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1、第一章 前言 1.1概述 1.1.1蒸发及蒸发流程蒸发是采用加热的方法，使含有不易挥发性杂质（如盐类）的溶液沸腾并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。蒸发操作广泛用于浓缩各种不易挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较为常见的单元操作。化工生产中蒸发主要用于以下几种目的：1、获得浓缩的溶液产品；2、将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用以获得固体产品，如烧碱、抗生素、糖等产品；3、脱除杂质，获得纯净的溶剂或半成品，如海水淡化。蒸发器内要有足够的加热面积，使溶液受热沸腾。溶液在蒸发器内因各处密度的差异而形成某种循环流动，被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。分离
2、器内备有足够的分离空间，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，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称作一次蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽。 1.1.2蒸发操作的分类按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。若把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次
3、蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。真空蒸发有许多优点：1、在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差，减小蒸发器的传热面积；2、可以利用低压蒸汽作为加热剂；3、有利于对热敏性物料的蒸发；4、操作温度低，热损失较小。在加压蒸发中，所得到的二次蒸汽温度较高，可作为下一效的加热蒸汽加以利用。因此，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效多为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。1 1.1.3蒸发操作的特点从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发壁面两侧分别为蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。但和一般的传热过程
4、相比，蒸发操作又有如下特点:1、沸点升高：蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可知：在相同温度下，溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压低，因此，在相同的压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温度一定时，蒸发溶液时的传热温差必定小于蒸发纯溶剂时的传热温差，而溶液的浓度越大，这种影响就越显著。2、物料的工艺特性：蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析出晶体或易于结垢，有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性。如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作必须要考虑的问题。3、节约能源：蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较多的加热蒸汽。二次蒸汽的利用是蒸发操作中
5、要考虑的关键问题之一。 1.1.4蒸发设备及蒸发器的类型蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸汽，并使之与所夹带的雾沫和液滴相分离。蒸发的主体设备是蒸发器，蒸发的辅助设备包括：分离器、除沫器、冷凝器和预热器等。减压操作时还需真空装置。由于生产要求的不同，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：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于完成液的浓度。 优点：传热效率高，投资费用较小；结构简单，操作可靠，应用广泛，有“标准蒸发器”之称。缺点：完
