三效蒸发制碱装置设计

更多相关文档资源请访HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219本毕业论文包含完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要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班级过程装备与控制工程053班2009年5月30日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GB15098、GB15189；而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0CR18NI9。而在管板的设计中，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ABSTRCTATTHEDESIGNOFTHEALKALIDEVICEOFTRIPLEEFFECTEVAPORATIONHEATEXCHANGER,WEUSEALOTOFBASICKNOWLEDGEOFCHEMICALENGINEERINGMACHINERYFOREXAMPLE,ATTHEDESIGNOFCARTRIDGEHEATEXCHANGER,WECONSULTGB15098ANDGB15189MAINLYANDATTHECALCULATIONOFEVAPORATICEPROCESSDESIGE,WEUSETHECOMPUTINGMETHODABOUTMATERIALANDHEATBALANCEINCHEMICALENGINEERINGPRINCIPLEATTHECHOICEOFENTOPRESSDEVICE,VESSELSTEELISSTRICTDEMANDEDANDATTHEASCERTAINOFTHESHAPEOFDEVICE,THETRADITIONALEXPERIENCEANDAPPROACHAREREFFEREDBYTHEWAY,WEGENERALLYUSETHESTAINLESSSTEELOCR18NI9INTHEMATERIALCHOICEOFTHEDETAILSTOUCHEDWITHTHECAUSTICALKALI,BECAUSETHEMEDIUMINTHEDESIGNOFTHETUBEPLATESBUTWEDIDNTUSASTAINLESSSTEELCOMPLETELYINCONSIDERATIONOFTHEECONOMYBENEFITANDWETAKETHECLADSTEELINSTEADOFITKEYWORDHEATEXCHANGERTUBEPLATECLADSTEELBASICSLAGMATERIELBALANCEEVAPORATION目录前言11、概述511蒸发512蒸发工艺流程及蒸发器型式的确定52、工艺设计及计算821主要操作条件822整个系统总蒸发水量823选取各效出效浓度924物料平衡计算1025各效温度分配1226加热蒸汽用量的计算153、蒸发器的设计及计算1831蒸发室内径和汽相空间高度的确定1832蒸汽进出口管内径的确定1933蒸发器加热直径及高度确定204、加热器的设计计算2341初步确定列文固定管板换热器规格尺寸如下2342各效总传热系数的校核235、管板的设计计算2751设计计算公式的基本考虑2752管板强度的基本分析方法2853符号说明及计算2854法兰的选取及计算3255壳程压力作用下的危险组合376、螺旋板式换热器的设计4361传热工艺的计算4362流体压力降的计算4763螺旋板的强度，挠度计算与校核4864螺旋板式换热器的结构尺寸507、蒸发器分离室设计5571初步设计5572各效蒸发室壁厚5573分离室封头设计5574人孔设计5675旋液分离板设置5676视镜设计5677法兰设计568、英文文献翻译589、主要参考文献6710、谢辞68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B1、B2和维生素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NH3CO2H20NACLNH4CLNAHCO3NAHCO3因溶解度较小,故为沉淀,使反应得以进行2NAHCO3NA2CO3CO2H2O“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3040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NH4CL在常温时的溶解度比NACL大，而在低温下却比NACL溶解度小的原理，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；NH4CL可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CACO3制CO2这一工序。