREFINERYWITHPRODUCTIONOF60T/H,BYWHICHTORISINGTHEJUICEBRIXFROM15BXTO65BXAFTERTREATINGOFEVAPORATIONTHEDESIGNMAINLYINTRODUCEDTHEPROJECTDETERMINEOFTHEDESIGNFOREVAPORATION,THERELEVANTCALCULATIONOFTHEPROCESSFOREVAPORATION,THECALCULATIONSOFEVAPORATIONEQUIPMENTSIZE,ANDTHEDESIGNOFEVAPORATIONAUXILIARYEQUIPMENTITCHOSESCOCURRENTFOUREFFECTPROGRAMFORPROCESSFLOWPROCESSISCALCULATEDBYEQUALPRESSUREDROPMETHOD,SOTHATALLTHEPRESSUREDROPNEARLYEQUALAMONGEACHEFFECT,WHICHTOMAKETHEMANAGEMENTFOROPERATIONEASYANDREDUCETHEOCCURRENCEOFRUNSUGARACCIDENTSEVERYEFFECTHASBEENPUMPINGSTEAMJUICE,MAKEFULLUSEOFALLTHEHEATEFFICIENCYOFSECONDARYSTEAMTOFUELSAVINGSTHERESULTSOFCALCULATIONMOREINLINEWITHTHEACTUALSITUATIONOFSUGARMILLSINTHEEVAPORATIONPROCESSCALCULATINGTHEEQUIPMENTOFEVAPORATIONBYTHEHEATINGAREAWHICHISCALCULATEDINPROCESSCALCULATIONTOSELECTONEOFTHEEFFECTFOREXAMPLECALCULATIONOFEVAPORATORCALCULATIONS,ANDITAPPLIESTOOTHERS,TOOTOSELECTTHETWXEVAPORATORWHICHISTHEUNIVERSALEVAPORATORINSUGARMILLS,ANDINSTRICTACCORDANCEWITHNATIONALSTANDARDSFOROPTIONALEQUIPMENT,SOTHEDEVICEISEASYTOMANUFACTURE,INSPECTIONANDACCEPTANCEKEYWORDSMULTIEFFECTEVAPORATIONEVAPORATORSUGARJUICEBRIXHEATINGAREA目录第一章综述111研究的背景及意义112研究方法113蒸发器的类型与选择2131蒸发器的类型2132蒸发器的选择414蒸发操作条件的确定6141多效蒸发效数的确定6142操作压力的确定7143工艺流程的确定8第二章工艺设计1021设计内容1022设计计算10221设计参数10222工艺计算10第三章蒸发器的结构设计2231加热管的选择和管数的初步估计22311加热管的选择22312管数的初步估计2232加热室尺寸估算2233循环管的选择2334蒸发器型号的选择2335部件尺寸的校核24351汁汽室直径与高度的校核24352接管尺寸的校核2436人孔的选择2637封头的选择2638筒体和封头的强度校核27381筒体厚度的校核27382封头强度校核2939支座设计30第四章蒸发器辅助设备的设计3141气液分离器3142蒸汽冷凝器32参考文献34附录1文献翻译35附录2蔗糖溶液真密度表44致谢49第一章综述11研究的背景及意义在我国，糖料是仅次于油料、棉花的第三大经济作物。而广西是又全国著名的蔗糖生产基地，其蔗糖业已经成为重要的支柱产业。但是，在糖料质量、工艺技术与控制水平、资源的合理利用与节能降耗、排污治理等方面，与发达国家制糖业仍有较大差距，制糖成本明显高于世界主要产糖大国。要提高我区糖业的国际竞争力，首先必须要降低制糖成本。而在生产成本中原料蔗成本就占5060，故要降低制糖成本，首先要降低原料蔗的生产成本。蒸发系统是影响糖厂能耗的重要关键，糖厂的蒸发热方案是否合理与先进，对节能效果影响极大。因此，这个问题是制糖工艺中最热门的论题之一，有关的论著很多在50年代，前苏联西林教授详细分析了压力蒸发罐的最佳使用方法，马尔丁诺夫在甜菜糖厂标准合理热力方案一书”中对此问9题作了深入的讨论。