6、成液粘度大，沸点高；不易清洗和检修，溶液循环速度低 0.5m/s。此类蒸发器主要有：(1)、中央循环管式蒸发器；(2)、悬框式蒸发器；(3)、外热式蒸发器；(4)、列文式蒸发器；(5)、强制循环蒸发器。其中，前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。2优点：溶液停留时间短，故特别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：设计或操作不当时不易成膜，传热效率将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。此类蒸发器主要有：(1)、升膜式蒸发器；(2)、降膜式式蒸发器；(3)、刮板式蒸发器。 1.1.5蒸发器类型的选择本次设计采用的是
7、升膜式板式蒸发器。结构和原理：板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板片上有四个管口，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。板式蒸发器的优点：1、体积小，占地面积少；2、传热效率高；3、组装灵活；4、金属消耗量低；5、热损失小；6、拆卸、清洗、检修方便；7、运行安全可靠。板式蒸发器缺点：1、
8、垫圈密封要求高；2、操作温度受限；3、承受压差较小；4、板间间隙小不能处理含固体微粒的物料。 1.1.6板式蒸发器组装图板式蒸发器如下图：3 图1.1板式蒸发器组装图Fig.1.1 Plate assembly the evaporator 4第二章 蒸发系统设计计算 2.1蒸发系统流程图 图2.1三效板式升膜蒸发系统流程图Fig. 2.1 Three effects plate-type up-film evaporation system processes 三效升膜式板式蒸发系统流程：锅炉产生蒸汽，一部分通入第一效蒸发器，一部分通入预热器加热进口物料。通入第一效蒸发器的加热蒸汽加热由卫生
9、泵从预热器抽到第一效蒸发器的物料，加热蒸汽冷凝成冷凝水通入冷凝水罐，物料经过加热产生二次蒸汽，二次蒸汽将物料带到第一效分离器，经过分离器分离成二次蒸汽和物料。二次蒸汽通入第二效蒸发器加热由卫生泵从第一效分离器抽到第二效蒸发器的物料，二次蒸汽冷凝成冷凝水通入冷凝水罐，物料经过加热产生二次蒸汽，二次蒸汽将物料带到第二效分离器，经过分离器分离成二次蒸汽和物料。二次蒸汽通入第三效蒸发器加热由卫生泵从第二效分离器抽到第三效蒸发器的物料，二次蒸汽冷凝成冷凝水通入冷凝水罐，物料经过加热产生二次蒸汽，二次蒸汽将物料带到第三效分离器，经过分离器分离成二次蒸汽和物料。物料通入物料罐，二次蒸汽通入冷凝器冷凝成冷凝水
10、通入冷凝水罐。 52.2蒸发系统设计计算 2.2.1三效蒸发系统计算方法三效蒸发系统的计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸汽（生蒸汽）的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸汽的温度，第一、二、三效蒸发器蒸发温度和传热系数等。蒸发器的设计计算步骤如下：1、根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件，蒸发器的形式、流程和效数；2、根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度；3、根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量；4、根据传热速率方程计算各效的传热面积。 2.2.2蒸
11、发系统设计初始数据1、蒸发量W为2500kg/h2、料液浓度x0为12%（wt%）质量分率3、产品浓度x3为 65%（wt%）质量分率4、加热蒸汽温度t0）为 1055、第一效蒸发温度t1为 856、第二效蒸发温度t2为 747、第三效蒸发温度t3为 608、加料方式为三效并流加料9、原料液温度为2010、各效蒸发器的传热系数分别为K1= K2= K3=1500W/（m2K） 2.2.3各效浓液浓度的计算已知蒸发量的计算公式为：W=F（1x0） （2-1） 3x已知蒸发量W=2500kg/h,则进料量F为：F=W2500=3066kg/h 13并流加料蒸发中无额外蒸汽引出，可设W1=W2=W3
12、，而W1+W2+W3=2500kg/h，由以上二式可得：6W1=833.34kg/hW2=833.33kg/hW3=833.33kg/h由蒸发量计算各效浓液浓度Fx030660.12367.92x1=0.165 1Fx030660.12367.92x2=0.263 12x3=0.65 2.2.4加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算第i效的焓衡算式为：Qi=Diri= Fcp0W1cpwW2cpwWi1cpw ti1ti +Wir （2-2） 有上式可求得第i效的蒸发量Wi。若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发器的热损失时，尚需考虑热利用系数。一般溶液的蒸发，可取得0.94-0.7x（式中x为溶液的
13、浓度变化，以质量分率表示）。第i效的蒸发量Wi的计算式为𝑊𝑖=𝜂i𝐷𝑖𝑟i+（𝐹𝑐𝑝0𝑊1𝑐𝑝𝑤𝑊2𝑐p𝑤𝑊𝑖1𝑐p𝑤）𝑖𝑟𝑡𝑖1𝑡𝑖𝑟i （2-3）式中 Di-第i效
