毕业论文范文——固定管板式换热器.doc

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摘要:

此次设计的生产装置为一种常见的、结构简单、于生产上应用广泛的中间循环式蒸发器。

、其属于固定管板式换热器。

本次设计包含三效蒸发原理，蒸发器的设计。

而蒸发器的设计又包含蒸发器类型的选取、热力的计算、部件的选取和计算、开孔和开孔补强、法兰、接管的选取、除沫器及支座等等的设计、计算和校核。

此次设计的重点为蒸发器的设计。

因为介质是食品类，所以对蒸发器壳体材料的选择、焊接及部件间的连接等等有较高的要求。

因为蒸发器内压力与温度都不是太高，所以作为一类压力容器来设计。

而其中焊接，无损检测的要求较严格。

设计难点是热力计算、蒸发器各部件的尺寸计算及材料选择等。

关键词：

蒸发器；三效蒸发；热力计算

Abstract:

thedesignoftheproductiondeviceisacommon,simplestructure,intheproductionofintermediatecirculationevaporatorwidely.,whichbelongstothefixedtubeplateheatexchanger.Thedesigncontainsthreeeffectevaporationprinciple,evaporatordesign.Thedesignalsoincludesanevaporatorevaporatortypeselection,thermodynamiccalculation,componentselectionandcalculation,openingandopeningreinforcement,flange,pipeselection,demisterandsupport,design,calculationandcheck.

Designfortheevaporatorandthedesignkeys.Becausethemediaisfood,sotheevaporatorshellmaterialselection,weldingandcomponentisconnectedandsoonhavehigherrequirements.Becauseofthepressureandtemperatureintheevaporatorisnottoohigh,soasthefirstclasspressurevesseldesign.Whilewelding,NDTrequirementsmorestringentthan.Thedesignisdifficultpartsofthermodynamiccalculation,theevaporatorsizecalculationandmaterialselection.

Keywords:

Evaporator；Three-effectevaporation；Thermodynamiccalculation

1概述

1·1蒸发及蒸发流程

蒸发是采用加热的方法，使得含有不挥发性的杂质（如盐）的溶液沸腾，去除其中被汽化单位的部分杂质，使溶液浓缩的单元操作过程。

蒸发操作广泛使用于浓缩各种不挥发性的物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较常见的单元操作。

化工生产中的蒸发主要用于如下几种目的：

1、获得浓缩的溶液产品；

2、将溶液蒸发增浓之后，冷却结晶而获得固体产品，如烧碱、抗生素、糖等产品；

3、脱除杂质，获得纯净的溶剂或者半成品，如海水淡化。

进行蒸发操作的设备就叫做蒸发器。

蒸发器内部要有足够的加热面积，使溶液受热而沸腾。

溶液在蒸发器内因为各处密度的差异而形成循环流动，被浓缩到规定的浓度后排出蒸发器外部。

蒸发器内备要有足够的分离空间，以除去汽化的蒸汽夹带的雾沫和液滴，或装有适当形式的除沫器用以除去液沫，排出的蒸汽若不再利用，应将其在冷凝器中冷凝。

蒸发过程中经常使用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把用作热源的蒸汽称做一次蒸汽，从溶液中蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽。

1·2蒸发操作的分类

蒸发操作按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上的大多数蒸发过程是连续稳定操作的过程。

按二次蒸汽利用的情况可分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不利用，直接在冷凝器冷凝后排出，这种操作称之为单效蒸发。

如把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合来使用，这种操作称之为多效蒸发。

在多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。

蒸发操作按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。

真空蒸发有很多优点：

（1）、在低压操作下，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差值，减小蒸发器传热面积；

（2）、可以利用低压蒸气当作加热剂；

（3）、有利于热敏性物料的蒸发；

（4）、操作温度较低，热损失较小。

在加压蒸发中得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气来利用。

因此，单效蒸发多是真空蒸发；多效蒸发的前效是加压或常压操作，而后效则在真空下操作。

1·3蒸发操作的特点

从上面对蒸发过程的简要介绍可知，常见的蒸发壁两侧边分别为蒸气冷凝及液体沸腾的传热过程，蒸发器也即一种换热器。

但和一般的传热过程相比，蒸发操作有如下特点:

（1）沸点升高蒸发的溶液中含不挥发性溶质，在压力下溶液的蒸气压较同温下纯溶剂蒸气压要低，使溶液沸点高于纯溶液沸点，这种现象称为溶液沸点的升高。

在加热蒸气温度一定情况下，蒸发溶液的时候的传热温差必然小于加热溶剂的纯热温差，且溶液的浓度越高，这种影响就越显著。

（2）物料工艺特性蒸发溶液本身具有一些特性，如有些物料在浓缩的时候可能析出晶体，或者易于结垢；有些则有较大的黏度或者较强的腐蚀性等。

怎样根据物料的特性和工艺的要求，选择适当的蒸发流程和设备是蒸发操作必须考虑的问题。

（3）节约能源蒸发时汽化的溶剂量大，需要消耗大量的加热蒸气。

怎样充分利用热量，提高加热蒸气利用率是蒸发操作要考虑在内的另一个关键点。

1·4蒸发设备

  蒸发设备的作用是使得进入蒸发器的原料液体被加热，部分会气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所带的液滴和雾沫分离。