80年代科列斯尼柯夫的专著糖厂热能管理”以及杨倬教授的专著糖厂节能原理与技术5”中，对这个问题都有深人的论述此外，围绕这个问题还有大量的论文。12研究方法蒸发是用加热的方法，使溶液中部分溶剂汽化并除去，以提高溶液的浓度或使溶液浓缩到饱和而析出溶质，是使挥发性的溶剂与不挥发的溶质分离的一种重要的单元操作。为了充分利用热能，生产上普遍采用多效蒸发。多效蒸发装置的设计任务是确定蒸发的操作条件、蒸发器的型式及蒸发流程；进行工艺计算和设备的结构计算和选型；最后以流程图、设备图和设备说明书，表达设计者的设计思想和全部设计内容。蒸发设计的一般步骤（1）根据料液的性质及工艺要求，确定蒸发的操作条件、蒸发器的型式和蒸发操作的效数及流程；（2）进行蒸发操作的工艺计算；（3）确定蒸发器的尺寸；（4）蒸发附属设备的计算或选型；（5）绘图和编写设计说明书。13蒸发器的类型与选择正确的选择蒸发设备不仅能使糖厂正常的运作生产，而且还能够减少设备投资成本、提高生产效率、节约燃料等。131蒸发器的类型随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现，蒸发器的种类繁多、结构各异，都有自己的特点和使用的场合。常用蒸发器的结构、性能在化工原理教材中均有详细介绍。常用的蒸发器种类有标准式蒸发器、外降液（外循环）式蒸发器、外加热式蒸发器、升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、升降膜式蒸发器、强制循环式蒸发器等。图11中央循环式蒸发器图12外加热式蒸发器图13升膜式蒸发器132蒸发器的选择面对种类繁多的蒸发器，选用时应考虑一下原则（1）具有较高的传热系数；（2）温度差损失和压力损失比较小；（3）能适合溶液的某些特征如粘性、起泡性、热敏性、腐蚀性等；（4）能完善的分离液沫；（5）不易生成管垢，或生成管垢后易于清除；（6）运转可靠，操作方便，设备投资费和操作费都较低。以上选型原则，首要是看其能否适应所蒸发物料的工艺特性，然后全面综合地加以考虑。甘蔗糖厂糖液蒸发普遍采用中长管式蒸发罐，并以若干个罐组成多效蒸发系统。目前以采用标准式蒸发罐（中央循环管式）及外降液（外循环）式蒸发罐居多。我国甘蔗糖厂通用设计采用外降液式蒸发罐。因此，本设计选用外降液式蒸发罐。外降液式蒸发罐将中央降液管移至罐外，它可减小罐径，使结构紧凑，减少降液管受热，增大加热管和降液管中糖液的密度差。汁汽室直径较加热室直径大200300MM，形成环形排水槽，因而增大循环排汁面积，减少糖汁互相干扰并使糖汁较均匀地排出。可完全避免进出汁相混。罐底安一锥形多孔罩，使入汁均匀。灌顶则用迷宫式或惯性型捕汁器。此种型式除具有标准式蒸发罐有点外，还可使加热室直径减小。当加热面积在700MM2以上时，需加一中央降液管，以利糖液循环，称为内外降液式蒸发罐。我国通用设计所采用的几种蒸发罐技术参数如表11所示。管径MM管数管长MM中心距MM管数管径MMS40042标准式23806002242/35132625565435048023803120400表面式1100GQ17042外降液式14002242/3654625565225044017002850350惯性110080GQ50042外降液式25202242/36164425505440048029403600500惯性1200150TWX75外降液式12002242/3632420005420044016003500300惯性215040TWX100外降液式14002242/3644420005425044018003500350惯性217540TWX125外降液式16002242/3653420005430045020003500400惯性220050TWX150外降液式16002242/3663620005430045020003500450惯性220050TWX200外降液式18002242/3684020005435045022003500500惯性222550TWX250外降液式20002242/36105020005440047024003500600惯性225050TWX350外降液式20002442/3697830005445047026005200700惯性2250100TWX450外降液式22002442/36125430005450048028005200700惯性2300125TWX55024002442/361524300054600410030005200800惯性2300150TWX700内