14、的加热蒸汽量，当无额外蒸汽抽出时Di=Wi1ri-第i效加热蒸汽的汽化潜热ri-第i效二次蒸汽的汽化潜热cp0-原料液的比热cpw-水的比热ti,ti1-分别为第i效及第i-1效溶液的沸点i-第i效的热利用系数已知t1=85，t2=74，t3=60，则1=0.940.7 0.1650.12 =0.9085由查表可知，r1=2245.5kJ/kg,r1=2295.3kJ/kg,代入𝑊1=𝜂1𝐷1𝑟1/𝑟1=0.9085D12245.5/2295.3=0.889D1 (2-4)第二效的蒸发量W2的计算式为：W1r2t1
15、t2+ FcWc p01pw 222=0.940.7 x2x1 =0.940.7 0.2630.163 =0.8714 W2=2由查表可知，r2=2295.3kJ/kg,r2=2318.2kJ/kg,代入2295.38574W2=0.8714W+ 30664.24.2W1 1=0.8714(0.99W1+61.10.02W1)=0.845W1+53.243 (2-5)7第三效的蒸发量W3的计算式为：WW3=32r3t2t3+ Fcp0W31cpwW2cpw 33=0.940.7 x3x2 =0.940.7 0.650.263 =0.6691由查表可知，r3=2318.2kJ/kg,r3=235
16、7.6kJ/kg,代入W0.66912318.2W2+ 30664.24.2W74603=14.2W2 =0.6691（0.9833W2+76.470.025W10.025W2）=0.641W2+51.170.017W1 (2-6)又因W1+W2+W3=2500 联立（2-4）,（2-5）,（2-6）,（2-7）式解得W1=996kg/h W2=895kg/h W3=609kg/h D1=1120kg/h 2.2.5蒸发器传热面积计算任意一效的传热速率方程为Si=QiKiti式中Qi-第i效的传热速率，WKi-第i效的传热系数，W/（m2） ti-第i效的传热温度差， Si-第i效的传热面积，
17、m2 各效蒸发器的传热系数为：K1=1500W/（m2) ,K2=1500W/（m2),K3=1500W/（m2),则 第一效蒸发器传热面积S1为：Q1=D1r1=11202245.510003600=7105wt1=t0t1=10585=20Q1=111=7105S=23.33m2第二效蒸发器传热面积S2为：Q2=W1r1=9962295.310003600=6.35105wt2=t1t2=8574=11Q2=222=6.35105S=38.5m2第三效蒸发器传热面积S3为：82-7）2-8）（Q3=W2r2=8952318.210003600=5.76105wt3=t2t3=7460=14
18、Q35.76105S3=27.43m2332.2.6蒸发器计算结果列表表2.1蒸发器计算结果列表 Table 2.1 Evaporator calculations list9第三章 蒸发系统主要设备设计 3.1蒸发器板片设计 3.1.1加热蒸汽进口尺寸设计已知饱和蒸汽的流速为1030m/s，取第一效加热蒸汽流速u=12m/s，已知105时，饱和蒸汽密度为=0.7036kg/m3，则加热蒸汽进口面积S0为：V0D11120S0=0.037m2 00验算第二效加热蒸汽进口面积为S0时，其加热蒸汽流速是否满足1030m/s，已知85时，饱和蒸汽密度1=0.3531kg/m3，则加热蒸汽流速ua为：
19、VaW1996ua=21.18m/s 010由于10<ua<30，所以第二效加热蒸汽进口面积为S0满足要求。验算第三效加热蒸汽进口面积为S0时，其加热蒸汽流速是否满足1030m/s，已知74时，饱和蒸汽密度2=0.2329kg/m3，则加热蒸汽流速ub为：VbW2895ub=28.85m/s 020由于10<ub<30，所以第三效加热蒸汽进口面积为S0满足要求。所以板片加热蒸汽进口面积S0=0.037m2满足要求，蒸汽进口设计为370100mm的矩形口。 3.1.2料液进口尺寸设计已知液体流速为0.52m/s，取第一效料液流速为u1=1.5m/s，已知85时，料液的密度
20、为4=968.6kg/m3，则物料进口面积S1为：V1F3066S1=0.0006m2 141验算第二效料液进口面积为S1时，其料液流速是否满足0.52m/s，已知85时，料液的密度4=968.6kg/m3，则物料流速uc为：VcFW12070uc=1m/s 141由于0.5<uc<2，所以第二效料液进口面积为S1满足要求。验算第三效料液进口面积为S1时，其料液流速是否满足0.52m/s，已知74时，料液的密度5=975.6kg/m3，则料液流速ud为：10ud=VdFW1W21175=0.56m/s 051由于0.5<ud<2，所以第二效料液进口面积为S1满足要求。所
21、以板片料液进口面积S1=0.0006m2满足要求，料液进口设计为圆形口，其直径为：4S140.0006 d=0.0276m 所以取直径为28mm的圆形口。 3.1.3料液出口尺寸设计由于蒸发器出口中的料液中含有大量二次蒸汽，所以料液出口面积按含有的二次蒸汽出口面积计算。已知饱和蒸汽的流速为1030m/s，取第一效二次蒸汽流速u=12m/s，已知85时，饱和蒸汽密度为1=0.3531kg/m3，则二次蒸汽出口面积S2为：V2W1996S2=0.065m2 1验算第二效二次蒸汽出口面积为S2时，其二次蒸汽流速是否满足1030m/s，已知74时，饱和蒸汽密度2=0.2329kg/m3，则加热蒸汽流速