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（ERNESTSOLVAY18381922）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（NA2CO3），就利用NAHCO3在溶液中溶液中溶解度较小，所以先制得NAHCO3。再利用碳酸氢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NAHCO3溶解度最小，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（ERNESTSOLVAY,18321922）以食盐、氨、二氧化碳为原料，制得了碳酸钠，是为氨碱法（AMMOMIASODAPROCESS）。反应分三步进行NH3CO2H2ONH4HCO3NH4HCO3NACLNAHCO3NH4CL2NAHCO3NA2CO3CO2H2O反应生成的CO2可以回收再用，而NH4CL又可以与生石灰反应，产生NH3，重新作为原料使用2NH4CLCAO2NH3CACL2H2O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。1、概述11蒸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。12蒸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1KG的水所消耗的加热蒸汽量。其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。理论蒸汽消耗量实际蒸汽消耗量效数蒸发1KG水所需蒸发量1KG蒸汽蒸发水量蒸发1KG水所需蒸发量1KG蒸汽蒸发水量在增加一效节约蒸汽百分量单效111109993二效052057175430三效0253042525四效0240333310五效025027377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N效蒸发器组的传热面积N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。2、工艺设计及计算21主要操作条件1、年产量35万吨NAOH300天每天24小时约5吨每小时2、成品碱规格NAOH30,NACL58水6423、电解液的规格NAOH10,NACL18水724、电解液的预热温度1305、末效真空度650MMHG6、系统洗水量500KG/1T100NAOH7、生蒸汽压力06MPA22整个系统总蒸发水量5（1000100033500电解液中NAOH的质量百分比电解液中NACL的质量百分比电解液中水的质量百分比成品碱中NAOH的质量百分比3成品碱中NACL的质量百分比3成品碱中水的质量百分比3则5（072）100001100003064250022800将在三效中进行分配，分配比可按11112即11112111213一效蒸发水量11二效蒸发水量12三效蒸发水量13则112280011112690912228001111211760013228001111212829123选取各效出效浓度加斯那个一效出效浓度为123从手册中查得100时123NAOH水溶液中含NAOH182、水695则1510001000115001111250721000011000012306955003385055因近似等于111故112316951182假定二效出效浓度为172，从手册中查得100时，在172NAOH水溶液中含NACL146水682则251000111000225001111211510000123069510000172068250011112119260因222故217226822146所以，第三效蒸发水量3122280085055926050345所以各效碱溶液浓度分布为NAOHNACL水进料101872效出料进料123118216951效出料进料172214626822效出料303583642324物料平衡计算1、效的物料计算A、进料量G400004000B、进入淡水量500525001C、蒸发水量G1XWAW112500334000032506932076958KG/HD、析出盐量XGSASS11140000（18182）101231200KG/HE、出料中洗水量25006061894KG/H2F、出料中料液量1GWCCS2114000069581200189429948KG/H2、效的物料衡算A、进料中料液量29948KG/H1B、蒸发水量2132501211XGWA29948（69682）8331231726891KG/HC、洗出盐量2XSAS121299481821231721462324KG/HD、出料中洗水量1060KG/H3225003311E、出料中的料液量299486891232420733KG/H2GWS2213、效的料液衡算A、进料量21802106920733KG/H2B、蒸发水量3213503322XGWA20733（682）9