  蒸发主体设备为蒸发器，它由加热室和蒸发室等组成。

蒸发的辅助设备还包括：

使液沫进一步分离的除沫器、使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。

减压操作时还需要真空装置。

分述如下：

 由于生产要求不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。

对常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：

（1）循环型蒸发器

  特点：

溶液在蒸发器中循环流动，蒸发器内溶液浓度大体相同，接近完成液浓度。

操作稳定。

这类蒸发器主要有

  a.中央循环管式蒸发器，

  b.悬筐式蒸发器

c.外热式蒸发器，

d.列文式蒸发器

e.强制循环蒸发器。

a、b、c、d四种为自然循环蒸发器。

（2）单程型蒸发器

  特点：

溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。

  优点：

溶液停留时间短，所以尤其适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。

  缺点：

设计或操作不当的时候不易成膜，热流量将会明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。

  这类蒸发器主要有

    a.升膜式蒸发器，

    b.降膜式蒸发器，

    c.刮板式蒸发器

本次设计采用的是中央循环管式蒸发器：

结构和原理：

其下部的加热室由垂直管束组成，中间有根直径较大的中央循环管。

当管内液体被加热沸腾的时候，中央循环管内的气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。

在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，由加热管上升，做自然循环流动。

溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。

这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用广泛，有“标准蒸发器”之称。

为了使得溶液有良好的循环，中央循环管的截面积一般为其余加热管总截面积的40%～100%；加热管的高度一般在1～2m；加热管径在25～75mm之间。

而实际上，因为结构上的限制，其循环速度一般在0.4～0.5m/s以下；蒸发器内的溶液浓度始终接近完成液浓度；清洗和维修也不太方便。

2蒸发工艺设计计算

2·1设计参数

=0.1，=0.5；

=27；

=2.055×Pa，=0.14×Pa；

F=22700kg/h；

C=4.19-2.35XkJ/（kg·℃）

注：

（C此处表示为比热容）；

=3120w/m2k，=1990w/m2k，=1140w/m2k，各效传热面积相等。

=1.78x+6.22。

年生产要达到1.6万吨（按每年280工作日算），

则蔗糖的质量流量

体积流量㎥／s。

2·2部分设计参数符号

剩余符号正文有标明

2·3蒸浓液浓度计算

多效蒸发工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算和传热速率方程。

计算的主要项目有：

加热蒸气（生蒸气）消耗量、各效溶剂蒸发量及各效传热面积。

已知计算参数有：

料液流量、温度、浓度，最终完成液浓度、加热蒸气压强和冷凝器中压强等。

蒸发器的设计计算步骤：

多效蒸发的计算一般使用试算法。

（1）根据工艺要求和溶液性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及冷凝器压强），蒸发器的形式、流程和效数。

（2）根据生产经验的数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液浓度。

（3）根据经验假设蒸气通过各效压强降相等，估算个效溶液沸点和有效的总温差。

（4）根据蒸发器的焓衡算，求得各效的蒸发量和传热量。

（5）根据传热速率方程计算各效传热面积。

若求得各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3）到（5），直到所求得各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。

图2.1并流多效蒸发淡糖浓缩工艺流程图

所以由=0.1，=0.5，F=22700kg/h

可得总蒸发量W=F（1-/）=18160kg/h

=0.1，=0.5，F=22700kg/h

可得总蒸发量W=F（1-/）=18160kg/h

并流加料蒸发中没有额外蒸汽的引出,可设W:

W2:

W3=1:

1.1:

1.2

则=W×1/（1+1.1+1.2）=5503.03kg/h

=W×1.1/（1+1.1+1.2）=6053.33kg/h

=W×1.2/（1+1.1+1.2）=6603.64kg/h

综合上述数据由=F/（F----…-）

则可得=F/（F-）=0.132

=F/（F--）=0.204

=F/（F-W）=0.5

2·4有效温度差的确定

将上得=0.132，=0.204，=0.5代进=1.78x+6.22；

则可得=0.343℃；=0.622℃；=3.41℃。

由=[（1/）/],

又为2.055×Pa时=120.9℃，

为0.14×Pa时=51.4℃

注：

由《化工原理》附录3，

已知=3120w/m2k，=1990w/m2k，=1140w/m2k；

则有=（-）-=66.1℃；

=×（1/）/（1/+1/+1