外降液28005102442/361938300054700410034005200900惯性2300150TWX850内外降液32006002442/3623583000547004125380052001000惯性2350150TWX1000内外降液34006002442/3627783000548004125400052001000惯性2400200循环管数量条直径MM入汁管径MM表11几种蒸发罐技术参数汽凝水加热室管板厚MM蒸发室直径MM有效高度MM汁汽管径MM加热管中心降液MM直径MM型式型号蒸汽入口MM捕汁器结构型式14蒸发操作条件的确定蒸发操作条件主要是指蒸发的效数、蒸发器加热蒸汽的压力（或温度）和冷凝器的操作压力或真空度、蒸发的工艺流程。正确确定蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能源消耗具有重要意义。141多效蒸发效数的确定采用多效蒸发的目的是为了充分利用热能，即通过蒸发过程中二次蒸汽的再利用，以减少生蒸汽的消耗，从而提高了蒸发装置的经济性。表12为不同效数蒸发装置的蒸汽消耗量，其中实际蒸汽消耗量包括蒸发装置的各项热量损失。表12不同效数蒸发装置的蒸汽消耗量理论蒸汽消耗量实际蒸汽消耗量效数蒸发1KG水所需蒸汽量KG蒸汽/KG水1KG蒸汽蒸发的水量KG水/KG蒸汽蒸发1KG水所需蒸汽量KG蒸汽/KG水1KG蒸汽蒸发的水量KG水/KG蒸汽本装置若再增加一效可节约蒸汽效111109193效052057175430效0333042525效02540333310效025027377由表12可见，随效数的增多，蒸汽节约越多，但不是效数越多越好。多效蒸发的效数受物料物性、经济性和技术等因素的限制。经济上的限制是指效数超过一定值时经济上不合算。在多效蒸器发中，随效数的增加，总蒸发量相同时所需生蒸汽量减少，使操作费用降低。但随效数的增加，设备费成倍增长，而所节省的生蒸汽量愈来愈少，从表12中可明显看出，从效改为效，可节约生蒸汽93，但由效改为效仅节约生蒸汽10。所以无限制增加效数已无实际意义，最适宜的效数应使设备费和操作费二者之和为最小。技术上限制是指效数过多，蒸发操作将难以进行。一般工业生产中加热蒸汽压强和冷凝器的操作压强都有一定限制，因此在一定操作条件下，蒸发器的理论总传热温度差为一定值。在效数增加时，由于各效温度差损失之和的增加，使总有效传热温度差减小。当分配到各效的有效温度差小到无法保证操作呈正常的沸腾状态时，蒸发操作将无法进行下去。在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验每一效的温度差不能小于57。因此基于上述因素考虑，实际的多效蒸发过程效数并不多。目前，糖厂所采用的多效蒸发装置多数是真空五效蒸发装置，带浓缩罐的三效压力蒸发装置及低真空的四效蒸发装置。本设计采用的是低真空四效蒸发装置。142操作压力的确定一般情况下，提高加热蒸汽的压力（温度），由于温度差的增加，可提高蒸发能力。但随着压力的增大（温度升高），设备的强度要求也提高，从而设备投资成本增加。同时，被蒸发溶液的最高允许温度也限制生产能力的提高，超过这一温度，物料就会变质而被破坏。为了符合糖厂的实际生产情况，本设计的蒸发操作条件主要参考糖厂节能原理与技术5P201的低真空四效蒸发装置的相关数据，并将数据列于表13。表13低真空四效的蒸发装置压力指标效数汁汽温度（）有效温度差（）I122126610II112115810III991021012入一效的废汽压力310535105PA，末效真空度为92571111PAIV8590810入一效的废气压力确定为31105PA，即P1310KPA；为了计算简便，末效的操作压力确定为10105PA，即P4100KPA。末效的汁汽温度为8590，其对应的汁汽压力为578KPA701KPA，本设计取末效汁汽压力为60KPA，其对应的末效汁汽温度为86。143工艺流程的确定蒸发操作的常见流程有并流、逆流、平流、和错流。选择蒸发流程的主要依据是物料的特性；操作方便；经济效益好等。1并流法这是工业上常用的多效蒸发流程。溶液与蒸汽流动方向相同，均由第一效顺序流至末效。并流法的优点因为后一效蒸发室的压力较前一效的为低，故料液在各效间的流动不需要泵来输送；由于料液前一效的沸点比后一效的为高，因此溶液从前一效进入后一效的蒸发器时，呈过热状态而自行蒸发，即可在一效产生更多的二次蒸汽。甘蔗糖厂的蒸发中，由于需要防止蔗糖的转化和还原糖的分解，以及为了操作管理的方便，基本上是采用并流加料流程。