091723064210439KG/HC、洗出盐量3XGSAS332220733（14658）172302338KG/HD、出料量390332WS207331043923389098865KG/H所以，各效物料平衡表为（）效效效进料液量40000120733288653进洗水量250011894210603蒸发水量6958168912104393析出盐量120012324223383出料液量29948120733288653出料中洗水量1894210603025各效温度分配1）、查表6饱和蒸汽温度为1642650MMHG（015）下水的沸点为22536则该蒸发系统的理论总温差为16425361106总2各效温差损失溶液沸点升高引起的温差损失，查NAOH溶液沸点升高图1113205111213静压引起沸点升高值212222233效间温差损失3132331所以，各效温差损失表为效效效小计溶液沸点升高值1113205445静压引起沸点升高值2237效间温差损失1113合计1416245545实际温差为T总11065455613）、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1150、2120、377则各效二次蒸汽温度为150112137211TT1201321052772053535213T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表加热蒸汽温度1642二次蒸汽压力24KG/CM2（表）二次蒸汽气化潜热5143千卡/KG二次蒸汽温度137碱液温度150效加热蒸汽压力24KG/CM2（表）加热蒸汽温度137二次蒸汽压力025KG/CM2（表）二次蒸汽气化潜热5357千卡/KG二次蒸汽温度105碱液温度120效加热蒸汽压力025KG/CM2（表）加热蒸汽温度105二次蒸汽压力015KG/CM2（表）二次蒸汽气化潜热5669千卡/KG二次蒸汽温度536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1054250009（150130）695851431456067437效1156891535622627091501202354187419效1151043956699925091207736363837344）、温差分配TT321KQ32110346879548704567115215则120T11812260T35）、沸点校核1642120152211371811199210526793核算值与假设沸点值接近，停止试算，取所设沸点值。26加热蒸汽用量的计算1）、预热料液所需的热量GC（）1104250009（150130）765000千卡/HC碱的平均比热容，取092）、蒸发水量所需的热量查在压力为24下水蒸气的汽化热为51432千卡千克21水6958514335784994千卡/H3）、碱液的浓缩热G3进料液中NAOH的含量G进料液量NAOH在进料与出料液的浓度下的溶解热之差查NAOH在水中的溶解度表可知296296232962945086千卡/千克425000108633655千卡/H4）、NACL的结晶热1NACL在进料与出料液的浓度下的溶解热之差1200（199）23880千卡/H5）、热损失设定为5蒸汽加入热量（Q）则有Q12345假设蒸汽在饱和温度下其所需的蒸汽量为D1234095（）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6612千卡千克其相同温度下的冷凝水热焓为1658千卡千克D1234095（）76500035784994365523880095（6611658）43232744470449190KG/H3、蒸发器的设计及计算31蒸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4SZWDA其中该蒸发器的蒸发水量SA蒸发器的允许表面汽化强度2A可取12001600这里取A15002效167M15238410DZ效175M257924310DZ效183M3645Z2、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24VSHZBDZ式中蒸发器汽化蒸汽的体积流量3B蒸发室的体积汽化强度可取116常取B12为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算所以对于三效蒸发器来说025（表）下2/CKG3水621M33VSW水3046623/36005273/MSHZ119M352VSBDZ352714832蒸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4VZDZW其中蒸汽的体积流量3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201、效装置蒸汽进、出口管内径的装置查表450KPA压力下，0414水/KG3M1加热蒸汽进