蒸发器设计计算Word文档格式.docx
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鉴于前面已经取1.11的安全系数，如果现在取1303根管，则总面积为：
=500-1.53=498.47安全系数为K==1.108
在安全系数范围内，所以可以不要三根管，取1303根。
3.1.2加热壳体的直径计算
D=t（b-1）+2e
D 壳体直径，m；
t管间距，m；
b 沿直径方向排列的管子数目；
e 外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取e=（1.0～1.5）d0,在此取1.5。
b=2a-1=2×
19-1=37
D=0.054×
（37-1）+2×
1.5×
0.042＝2.07m
参考《糖厂技术准备第三册》［6］第198页表9-2,本次设计常用标准形式的外循环
式蒸发器,型号为TWX-550,有关参数如下表所示
取标准的壳体直径为2400mm，具体参数如下表3-2-1，3-2-2所示：
表3-2-1外循环管蒸发器有关技术参数
型
号
加热体
加
热
厚
度
/mm
最大工作
压力/MPa
汽凝水
管
管数×
管径
条×
mm
直径
D
/mm
加热管
径
/
管长
中心
距
蒸
汽
口
内压
外压
TWX-550
2400
φ
600
14
0.25
0.10
4×
100
42
表3-2-2管蒸发器有关技术参数
蒸发室
捕汁汽
结构
形式
外
循
环
数
量
直
入
汁
设备
质量
/t
负
荷
质
试
水
有效
高度
汽汁
压
力/MPa
内压
4900
800
0.2
0.1
惯性
2
300
125
26.75
34
78
3.3分离室直径与高度的校核
分离室的直径取决于分离室的体积，而分离室体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度有关。
分离室体积计算式：
Vi=Wi/3600ρiUi
根据由蒸发器工艺计算中得到的各效二次蒸汽蒸发量，再从蒸发体积强度U的数值范围内选取一个值，就可由上式算出分离室的体积。
一般来说，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也不相同，按上式计算得到的分离室的体积也不会相同，通常末效体积最大。
根据《化工原理上册》［5］附录表4，查得各效蒸汽密度如下表3-3所示：
表3-3各效汁汽密度
效数
I
II
III
IV
汁汽温度ti（℃）
101.4
88.37
74.42
55.32
汁汽汽化潜热ri（kJ/kg）
2254.8
2287.1
2317.5
2365.8
效蒸汽密度（kg/m3）
0.6887
0.4001
0.2365
0.1060
=16340（kg/h） =11093 （kg/h）
=3699（kg/h） ＝2242（kg/h）
蒸发体积强度一般允许值为1.1-1.5m3/（m3.s）,在此取Ui=1.5m3/（m3.s）。
则各效的分离室体积如下：
V1=/3600ρ1U1=16340/（3600×
0.68874×
1.5）=4.39m3
V2=/3600ρ2U2=11093/（3600×
0.4001×
1.5）=5.13m3
V3=/3600ρ3U3=3699/（3600×
0.2365×
1.5）=2.90m3
V4=/3600ρ4U4=2242/（3600×
0.1060×
1.5）=3.92m3
为方便起见，各效分离室的尺寸取一致，分离室体积取其中较大者
V=V4=5.13m3，为安全起见，取1.1的安全系数，即分离室的体积取为：
V=5.13×
1.1＝5.64m3
确定了分离室的体积，其高度与直径符合V=лD2H/4关系，确定高度与直径应考
虑以下原则：
（1） 分离室的高度与直径比H/D=1～2。
分离室的直径不能太小，否则二次蒸汽
流速过大，导致雾沫夹带现象严重。
（2） 在条件允许的情况下，分离室的直径应尽量与加热室相同，这样可使结构简单，制造方便。
（3） 高度和直径都适合于施工现场的安装。
体积与高度的关系式：
V=лD2H/4
根据一般分离室的高度与直径比H/D=1~2，在此，取H/D=1.5
则得
约为1685mm
D=（8V/3л）1/3=［（8×
5.64）/（3×
3.1416）］1/3=1684.6mm，
H=1.5D=1.5×
1685=2527.5mm计算结果与上表3-2-1,3-2-1相比,
D=1685<
3000H=2527.5<
所以选择型号为TWX-550,内满足设计的要求。
在满足生产要求的前提下，考虑制造和安装的方便性，该分离器的壁厚选取与换热器的一致，即为14mm。
3.4接管尺寸的校核
流体进出口接管的内径计算式：
d=（4Us/лu）1/2
3.4.1溶液进出口各效设备尺寸一致，进出口直径相同。
根据溶液流量最大的第一效溶液流量确定接管直径。
溶液的适宜流速按强制流动取值，根据《糖汁加热与蒸发》[1]P168表6-5取u1=1.2m/s.