2逆流法溶液的流向与蒸汽的流向相反，即加热蒸汽由第一效进入，而原料液由末效进入，由第一效排出。逆流法的优点随溶液的浓度沿着流动方向的增高，其温度也随之升高。因此因浓度增高使粘度增大的影响大致与温度升高使粘度降低的影响相抵，故各效溶液的粘度较为接近，各效的传热系数也大致相同，适用于溶液黏度随浓度变化大的料液的蒸发。逆流法的缺点溶液在效间的流动是由低压流向高压，由低温流向高温，必须用泵输送，故耗能大，对浓缩液在高温时易分解的料液不适用。3平流法平流加料是在每一效中都送入原料液和放出完成液，蒸汽的流向仍由第一效流向末效。这种流程适用于在蒸发过程中伴有结晶析出的场合。例如食盐水溶液的蒸发，因为有结晶析出，不便于效间输送，所以宜采用此方法。4错流法亦称混流法，它是并、逆流的结合。其特点是兼有并、逆流的优点而避免其缺点，但操作过程复杂，控制困难，应用不多。本设计采用四效并流加料的流程方案，流程图如图14所示。第二章工艺设计21设计内容设计一个产量60T/H糖厂四效蒸发系统，完成各效工艺参数的设计计算，包括物料和热量平衡，确定各效传热面积，物料进出口参数等。22设计计算根据工艺设计参数正确地完成工艺设计的设计计算，得到各效的传热面积、物料进出口参数，才能够确定蒸发设备的尺寸。221设计参数原料液流量G060T/H60000KG/H；入一效的废气绝对压力P1310KPA，末效加热室的绝对压力P4100KPA；末效汁汽绝对压力P460KPA，末效汁汽温度T486；蒸发器加热管长L3M；取入一效效前清汁平均锤度为B013OBX，末效出口处糖浆锤度为B465OBX。222工艺计算1估算各效蒸发量和糖汁锤度1）蒸发量的计算（1）总蒸发量的计算W010BN（21）式中W总蒸发量，KG/H；原料液量，KG/H；0糖汁初始锤度，OBX；0糖汁完成液锤度，OBX。所以，总蒸发量为W01B0B4600001136548000KG/H（2）各效蒸发量的估算糖厂蒸发站中各效要抽出一部分汁汽EI来给其它工序的工艺过程加热，第1效到第3效抽取一部分，第4效全部抽取完。使用简便计算法忽略中途热量的散失及糖汁的自蒸发，则每效的蒸发量为14321243234344参考糖厂节能原理与技术5中抽汁汽的分配方案，根据总蒸发量W48000KG/H，赞时取14000/211000/36000/41000/因此，各效的蒸发水量为11000600011000400022000/2100060001100018000/3100060007000/41000/2）各效糖汁的锤度计算0012（22）（1）各效出口处糖汁锤度分别为B10B00W160000136000022000205BXB20B00W1W26000013600002200018000390BXB30B00W1W2W360000136000022000180007000600BXB40B00W1W2W3W4600001360000220001800070001000650BX（2）各效蒸发罐中糖汁的平均锤度分别为10121320521682122205390229832323906002495434260065026252估算各效溶液的沸点和有效温度差本设计采用等压差的原则来确定有效温度差的分配。这种分配方法的优点是各效压力差接近相等，使各效的糖汁、汽凝水及不凝气排出的压力差或弯管高度一致，以便于操作管理，并减少跑糖事故的发生。（1）压力分配计算设各效间压力差相等，则第1效到第3效的压力差效间的平均压力差为3210370由各效的压力差可求得各效加热室的压力，即1310213107024032240701704100由各效加热蒸汽压力，从水和水蒸汽热力性质图表中可查得相应加热蒸汽温度和汽化潜热，列于表21中。表21各效加热蒸汽的热力性质效数加热蒸汽压力PI/KPA310240170100加热蒸汽温度TI/134712611152996加热蒸汽的汽化潜热RI/KJKG121604218522215822576（2）由管路流动阻力引起的温度损失汁汽自前一效进入后一效，受捕汁器、阀门及管路中流体阻力的影响，压力降低，蒸汽饱和温度相应降低，称为管路损失。通常根据经验数据，各效间管路损失取0515，平均取。则13效的汁汽温度分别为112126111271231152111623499611006由各效汁汽温度，从水和水蒸汽热力性质图表中可查得相应汁汽压力和汽化潜热，列于表22中。