黑液蒸发器设计

1、南京林业大学化工原理课程设计说明书 学 院（系）： 轻工科学与工程学院 专 业： 制浆造纸机械与设备 学 生 姓 名： 彭莉莉 学号： 111502114 课程设计题目： 黑液蒸发器设计 起 止 日 期： 2014.6.232014.7.6 课程设计地点： 50808 指 导 教 师： 汪 洋 目录一、设计条件2二、流程图选择3三、工艺计算（一）估算各效的水分蒸发量，各效蒸汽压力4（二）根据各效浓度和二次蒸汽温度计算各效温度差损失6（三）求各效的沸点及总有效温度差7（四）蒸发器的焓衡算7四、设备结构计算（一）确定加热管数及其在管板上的排列方式，固定方法14（二）加热室尺寸计算14（三）分离室计

2、算16（四）花板计算16（五）进料室17（六）黑液管路计算17（七）蒸汽管路计算18（八）封头和法兰19(九) 平盖手孔21（十）视镜21五、附属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器21（二）预热器的传热面积23（三）真空泵选型24（四）支架24（五）除沫器27参考文献 造纸厂碱回收车间四效长管蒸发器设计一设计条件：1、 处理量 ：4800 kg/h2、 进料浓度：13 Be(15)出料浓度：37 Be(15)3、 加热蒸汽压力: 0.2 MPa4、 末效真空度 ： 80 kPa5、 各效传热系数 ： 1200 W/(K) 720 W/(K) 870 W/(K) 1200 W/(K) 6、 黑液比

3、热： 7、 热利用系数： 8、 蒸汽流向： 黑液流向： 9、 黑液进，前均有预热器的加热至低于溶液沸点2 10、进料温度：5011、预热器的传热系数： 12、加热管采用厂方提供的5136000碳素钢管二 .流程图 图1 流程图注释： 气体：由效进入效再到效最后到效后进入冷凝器三 工艺计算 （一）估算各效的水分蒸发量，各效蒸汽压力1. 黑液浓度换算： （-波美度 -浓度） 2. 总蒸发量 3.各效的蒸汽压力(表压) ； 由各效的压力差可求的各效的加热室的压力由各效二次蒸汽压力，查教材续表10知相应蒸汽的温度和汽化潜热 表1 各效汽化热及有效温度差值表 参数 效数 较数IIIIIIIV加热蒸汽压强

4、P（）351.33273.83196.33118.83温度T（）138.89130.11119.54104.21汽化热r（)2152.022177.152206.382247.54二次蒸汽压强P（）273.83196.33118.8341.33温度（）130.11119.54104.2175.82汽化热（)2177.152206.382247.542311.18(2） ：根据各效的浓度和二次蒸汽的温度计算各效温度差损失 15与20之间的波美度的换算 : (1)因黑液沸点升高引起的温度差损失由各效完成液的浓度查制浆原理与工程图7-3见下表： 表2 各效因黑液沸点升高引起的温度差损失IIIIIII

5、V黑液浓度x 33.53 49.25 20.47 25.42（15）23.553614.2417.29（20）23.2935.7413.9817.034.819.212.343.05(2)因液柱静压力引起的温度差损失查林产化学工业手册上 表4-7见下表 表3 各效黑液浓度对应比重IIIIIIIV黑液浓度x 33.53 49.25 20.47 25.42比重1.1931.3321.1081.135 . 由平均压力可查表得到对应饱和温度为：表4 各效因液柱静压力引起的温度差损失参数 校数 I II III IV（） 133.2 121.2 104.2 65.7（） 0.96 0.92 1.82 4

6、.75（3）管路流动阻力引起的温度差损失取=1 （三）求各效的沸点及总有效温度差（1）各效料液的温度得 （2）蒸发装置的总温度差损失(3)有效总温度差（4） 表5 各效有效温度差IIIIIIIV（）2.640.8312.8432.63（四） 蒸发器的焓衡算 (1)计算和第三效： 其中有： 热损失有： 第四效：由于有 因为其中：所以热损失有：同理，可得： 代入数据，并化简得：解出方程： （2）各效传热面积 为了便于蒸发器的安装和操作，通常使传热面积相同，即(3)重新分配有效温度差 （4）重新计算各效温度差损失表6 各效因溶液沸点升高引起的温度差 I II III IV黑夜浓度 32.33 50.

7、71 18.47 23.29 23.41 36 13.92 17.22 23.15 35.74 13.66 16.96 2.0 6.8 0.9 1.1 4.80 9.21 0.96 1.82 表7 各效因液柱静压力引起的温度差 黑夜23.413613.9217.22209.4284.3241.6721.331.1941.3321.1071.1361.21.21.21.2216.4592.1648.1928.02123.6797.2180.5165.69122.4194.3176.2760.951.262.904.244.74 表8 各效汽化热及有效温度差值表 参数 效数效数IIIIIIIV加热

8、蒸汽138.83121.4193.3175.272150.112195.432275.812315.99二次蒸汽122.4194.3176.2760.952193.212271.892310.342352.08温度差损失4.809.210.961.821.262.904.244.741111溶液沸点（）128.47106.4281.4767.51有效温度差t（）10.3614.9911.84 7.76将所计算的数据代入方程并化简得：联立上述方程，可以解得： 并进一步可以求得： 为了便于蒸发器的安装和操作，通常使传热面积相同，即取平均面积为 四、结构计算（一）、确定加热管数及其在管板上的排列方式