以进效浓度为准，查《制糖工业试验》[7]可得进效清汁密度为1056kg/m3
溶液体积流量Vs=F/3600ρ1=43200/（3600×
1056）=0.01136m3/s，
则d=[（4×
0.01136）/（3.1416×
1.2）]1/2=0.11m，即取d=110mm
与上表3-2-1,3-2-1相比,d=110﹤125mm
所以选择型号为TWX-550,能满足设计的要求。
3.4.2加热蒸汽进出与二次蒸汽出口设计各效结构尺寸一致，两进出口直径相同。
由于末效体积流量最大，则根据末效体积流量来设蒸汽计进出口的直径。
根据《糖汁加热与蒸发》[1]167页表6-4查得蒸汽流速u4=30～40m/s，取u4=30m/s
蒸汽体积流速量Vs=/3600ρ4=2242/（3600*0.1060）=5.88m3/s
5.88）/（3.1416×
30）]1/2=499mm，d=499﹤600，满足要求。
3.4.3冷凝水出口按上表3-2-1的技术标准参数，选用80mm，共4根。
3.5人孔的选择
可以参考《换热器设计》[8]按一般标准，圆形人孔450～500mm，选取孔径：
Dg=500mm。
3.6封头的选择
参考《糖汁加热与蒸发》[1]P159,一般情况下蒸发罐多采用半椭球形封头和碟形封头,,本设计采用标准半椭球形封头封头,具体参数见下表3-3所示:
表3-3标准半椭球形封头
封头材料碳素钢低碳合金钢复合钢板 不锈钢
封头壁厚/mm
4~8
10~18
>
20
3~9
直边高度/mm
25
40
50
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,壁厚为14mm,所以选择直边高度为40mm。
3.7计算结果如表3-4所示：
表3-4蒸发器的主要参数
加热器直径
2400mm
溶液进出口内径
125mm
加热管数目
1303
蒸汽进出口内径
600mm
分离室直径
3000mm
冷凝水出口内径
100mm
分离室高度
4900mm
人孔
500mm
3.8底座的选择
底座的选择主要考虑设备试水质量，本设计的试水质量为78t,由于质量较大，
故采用裙式支座，裙式支座选择低碳合金钢，壁厚为28mm,内径为
2400+28=2428mm,考虑安装的方便，支座的内径应该比加热体的外径稍大，可以
约取2440mm，
3.9法兰的
法兰的选择应该考虑蒸发器的最大工作压强（在此以PN0.25为现在基准），以及被连接件的直径。
参考《化工设备设计基础》P60-65表2-16，2-17，2-18以及2-19，本次设计采用平焊法兰（GB9115.5-88），同时选出对应的的螺栓螺母，材料为全为Q235-A,具体如下表3-3所示。
表3-3连接件管法兰以及螺栓的选择（GB9115.5-88）
连接件
上封头
下封头
加热蒸汽入口管
汽凝冷水管
汁汽管
外循环管
入汁管
公称直径
φ3000
φ2400
φ600
φ100
φ800
φ300
φ125
所选法兰
Dg3000
Dg2400
Dg600
Dg100
Dg800
Dg300
Dg125
螺栓
M39
×
24
M24
M16
4
M27
M20
12
8
螺母
鉴于影响连接件的密封性的主要因素为垫片，一般垫片选用耐油橡胶石棉网，厚
度为δ＝２
mm。
3.10画图及说明
采用CAD画图，四效并流外循环式蒸发流程简介：
四效并流外循环式蒸发装置
的流程图如附图所示，原料液由贮液槽经离心泵打入清汁加热器交换器1，在加
热使料液温度接近达到80℃，然后进入蒸发装置的第一效2。
生蒸汽通入第一效，
在第一效中生成的二次蒸汽经过抽取一定量的汁汽后，送到第二效作加热蒸汽
用。
第一效中被浓缩的溶液也进入第二效。
依此类推，第二，三效也进行抽汁汽，
在进入下一效作为加热蒸汽。
用真空泵9排除不凝性气体，维持蒸汽冷凝器8
为负压。
各效间的压强降，使溶液和二次蒸汽能自动流到下一效。
蒸汽冷凝器中
冷却水和冷凝液的混合物从气压管排出，具体参见附录2。
蒸发器全部结构和部件均采用实际尺寸标注，装配图按照标准外循环式
TWX-550的技术参数进行作图，具体见附录2。
第四章设计结果讨论
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