表22各效汁汽的热力性质效数汁汽压力PI/KPA24741756103660汁汽温度TI/127111621006860汁汽的汽化潜热RI/KJKG121824221312255222931（3）各效由于溶液沸点而引起的沸点升高（温度差损失）蒸发操作常常在加压或减压下进行，但手册中很难直接查到非常压下溶液的沸点。当缺乏实验数据时，可用下式估算0（22）式中非常压下糖汁的沸点升高，；常压下糖汁的沸点升高，；0F校正系数，量纲为一；指定压力下汁汽的饱和温度，；指定压力下汁汽的汽化潜热，KJ/KG。参考糖厂节能原理与技术5中图510得到各效平均锤度下的列于表023中。表23平均锤度下的0效数各效平均锤度BI/OBX168298495625常压下由溶质存在引起的沸点升高/003072037校正系数可按下式计算001622732（23）各效校正系数100162127127322185211920016211622732221581113001621006273222576100400162860273222878091则各效由于溶液沸点而引起的沸点升高（温度差损失）为111903036211107078310020200409137337所以036078200337651（4）由于液柱静压力而引起的沸点升高（温度损失）为计算简便，取液层中部点处的压力和沸点代表整个液层的平均压力和温度，根据流体静力学方程，液层的平均压力为2（24）查蔗糖溶液真密度表可得各效糖汁平均锤度下的密度，列于表24。表24糖汁的密度表效数各效平均锤度BI/OBX168298495625糖汁的密度/103KGM31067112612271301参考甘蔗制糖机械设备（第二版）中的计算，取静液柱高度H为加热管长L的1/6，即1616305所以1112247410679810522500K222217581121981221786K333210351210981221065KPA444260128998122632K由平均压力查水和水蒸汽热力性质图表得相对应的饱和温度为1127521167310134873则于液柱静压力而引起的沸点升高（温度损失）为11112751271042221167116205333101310060744487386013（5）各效糖汁的沸点计算由各效汁汽温度和沸点升高可求得各效糖汁的沸点为111112710360412792222116207805117533331006200071033444486033713907（6）各效有效温度差计算由各效加热蒸汽温度和糖汁沸点可求得各效有效温度差为1111347127968222126111758633311521033119444996907893加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算对任一效，可列出热量衡算方程式如下01水2水1水101水2水水水整理可得任一效的蒸发水量为水水01水2水1水1水水（25）式中加热蒸汽量，KG/H；进入蒸发罐的清汁量，KG/H；0蒸发水量，KG/H；进入蒸发罐的清汁比热，KJ/KG；水的比热，KJ/KG水查得；水4187/糖汁沸点，；汽凝水温度，；加热蒸汽汽化潜热，KJ/KG；汁汽汽化潜热，KJ/KG；热损失，KJ/H。糖液的比热容可按下式计算10006水（26）则进入蒸发罐的清汁比热为100061341873860/各效加热蒸汽量11（27）参考经验，各效气凝水温度与加热蒸汽温度相差2，及2（28）将热损失一项并入式25右端的两项中，引入热利用系数，则式09825可简化成水水01水2水1水1（29）因采用沸点进料，所以各效实际蒸发水量为10982182421604418713271095491（29）同理可求得208820124263（29）3076811107485（29）4065601141175（29）则总蒸发水量为123432610127292348000/求得1230889/分别带入式29A到29D求得1220472/2179381/369858/410289/与简便算法比较，其相对误差为|122047222000|0002|117938118000|0003|1698587000|0002|1102891000|0029两者相对误差均在003以下，故各效蒸发量的计算结果合理。