南林大黑液四效蒸发器设计

1、XX大学化工原理学院（系）：专业：学生姓名： 学号：课程设计题目：造纸厂四效黑液蒸发器设计 起讫日期： _课程设计地点：指导教师： 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 15（二）加热室尺寸计算 15（三）分离室计算 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

2、 21五、附属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器 21（二）预热器 23（三）真空泵 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 ：5000 kg/h2: 进料浓度：9 Be(15 C)出料浓度：35 Be(15 C )3：加热蒸汽压力 : 0.25 MPa4: 末效真空度 ：60kPa5: 各效传热系数：K11150 W/(m 2 ?K)K2 750 W/(m 2?K)K32870 W/(m 2 ?K)2K4 1150 W/(m 2 ?K)6： 黑液比热 ：cp3.767 (kJ/kg ?C )7： 热利用系数：0.98：蒸汽流向

3、：In川 V黑液流向 ：IVIn9:黑液进I,U前均有预热器的加热至该效沸点10：进料温度： 50 C11：预热器的传热系数： K 650 W/(m 2?K)12:加热管采用厂方提供的51 X3 6000碳素钢管流程图（见附图）注释：图示蒸发器为错流蒸发器，黑液进入预热器加热使其低于第三效蒸发器沸点， 然后进入川效后再去到W效，再由泵将黑液输入到预热器加热该效沸点进入I效 最后进入n效变为完成液。气体：由I效进入n效再到川效最后到w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：本设计所选用的浆种为麦草浆y 1.46X-1.85（ x-波美度y-浓度）yi%

4、 1.46 9-1.85 11.29% xy2%1.46 35-1.8549.25% x22. 总蒸发量W F(1-鱼)X2=5000(1-11.29% )49.25%)=3853.81 kg/hW2 W3 W4 W=3853=963.45 kg/h44FxF -W3= 5000 11.29%5000-963.45= 13.98%X4FxoF -W3 -W4=5000 11.29%= 5000-963.45 2= 18.37%xiF -W3-Wt-WFx。=5000 11.29% 5000-963.45 3=26.76%X249.25%3.各效的蒸汽压力P fLAnQ p 0.25 103 k

5、Pa（表压）R60 kPa（表压）3R 0.25 10101.33 351.33kPa （绝压）R 101.336041.33 kRa（绝压）351.33 41.33n77.5 kPa由各效的压力差可求的各效的加热室的压力R RR 351.33 77.5273.83 kPaP2R 2 P 351.33 2 77.5 196.33kPaF3 R1 3 P 351.33 3 77.5 118.83kPaF4 41.33 kPa 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，见表 1效数表1各效汽化热及有效温度差值表IIIIIIIV加热蒸 汽加热蒸压强P ( kPa)351.3327

6、3.83196.33汽温度T (C)138.92130.114119.54加热蒸汽化热r2151.932177.152206.38汽(kJ /kg )二次蒸 汽压强p( kPa273.83196.33118.83二次蒸汽温度T (C)130.114119.54104.21二次蒸汽化热r汽(kJ / kg )2177.152206.382247.54118.83104.212247.5441.3375.822311.18(二)：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 C与20C之间的波美度的换算：x(15 C) =x(20 C) 0.052(20 C 15 C)(1)因黑液沸点升高

7、引起的温度差损失由各效完成液的浓度Xi查制浆原理与工程图7-3见表2表2各效因黑液沸点升高引起的温度差损失效数IIIIIIIV黑液浓度x26.7649.2513.9818.37Be (15C)19.603510.8413.85Be (20C)19.3434.7410.5813.59I02.216.851.01.210f 0.01622仃273)r10I2.677.751.031.02(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，见表3表3各效黑液浓度对应比重效数1IIIIIIV黑液浓度x26.7649.2513.9818.37比重1.1551.3161.0811.105Q

8、Pm P -gL2PmP21.155 9.81 1.2 =271.83+=278.63 kPaP2=196.33+1.316 9.81 1.222gL2=204.08 kPaFm3P33gL2Pm44gL2=118.83+1.081 9.81 1.22=125.19 kPa=41.33+ 一=47.61 kPa9.81 1.22由平均压力可查表得到对应饱和温度为：由平均压力可查化工原理(上册)续表10得到对应饱和温度为，见表4表4各效因液柱静压力引起的温度差损失效数1IIIIIIVTpm (C)131.0120.8106.080.1I2.677.751.031.02Tpm T (C)0.891

9、.261.794.28(3)管路流动阻力引起的温度差损失取 =1 C(三)求各效的沸点及总有效温度差(1) 各效料液的温度t T得t1134.67 C t2129.55 C t3108.03 C t482.12 C(2) 蒸发装置的总温度差损失24.69 C(3) 有效总温度差t (T1 花)38.41 C求得各效有效温度差，见表5表5各效有效温度差效数IIIIIIIVt T t(C)4.250.5611.5122.09（四）蒸发器的焓衡算计算W和D1第三效：FhD3W3hw3)(F W3)h3 W3H3FCpotD3r3(F W)Cp3t3 W4H3其中有：W3r3Fc(t。t3)W3r3热

10、损失有:W3r3W2 r3FCp(t0t3 )第四效：(F W3)h3W3H4W4H4 (F W3 也九 W3hw4由于有(F W3)h3F(Cpc W3Cpw)t3因为其中:(F W3W4)Cp4FC po W3CpwW4 Cpw ; H 4r3C pwt1所以热损失有：Wr4W3r4(FCpoW3Cpw)(t3t4)同理，可得：wr(FCpoW3CpwWlCpw)(t4t1)WO(FCpo%WqCpwW ( mm )40404040内表面积F ( mm )0.2240.4640.6190.792容积V ( mm220.03960.0600.0871壁厚 (mm )500222222标记DN