9、，固定方法1求管数n 采用碳钢管为安全 1.253.31=62.77 65.32取n= 66 根 加热管按正三角形排列，安装方法采用焊接法（正三角形错列） 2.求管心距t取t=65mm求管束中心线上的管数8.97 取=9 图2 加热管排列图（二）加热室尺寸计算1.求加热室内径 为最外层管心至管壳内壁的距离 取 取59 638 取700 2.最小壁厚s,按外压容器计算壁厚查表取s=143.求临界长度 1.17700按长圆筒计（麦草浆）E材料弹性模数 临界压力（）4.稳定性计算：所有钢为A3，查得E=20400()（） 临界应力考虑到圆筒形状不能绝对圆，材料不均匀等因素，临界压力必须有一定的安全强

10、度。 m=3(稳定系数) p为最大设计压力合格5.求壁厚钢板公差（查取） =0.8腐蚀强度 =1加工过程减荡量 =2.5 取3.0 取壁厚 =14（三）分离室计算1.分离室的壁厚因分离室的直径要大于加热室 故取2.直径和高度计算 二次蒸汽体积 取 即H=2D 允许的蒸发体积强度 取1.3表9 分离室的直径与高度IIIIIIIVW964.77911.72794.31784.881.20800.50250.28120.14810.1800.4340.7741.4720.4450.5970.7240.897取整D450600800900H=2D900120016001800（四）花板计算 S:管壁厚

11、度（） 筒体内径（） a常数一般取17 b常数一般取0.0083:系数，一般取中最大一个：制造系数，焊接 =1.00：结构系数 管内介质压力 取1.00：压力系数 取1.00= 取s=32（五）进料室直径与加热室相同，为700，高度H=300400取H=400（六）黑液管路计算黑液比重稀黑液u=1.01.5， 浓黑液 u=0.50.8取效 u3=1.2 ，u4=1.0 ，u1=0.8 ，u2=0.6 黑液流送管径d（出料管）效出料管=0.029=29 查表取32 效出料管 效出料管 查表取32 效出料管 查表取40 查表取40 4条 管路统一取内径 （七） 蒸汽管路计算蒸汽密度T1= 138.

12、83 T2=121.41 T3=93.31 T4=75.27查表得 蒸汽管径d（进汽管），采用离心式除沫室，u取25m/s.效进汽管 查表取内径100效进汽管 查表取内径125 效进汽管 外径133 查表取内径175 效进汽管 外径194 查表取内径225 外径245四条管路统一取内径225， 外径245（八）封头和法兰1.加热室封头 选择椭圆形封头尺寸如下公称直径DN（）700 曲面高度h1=150 直边高度h2=40 内表面积F=0.464 容积 V=0.0396 标记： 分离室封头 选择椭圆形封头表10 分离室封头尺寸 I II III IV公称直径（）450600800900曲面高度（

13、）112150200225直边高度（）40404040内表面积F（）0.2750.4640.7920.880容积V（）0.01830.03960.08710.121壁厚（）16161616标记 图3 分离室封头 3.筒体法兰光滑密封面(甲型平焊法兰JB1158-73) =6公斤/表11 筒体法兰尺寸DN（）法兰螺栓DD1D2bd重量kg数量直径400515480450251813.020M16600715680650251817.228M16800915880850301829.940M16图4 筒体法兰4. 管法兰（平焊法兰HG5010-58） =6公斤/,采用无缝钢管表12 管法兰尺寸DN

14、（）管子法兰螺栓焊缝dH（）S)DD1D2fbd重量数量直径K H40453.513010080316141.2194M124 580894185150128310181.574M165 61001084205170148318182.894M16705 62002196315280258322186.078M16707 8图5 管法兰(9) 平盖手孔（JB589-64）表13 平盖手孔尺寸型式公称直径DD1Hb螺栓数量 规格A1501594.526022520312020168M1660A2502738370335225140241812M1660（10） 视镜(不锈钢制视镜JB593-64

15、)表14 视镜尺寸公称直径视镜玻璃DD1Hb1螺栓数量 规格8095151451205025148M1032五、附属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器1. 冷凝器直径（） W：被冷凝的二次蒸汽量()=784.88 =60.95 V：蒸汽的比容（）=0.1481 ：蒸汽在冷凝器的允许流速（） 在 取=0.245 =245 2. 淋水板的尺寸 淋水孔孔数 时，=25 淋水板小孔总面积 时，=5 取=3 取0.62 冷凝水消耗量 查表得=2608.05 =787.88 =45 =15 =15122.02 =0.00678=956.73 取n=9703.冷凝器中抽出的不凝性气体体积 ()= =8.25

16、=22 由22 查表得=2.67 ，=21.33-2.67=18.66 则=37.69 (二)预热器的传热面积 图6 预热器传热变化加热蒸汽 138.83 =33.64 = =(49003.767-4.187794.31-4.187784.88）(124.36-65.93) =698453.81 =8.87 =324.85 III效 图7 预热器传热过程=25.83 Q=49003.767(79.47-50)=543966.10 =239.02 =1.5 37.69=56.54 （三）真空泵选型冷凝器 真空度=80 选用ZBE1型水环真空泵 （四）支架选用B型悬挂式支座（ JB116573），支座材料采用A3F 图8 B型悬挂式支座结构图表15 支座相关数据公称直径支座的允许负荷（吨）支座的支撑面积（）支撑面上单位压力（公斤/）重量（公斤）6006.0050811.821.1 表16 支座尺寸尺寸（mm）Labcdefhs33022020523534355010036014（五）除沫器金属网的高度可用下式计算 金属网的高度， 进入除雾器的蒸汽量， 进入蒸汽入口直径，通常取为蒸发室直径的 蒸汽流速 采用四层铜网 H=50.75 参考文献1 化工设备设计手册编写组. 材料及零部件（上册）.上