则末效的实际抽汁汽量应该调整为4410289/4蒸发器传热面积的计算（1）各效传热速率计算对任一效传热速率为水11水（210）则各效的传热速率为12308892160441872222047240002185241872317938111000221584187246985860002257641872（2）传热面积的计算对于蒸发器任一效的传热速率方程为（211）可得任一效的传热面积为（212）式中第I效的传热速率，W；第I效的总传热系数，W/M2；第I效的传热面积，M2；第I效的传热温差，。表25糖厂各蒸发罐的K值（WM21）效数产量350T/D260020001400851产量500T/D260017001200871产量1000T/D300019001046520产量2000T/D3000230016301162700参考表25取13000/221900/231046/24520/2则各效的蒸发器传热面积为123088921604418723000682443222204724000218524187219008624152317938111000221584187210461191252246985860002257641872520894772第1效和第2效传热面积十分接近，为了节约制造成本可使第1效和第2效传热面积相等并取其平均值，即12244324152242925工艺计算结果汇总工艺结算结果列于表26。表26工艺计算结果汇总效数抽汁汽量EI/KGH1400011000600010289各效蒸发水量WI/KGH12204721793816985810289各效出口糖汁锤度BI/OBX205390600650各效糖汁平均锤度BI/OBX168298495625糖汁的密度AVI/103KGM31067112612271301加热蒸气压力PI/KPA310240170100加热蒸气温度TI/134712611152996加热蒸气的汽化潜热RI/KJKG121604218522215822576流动阻力温度损失/111汁汽压力PI/KPA247417581035600汁汽温度TI/127111621006860汁汽的汽化潜热RI/KJKG121824221302255122931冷凝水温度TI/132712411132976糖汁沸点升高I/074129275469糖汁沸点TI/127811751034906有效温度差TI/688611989传热系数KI/WM21300019001046520传热面积SI/M22429242912524776工艺流程图工艺流程图如图21。B465BXD1230889KG/HG060000KG/HT01278B015BXE14000KG/HT11271P12474KPAD2180472KG/HW1220472KG/HB1205BXB139BXB360BXT21162P21758KPAT31006P31035KPAT486P460KPAT11347P1310KPAT11278T21261P2240KPAT21175T31152P3170KPAT31034T4996P4100KPAT4906E211000KG/HE36000KG/HE410289KG/HD369381KG/HD49858KG/HW2179381KG/HW369858KG/HW410289KG/H图21工艺流程图第三章蒸发器的结构设计蒸发器主体为加热室和分离室，蒸发器的主要结构尺寸包括加热室和分离室的直径及高度；加热管的规格、长度及在花板上的排列方式、连接管的尺寸。这些尺寸的确定与蒸发器的结构型式有关，取决于工艺计算结果，主要是传热面积。本设计的蒸发器结构设计以第四效举例设计计算。31加热管的选择和管数的初步估计311加热管的选择蒸发器的加热管常选用38MM25MM、42MM3MM、57MM35MM等规格的无缝钢管，加热管的长度一般有26M。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来考虑。易结垢和易起泡溶液的蒸发宜选短管。糖液蒸发器的加热管多选用42MM3MM的无缝钢管，或42MM25MM的黄铜管，管长23M。本设计选用的是42MM3MM的无缝钢管，管长L3M。312管数的初步估计加热管数目由计算法初估得00（31）式中蒸发器的传热面积，M2；0加热管子外径，M；0加热管的长度，M。加热管数目477314004231026为完成传热任务所需的最少管数N，只有在管板上排列加热管后才能最终确定。32加热室尺寸估算参考甘蔗制糖机械设备（第二版）中加热室的尺寸计算115（32）式中加热室直径，MM；管心距，本设计取；54加热管数，量纲为一。