11、450 22DN600 22DN700 22DN800 22IIIV效数直径DN3.筒体法兰光滑密封面(甲型平焊法兰JB1158-73) PN =6 Kg/ cm2由公称直径DN查化工制图P97,得到相应尺寸，见表11表11筒体法兰尺寸法兰螺栓DN（、DD1 D2b d 数 直径（mm）曰量50061558040301820M16600715680640321824M16700830790745362324M20800930890845402324M204.管法兰（平焊法兰 HG5010-58 PN=6 Kg/ mm2,采用无缝钢管，尺寸见 表12。表12管法兰尺寸管子法兰螺栓焊缝DN(mm)

12、dHS重量数（DD1D2fbd.直径K Hmm)kg量mm)40453.513010080316141.2194M124580894185150128310181.574M16561001084205170148318182.894M1670562002196315280258322186.078M167078（九）平盖手孔（JB589-64）平盖手孔相应尺寸数值，见表13。表13平盖手孔尺寸公称SDD1HH1bbi螺栓形式直径DNDh数量规格A1501594.526022520312020168M16 60A2502738370335225140241812M16 60（十）视镜（不锈钢制视

13、镜HJB5901-86）查化工制图国防工业出版社，可查得视镜尺寸，见表14表14视镜尺寸公称压力公称直径DgPgD2kgf/cm (MPa)螺柱数量n 直径d质量/kg标准图图号（不锈钢）8010( 0.98)1601303624868M126.8五、附属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器1.冷凝器直径（dc）deW :被冷凝的二次蒸汽量（kg/h ）W4 =784.88kg/h=0.2500T4 =60.95 V :蒸汽的比容 1.009 （ m3/kg ）us :蒸汽在冷凝器的允许流速（m/s）在 P 1 104 : 2 104 Pa取 us 35 : 55 m/sdc 0.023 WV 0

14、.023 ,868.21 1.009V usV 45 0.250.203 m203 mm2. 淋水板的尺寸501000dc2c 1000 0.203 502151.5mm淋水孔孔数f 6n 1.272 10d。dc 1 时，do =25 mm淋水板小孔总面积fWw3600ug w冷凝水消耗量Wwde 1 时，d =5 mm 取 do =3 mmu0 取 0.62 m/sWwW4(H4Cwt2)Cw(t2 t1 )WwW4W4Cwt?)Cw(t2t1)Ww0.007583600 0.62 998.95n 1.27 O00?58 1061069.623取 n=11003.冷凝器中抽出的不凝性气体体

15、积Vh ( m3/h)V0.289Ga(273 ta)Vhpa5Ga2.5 10 (Ww WJ 0.01W=2.5105 (16910.26868.21)0.01 868.21 9.13 kg/htat14 0.1 (t2 t1) 15 4 0.1 (45 15) =22 C由22C 查表得 FS=2.67 KPa , F FC PS =41.33-2.67=38.66 KPa则VhO.289 9.13 (273 22) 20.13 m3/h38.66(二)预热器的传热面积加热蒸汽T1 140.14 CVtm (T1 t4 厲=26.73 C(T1 t4)In(T1 tjKSVtm (F W3

16、W4)Cp(t1 t4)D r1 Q(FCp0W3CpwW4Cpw)(t1t4)(50003.767-4.187 902.64- 4.187 868.21)(131.02-81.08)=570337.33kJ/h查表得 H4=2634.94 kJ/kg W4 =868.21 kg/h t2=45 C t1=15 C4.187 (45 15)W 86&21 (2634.94 T87 45 16910.26 kg/hS 丄570337.339.12 m2KVtm 650 26.73 3.6D Q 57033733 255.26 kg/h r12234.35III效Vtm(T3 t) (T3 t3)

17、=25.82 Cin(T3 t3)KSVtm WCp(t3 to)D r3QQ =5000 3.767 (93-50)=809905 kJ/hQKVtm809905650 25.82 3.613.4 m28099052257.58358.75 kJ/hV 1.5Vh 1.5 20.13 30.2 m3/h（三）真空泵选型冷凝器真空度Pk=60 kPa 选用ZBE1型水环真空泵（四）支架选用B型悬挂式支座（JB1165 73）,支座材料采用A3F支座相关尺寸，见表15。表15支座相关数据支座本体允许载荷Q /kN公称直径DN底板/mm钢板/mmd2100800310150108941206160

18、20支每增支座/mm座加高度D质100 mm变化Dr量高度上限规的质值格/kg量kgM165004.80.8500d33 d4 d5垫板地脚螺栓/mm（五）除沫器选择离心式除沫器蒸汽射出角=155= 180 - =180 -155 =25D1D212.36D12.36 200472 mmsin 25D1 :二次蒸汽进口孔直径；D2 :叶轮外径。叶片间的距离b用下式求出：D1S：叶片厚度，一般取 5 : 8 mmn：叶片数目，约为16 : 22片。D S 3-14 200 6n2025.4 mm叶片的高度h可按下式计算:nub0.96520 25.4 2510675.98 mm参考文献1 马瑞金、金玲主编 .上海市教育委员会组编 .化工制图 .上海：上海科学技 术文献出版社2 化工设备设计手册编写组编 . 材料及零部件 （ 上册 ）. 上海 : 上海人民出版 社， 19733 程康华 . 黑液蒸发器设计指导书 . 南京林业大学自编讲义4云智勉. 蒸发器. 第