口管径MININ4VZDZW0155M523804162二次蒸汽进口管径查水蒸汽性质表，8455KPA压力下，1981C水/KG3M0323MMINDZ52794183062、效装置蒸汽进、出口管内径确定0155MMINOUTDZ二次蒸汽出口管内径查手册1994KPA压力下，7671C水/KG3M073MOUTDZ5204671313、效装置蒸汽进、出口管径的确定（1）加热进口管径073MMINOUTDZ（2）二次蒸汽出口管径查手册1944KPA压力下，621C水/KG3M152MOUTDZ523046133蒸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HG计算公式如下210/4HGDWCTDKT其中蒸发器内料液的循环强度，取15M/S00W蒸发器内料液的速度蒸发器内料液的比热取C09C/KCALG料液一次循环后的温升取25TT该蒸发器的传热系数K该蒸发器传热温度T换热管内径MM（不锈钢）1D452换热管中径MM425（1）、效加热室高度49M21045180925360HG（2）效加热室高度220415809253601HG（3）效加热室高度23041580925360G2、各效加热管取N4461632千卡/小时1Q3509854千卡/小时2Q4165719千卡/小时3取K12300,K21200,K31000又T112，T2181，T326016111QFKT2M16162T2同理16023F取传热面积为1622M16293405FNDL取N24000SL（）166224314592M0QKST2237,11668,96412K3K3、计算加热室内径DG由公式22207851094AIM其中T加热管间隙MT132B最外层六角形对角线上的管数按正三角形布管17根。1N加热管外径，2D452231DGBD1071MM734、加热器的设计计算41初步确定列文固定管板换热器规格尺寸如下1、壳径D11000MM公称面积S管程数1壳程数1管数N240根管长L5M换热管4525布管方式正三角形布管2、换热器的实际传热面积01662M203、各效穿热情要求的总传热系数T0SQK237201HKCALM695203KCL42各效总传热系数的校核1、计算管程的对流传热系数（1）效11UDRE其中按循环速度1511由于碱液130150定性温度TM140253查手册得碱液在140时的物性数据如下6902HKCAL2185CMKGALC90PM41320851RE296105CR1360009024103069113PRDRE408111023972932（2）效查手册得120时1227NAOH溶液的物性参数如下6702HKCALM185GKCAL90P取SM512则0318542RE142105CPPR236000905105007242PRDRE408111023724212HKCALM（3）效查手册在77时NAOH溶液的物性参数如下6202HKCAL185MGKCAL90P42取S513则03421853RE29625CPPR2360009241050071254RDRE408131102370442HKCALM2、壳程内饱和蒸汽冷凝传热分系数一般、效均取1000012HKCAL3、不锈钢的导热系数查手册得152HKCALM4、料液的污垢热阻第效忽略污垢热阻，、效则取2641042HKCALM而忽略蒸汽的污垢热阻5、校核各效总传热系数（1）、效01011111121270672HKCALM安全裕度21010101100（2）、效0201112112214532HKCALM安全裕度24010101100（3）、三效030311311321203符合要求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NAOH溶液走管程，管子用不锈钢O，而管板则不可能泉涌不锈189钢，综合各因素，本次设计采用负荷钢板制作管板。51设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K来表示。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15倍的许用应力，而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。52管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。