则加热室管径1155410262156求出加热室直径D后，进行划图排管，并作些调整，最后才能确定加热室的实际直径。33循环管的选择对于糖厂，循环管的截面积为总加热管截面积的2035（标准式）和1015（外降液式）。则420203542所以0200352（33）式中中央循环管直径，MM；加热管内径，MM。本设计取循环管截面积为总加热管截面积的15，则01510263624842加热室的高度相当于加热管的长度。34蒸发器型号的选择参考表11几种蒸发罐技术参数，本次设计第四效选取型号为TWX450的蒸发罐，其技术参数如表31表31TWX450蒸发罐的技术参数直径（MM）2200型号TWX450管板厚（MM）24型式外降液式管径（MM）42/36直径（MM）2800管数1254有效高度（MM）5200管长（MM）3000蒸发室汁汽管径（MM）700加热管中心距（MM）54捕汁器结构型式惯性蒸汽入口（MM）500数量2管数4循环管直径（MM）300加热室汽凝水管径（MM）80入汁管径（MM）12535部件尺寸的校核351汁汽室直径与高度的校核参考甘蔗制糖机械设备中汁汽室尺寸的确定，对于糖厂汁汽室的高度与直径与加热室的加热管长和加热室直径有关。汁汽室高度为加热管长的20倍（对短管）和17倍（对中长管）。汁汽室直径和加热室相同（对标准式）或较加热室直径大0203M（外降液式），本设计取03M。则汁汽室直径21563002456汁汽室高度1717300051002039101820直边高度/MM254050254050设计蒸发罐所用的材料为低碳合金钢，为了方便，上下封头材料也选择低碳合金钢Q345R，壁厚为16MM，所以选择直边高度为40MM。38筒体和封头的强度校核381筒体厚度的校核所设计筒体选用钢材为Q345R，厚度616MM，则许用应力。189筒体工作压力为，工作温度为996，则有内压设计10001压力。考虑到安全因素，则取。对接焊12501012503缝采用双面全熔透焊接接头，且进行100无损探伤检测，则取焊接接头系数10。对末效设计而言要考虑到外压，外压设计压力取一个大气压的真空度，即。对Q345R钢板取钢板的负偏差。钢板的腐蚀余量MPACR10103。则筒体厚度按内压设计根据过程设备设计12得厚度计算公式222（35）式中内压计算压力，MPA；容器最大内径，MM；许用应力，MPA；焊接接头系数，量纲为一。20322002189100317则对Q345R取。钢板厚度。4127筒体厚度按外压设计有Q345R钢材的弹性模量E200000，假设圆筒为短圆筒，则有325904（36）式中容器最大直径，MM；外压设计压力，MPA；L筒体及封头有效长度，MM；E弹性模量。32590428003015200259200000280004115所以钢板厚度，钢板的有效厚度121612137校核结果，首先求临界长度，由过程设备设计12查得临界长度计算CRL公式117（37）式中容器最大直径，MM；钢板有效厚度，MM；E则临界长度为1171172800280013746834，属于短圆筒。取安全系数M3，则根据过程设备设计12查得临界应力计算公式2（38）式中M安全系数，取M3；外压设计压力，MPA；容器最大直径，MM；钢板有效厚度，MM。230128002137307由过程设备设计12中图46及图48查得，系数B30则材料的比例极限32330245属于弹性失稳。所以外压计算得的筒体厚度为。16综上所得，筒体厚度按照外压计算所得厚度，取。16对筒体进行水压试验，通过查过程设备设计12得试验压力的计算公式和应力的计算公式125（39）式中内压计算压力，MPA；试验应力，MPA；许用应力，MPA。2（310）式中试验压力，MPA；容器最大直径，MM；钢板有效厚度，MM。所以，试验压力1251250310375筒体在下应力TP2037528001372137385090934513105所以，经校核筒体合格。382封头强度校核封头按内压设计有03查过程设备设计12得封头厚度计算公式205（311）式中内压计算压力，MPA；容器最大直径，MM；许用应力，MPA；焊接接头系数，量纲为一。2050328002189100503222此时，封头的设计厚度126而设计中综合考虑焊接、安全等各方面因素，取上、下封头厚度均为。16综上知，实际取值远大于计算值，因此封头强度足够，封头近似于刚性件，外压很小所以可忽略外压对封头厚度的影响。39支座设计立式容器有耳式支座、支承支座、腿式支座和裙式支座等四种支座，中小型直立容器常用前三种支座，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。