53符号说明及计算A壳体内径横截面积22207851094DIM管板开孔后的横截面积N换热器的数目，已算N240根对于固定式换热器22209524078504574LDAMP管件距P57MM管板布管区的面积2对于单程换热器I、正三角形布管22208640576TANPMII、正三角形布管2224578T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25MMS壳体的壁厚S10MMA一根换热管管壁横截面积2由公式DST231405205034MB壳壁金属横截面积由公式231418SDIL换热管有效长度（两板内侧间距）假设管板厚45MM,则5042910M换热管材料的弹性模量，本次设计，换热管用OCR18NI9，查手册得206GPA管束的模数I、对于固定式换热器920613054ETNAKGPALDI即KTII、对于浮头式、填料式换热器ETLDNA由于本次设计用的是固定式，所以在这里就不给出计算过程管板布管区的当量直接，M由于正三角形布管，取，20675AT,4TDT9314管板材料的弹性模量选取管板内侧材料为16MNR，查手册206GPAI管子的回转半径，M由公式2214IDST20505D0015M换热管受压失稳当量长度，M785AX,4902CRL换热管材料在设计温度下的屈服极限，PA查手册得189OCRNI05TSMPA换热管滤定许用临界压力CRL/I/13又229T6SE31401485由此式可知2CRTSEL/I6000PR13241CP3960水（加热水）通道5889160002RE2DRM3067241PR2152CPM30410595、传热系数的计算由于是液液传热，两种介质的雷诺数均大于6000，即均在湍流范围内，故可用下面的公式进行计算由公式08023154REPRMEDD热程通道假设中心管直径6D螺旋体外径0平均直径106382MDM对被冷介质M03而被加热介质M04则08305901672334591167N67182/KMOLH对于冷程通道080406301542963153C896532/KOLH7T6、求平均温差MT设流体流动方向为全逆流操作则由公式121LNTT因已知。13720180T21T代入公式得27633708LN1M7、换热器传热面积F已知传热量Q720000/KJH由传热公式MQKTMFT将已知数据Q，K，代入上式得T72050318、螺旋通道长度L142FMH9、螺旋圈数N与螺旋外径0D综上所述，已选螺旋中心直径，016DM板厚，2M143L153B。2084B不等通道宽度的螺旋圈数按下式计算2121001214BBLDDBN式中20805366M1204217B代入上式得107圈2061043177N螺旋体外径D0为112DBNB016（000840002）197（00089000530004）057M计算值与假设值两者差为即50657说明所设的螺旋体外径是可行的。62流体压力降的计算为了使结果更加切合实际，所以得考虑是距柱和进口局部阻力的影响因素。综合以上各因素，可按大连工学院推荐的公式计算由于液液热交换，故可按下面的公式计算通道和进出口的压力降。200253614ELRPLNDR设定距柱间距T80MM则N0181个/M2螺旋通道长度L1043M热程通道压力降202514369430130481789NP12578PA冷程压力降20251436185130409CP80680PA63螺旋板的强度，挠度计算与校核1、强度计算由公式20DSPRT已知D006M，H12M，02M换热器的操作压力P025MPA其设计压力PN11P03MPA螺旋板材料OCR18NI9其206SMPA,1SN取则20618SMPA曲率影响系数R010961282R1096128203165定距柱的间距T按下式计算20SDTRP当采用定距柱时，取C47将一直数据带入上式得20165471893TCM当采用定距泡时取C5362016518953TC由上面计算可知，在计算压力降所设定距柱间距8CM均小于计算值，所以是合理的。故定距柱间距T80MM。2、螺旋板的挠度由公式4032/1PTYE已知E206105MPA03P03MPA对于定距柱，000638O对于定距泡，000681采用定距柱时，板产生的挠度4256531230810068Y052MM采用定距泡时，板产生的挠度4256531230810068Y056MM052MM说明采用定距泡对挠度大于采用定距柱的挠度。3、按公式校核螺旋板换热器的稳定性根据已知数据H12M,02M螺旋板曲率半径R3D代入定距柱间距公式224417617603THR03M30CM由强度计算的T8CM所以T在此条件下，选用计算临界压力PKT26224140731KETPRTRH将,TH各值带入计算公式得126224020108476381KP26184MPA将PK184MPA代入P得3KPMP6184013MPA已知设备的操作压力P029MPA所以PP，故设备稳定，操作安全64螺旋板式换热器的结构尺寸由于10NAOH溶液具有腐蚀性，因此，螺旋板换热器的各部件选用不锈钢OCR18NI9且由于是液液换热器，所以按型换热器确定各部件的结构尺寸。流体流向的选择NAOH由中心管进入沿螺旋流向外部排出，而冷凝体（加热水）从外部向中心排出，而流体呈螺旋流动，逆流操作。1、密封结构螺旋通道采用垫入圆钢条焊接密封，由此计算得B100084M,B200053,故按标准选取B10MM的型换热器。2、悬距柱尺寸按标准选取直径为10MM,长为12MM圆钢条作定距柱，定距柱安三角排列。为了制作方便，可采用冲压的定距泡代替定距柱。3换热口外壳。采用卷筒后对接焊结构，外壳主要受内压作用，其厚度可由公式DPRC已知，设计压力03MA圆筒半径4M壁厚附加量C壳体材料用0189RNI5BPA2SPA27BN16S37BMN2106SPA取132MPA壳体与连接板采用单向V型坡口对接焊缝09将以上各数据带入计算公式得603107629M所以不锈钢板厚度为3MM。4、进出口接管直径D。中心管采用垂直于螺旋板横断面的结构。螺旋通道的接管，为了减少加工量。也采用垂直于面的直接管。由传热工艺计算可知热程加热水通道截面积22017FM冷程NOOH溶液通道面积2163设管内流量与通道内流量相等，亦即它们的截面积相等。热程通道的接管直径22401734FDM选的不锈钢管，配管法兰为平焊法兰。13G6125PD同理1D1406934选的不锈钢管，配法兰为平焊法兰。08G6105、中心隔板尺寸螺旋板为不锈钢板，厚度，宽度2M2HM则中心隔板的宽度为120845036BBDM中心隔板的高度等于螺旋板的宽度，厚度为8MM。6、水压试验的应力校核水压试验应力125PPA水30设553710PA水在此实验压力下，壳体所产生的应力按以下公式计算。962CIPD水水已知60IM020C代入公式的5537161209PA水而5596840S所以S水满足要求7换热器支座选取由于直径。故按JB/T472492，选取支座如下608ND图1螺旋板换热器各设计参数如下换热面积2503FM螺旋板长度14L螺旋板宽度H螺旋体外径06D螺旋通道宽度热程通道184BM冷程通道253螺旋板厚度螺旋中心直径160D定距柱间距8TM定距管数2/N个热程进出口管134冷程进出口管087、蒸发器分离室设计71初步设计分离室的直径和蒸发段高度取决于分离能力，且体积与二次蒸气体积、流量及蒸发以及强度有关。其各项参数如下表效效效料液流量5200042276302328二次蒸汽流量253852792430462蒸发室直径242526工作压力02400250015设计压力026400280017壁厚101010蒸发段高度55572各效蒸发室壁厚由于10的NAOH电解液具有较强的腐蚀性，故选取镍铬不锈钢1CR18NI9，差得其材料特性为S210MPAST1367MPA2ITSPD27MM10643785203MM22MM316017按第效的直径D8查手册取满足刚度要求的较小厚度10MM73分离室封头设计蒸发器顶部筒体直径D1400MM，下部筒体直径D2600MM，两者用锥形筒体连接下封头采用标准锥形封头，考虑料液高度使压强增大，下封头设计压力取为032MPA032611785COS60TD9CT359146MM取整为10MM74人孔设计由于筒体主体部分内径DI2600MM，另外蒸发过程中须在蒸发室上部留尽量多的空间以便于排气。故人孔设置于分离室顶部，人孔接管3258,法兰用PG3DG30075旋液分离板设置由于蒸汽从料液中上升速度较快，故其中夹带较多的雾沫，雾沫多被夹带点，不仅会带来料液的损失，热量的损失，而且一旦进入下一加热室会腐蚀加热管外壁和壳体。因此，在蒸发室顶部置一较小内径的筒体，在小筒体的下部设一旋转分离板，这样蒸汽会以较大的速度经过旋液分离板，从而形成离心力使雾沫从蒸汽中分离开来。76视镜设计视镜取HGJ501及HGJ502，但HGJ502外部须设其温层栅方可取带颈视镜PG10DG80，H70，HGJ50286477法兰设计管法兰按各接管公称直径选取（标准按HGJ4591）容器法兰由于P设066MPA，且其公称直径大于1000，故按JB470292选取法兰图1图28、英语翻译THEUSEANDINTRODUCTIONOFTHEHEATEXCHANGERAHEATEXCHANGERISADEVICEBUILTFOREFFICIENTHEATTRANSFERFROMONEMEDIUMTOANOTHER,WHETHERTHEMEDIAARESEPARATEDBYASOLIDWALLSOTHATTHEYNEVERMIX,ORTHEMEDIAAREINDIRECTCONTACTTHEYAREWIDELYUSEDINSPACEHEATING,REFRIGERATION,AIRCONDITIONING,POWERPLANTS,CHEMICALPLANTS,PETROCHEMICALPLANTS,PETROLEUMREFINERIES,ANDNATURALGASPROCESSINGONECOMMONEXAMPLEOFAHEATEXCHANGERISTHERADIATORINACAR,INWHICHTHEHEATSOURCE,BEINGAHOTENGINECOOLINGFLUID,WATER,TRANSFERSHEATTOAIRFLOWINGTHROUGHTHERADIATORHEATEXCHANGERSMAYBECLASSIFIEDACCORDINGTOTHEIRFLOWARRANGEMENTINPARALLELFLOWHEATEXCHANGERS,THETWOFLUIDSENTERTHEEXCHANGERATTHESAMEEND,ANDTRAVELINPARALLELTOONEANOTHERTOTHEOTHERSI