本设计的蒸发器属于中、小型蒸发器，因此选择裙耳支座。耳式支座又称为悬挂式支座，它由筋板和支脚板组成，广泛运用于反应釜及立式换热器等直立设备上，有点是简单、轻便，但对容器壁会产生较大的局部应力。因此，当容器较大或者器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板，垫板的材料最好与筒体材料相同。由JB/T471232007支座，本设计选择A型（短臂型）耳式支座，支座各参数如表34所示表34A型（短臂型）耳式支座参数表支座数量4支座筋板厚度14MM支座两筋板内侧距离480MM支座垫板厚度14MM支座底板厚度22MM第四章蒸发器辅助设备的设计41气液分离器蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到了初步分离，但是为了防止有用的产品损失或污染冷凝液体，还需要设置汽液分离器，以使雾沫中的液体凝聚并与二次蒸汽分离，故汽液分离器又称捕沫器或除沫器。其类型较多，在分离室顶部设置的有简易式、惯性式及网式除沫器等，在蒸发器外部设置的有折流式、旋流式及离心式除沫器等。惯性除沫器是利用带有液滴的二次蒸汽在突然改变运动方向时，液滴因惯性作用而与蒸汽分离。它的结构简单，中小工厂应用较多。此设备要求二次蒸汽的流速达到12M/S30M/S，本次设计二次蒸汽出口的流速皆达到30M/S的速度，因此本设计选用的也是惯性式除沫器。钟罩式惯性除沫器图41惯性除沫器的主要尺寸按下列关系确定11231152304051式中汁汽的管径，M；除沫器内管的直径，M；1除沫器外罩管的直径，M；2除沫器外壳的直径，M；3除沫器的总高度，M；除沫器内管顶部与器顶的距离，M。17002151157001050321270014003140005105700350故选取700X10MM的无缝钢管为除沫器的内管；选取105012MM的无缝钢管为除沫器的外罩管；8选取140012MM的无缝钢管为除沫器的外壳。42蒸汽冷凝器蒸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产品需要回收或会严重污染冷却水时，应采用间壁式冷却器，如列管式、板式、螺旋管式及淋水管式等热交换器。当二次蒸汽为水蒸汽不需要回收时，可采用直接接触式冷凝器，有多孔板式、水帘式、填充塔式及水喷射式等。二次蒸汽与冷却水直接接触进行热交换，其冷凝效果好，结构简单，操作方便，造价低廉，因而被广泛采用。多层多孔板式目前广泛使用的型式之一，其结构为在冷凝器内部装有49块不等距的多孔板，冷却水通过板上小孔分散成液滴而与二次蒸汽接触，接触面积大，冷凝效果好。但多孔板易堵，二次蒸汽在折流过程中压降增大，所以有时也采用压降较小的单层多孔板式冷凝器，但冷凝效果差。水帘式冷凝器是在器内装有34对固定的圆形和环形各班，使冷却水在各板间形成水帘，二次蒸汽在通过水帘时被冷凝，其结构简单，压降较大。填充塔式冷凝器是在塔的上部装有多孔板式液体分布器，内有装有填料。冷水与二次蒸汽在填料表面接触，提高了冷凝效果。适用于二次蒸汽量较大的情况及冷凝具有腐蚀性的气体。水喷射式冷凝器的工作原理是冷却水依靠蹦加压后经喷嘴雾化使二次蒸汽冷凝，不凝气也随冷凝水由排出管排出。此过程产生真空，则不需要真空泵就可以造成和保持系统的真空度，但单位二次蒸汽所需的冷却水量大，二次蒸汽量过大时不宜采用。各种型式蒸汽冷凝器的性能比较如表41。表41各种型式蒸汽冷凝器的性能比较型式项目多层多孔板单层多孔板水帘式填充塔式水喷射式水汽接面大较小较大大最大压强降10672000PA小，可不计13333333PA较小大塔径范围大小均可不宜过大350MM100MM二次蒸汽量2T/H结构与要求较简单简单较简单，安装有一定要求简单不简单，加工有一定要求水量较大较大较大较大最大其它孔易堵塞适于腐蚀性蒸汽水喷射冷凝器的抽真空能力为600720MMHG，而末效的绝对压力为100KPA（750MMHG），几乎和大气压相等，所以本系统选用水喷射冷凝器够用。冷却系统所用的水力喷射泵可去大型压缩机厂订制。参考文献1李功祥，陈兰英，崔英德常用化工单元设备设计M广州华南理工大学出版社，20031441742黄福五，钟耀南，李扬训甘蔗制糖机械设备M2版北京中国轻工业出版社,19963贾绍义，柴诚敬化工单元操作课程设计M天津天津大学出版社，2011781074于宏伟甜菜糖厂蒸发系统设计计