22、ue为：VeW2895ue=16.4m/s 222由于10<ue<30，所以第二效二次蒸汽出口面积为S2满足要求。验算第三效二次蒸汽出口面积为S2时，其二次蒸汽流速是否满足1030m/s，已知60时，饱和蒸汽密度3=0.1301kg/m3，则加热蒸汽流速uf为：VfW3609uf=20m/s 232由于10<uf<30，所以第三效二次蒸汽出口面积为S2满足要求。所以板片料液出口面积S2=0.065m2满足要求，料液出口设计为500130mm的矩形口。3.1.4冷凝水出口尺寸设计已知冷凝水流速为自然流速，取冷凝水流速为u2=0.3m/s，所以冷凝水出口面积S3取三效冷凝水
23、理论出口面积最大值。已知105时，冷凝水的密度为7=955.2kg/m3，则第一效冷凝水理论出口面积S4为：V4D11120S4=0.00109m2 272已知85时，冷凝水的密度为8=968.6kg/m3，则第二效冷凝水理论出口面积S5为：V5W1996S5=0.00095m2 282已知74时，冷凝水的密度为9=975.6kg/m3，则第三效冷凝水理论出口面积S6为：11S6=V6W2895=0.001m2 2924S340.00109= =0.0373m 所以板片冷凝水出口面积S3=0.00109m2，冷凝水出口设计为圆形口，其直径为： d0=所以取直径为38mm的圆形口。 3.1.5板
24、片尺寸设计板片设计尺寸如下图： 图3.1板片尺寸图Fig.3.1 The size of the plate 3.1.6板片厚度校核蒸发器的板片厚度一般为0.41mm,本次设计板片厚度选用1mm，板间间距一般为25mm，考虑到料液汽化后产生的二次蒸汽能高速带动浓缩液沿板内壁成薄膜上升，本次设计板间间距选用4mm，由于第一效蒸发器板片受压最大，变形量也最大，故对第一效蒸发器板片进行应力分析和板片变形分析，已知加热蒸汽处的压强为121kPa，料液处的压强为58kPa，板片的有效面积为1000500mm。首先对板片不经过任何加工进行应力分析和板片变形分析，板片应力分析图如下：12 图3.2板片应力分
25、析图Fig.3.2 Stress analyses of the plate 板片变形图如下： 图3.3板片变形图Fig.3.3 Distortion of the plate 由于板片变形量为510mm，变形太大，两板片受压贴在一起，所以将板片分成200个单元板片，每个单元板片的大小为5050mm，则单元板片应力分析图如下：13 图3.4板片应力分析图Fig.3.4 Stress analyses of the plate 板片变形图如下： 图3.5板片变形图Fig.3.5 Distortion of the plate 因为单元板片变形量为0.4mm，两个板片变形量为0.8mm，而板间距为
26、4mm，满足条件，所以取200个单元板片合理，每个单元板片的大小为5050mm。 143.1.7固定压紧板和活动压紧板尺寸设计 固定压紧板设计尺寸如下图： 图3.6固定压紧板尺寸图Fig.3.6 The size of the fixed pressure plate 活动压紧板设计尺寸如下图： 图3.7活动压紧板尺寸图Fig.3.7 The size of the activities pressure plate153.2分离器设计 3.2.1分离器直径与高度的确定分离器原理：气相中细微的液滴被进口高速气流甩到器壁上，碰撞后失去动能而与气体分离，沿器壁流下，一般是侧面进料，底部排出液体，顶
27、部排出气体，起到分离作用。分离器的直径与高度取决于分离器的体积，而分离器的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度有关。分离器体积V的计算式为：V=式中V-分离器的体积，m3W-某效蒸发器的二次蒸汽量，kg/hP-某效蒸发器二次蒸汽量，kg/m3U-蒸发体积强度，m3/（m3s）U就是每立方米分离器体积每秒产生的二次蒸汽量。一般U的取值为1.11.5m3/（m3s），根据由第一章计算中得到的各效二次蒸汽量，再从蒸发体积强度U的数值范围 （3-1）3.2.2第一效分离器设计计算已知进入第一效分离器的二次水蒸汽的密度1=0.3531kg/m3，取蒸发体积强度U=1.2m3/（m3s），则分离器的体
28、积V为：W3996V=0.653m3 1又因为V=4D2H，取H/D=1.5，则分离器的直径D为：8V380.653D= = =0.82m 3𝜋取分离器的直径D为0.9m。则分离器的高度H为：H=1.5D=1.35m161、由于分离器进口中的料液中含有大量二次蒸汽，所以料液进口面积按含有的二次蒸汽进口面积计算。已知饱和蒸汽的流速为1030m/s，取二次蒸汽流速u=12m/s，已知85时，饱和蒸汽密度为1=0.3531kg/m3，则蒸汽出口面积S7为：V7W1996S7=0.065m2 1料液进口设计为圆形口，其直径d1为：4S740.065d1= = =0.2878m 所以取3
29、258mm的规格管。2、由于料液中含有的二次蒸汽就是出口处的二次蒸汽，所以二次蒸汽出口面积等于料液进口的面积，二次蒸汽出口设计为圆形口，则二次蒸汽出口直径d2为：d2=d1=0.2878m所以取3258mm的规格管。3、已知液体流速为0.52m/s，取第一效料液流速为u1=1.5m/s，已知85时，料液的密度为4=968.6kg/m3，则物料出口面积S8为：V8FW12070S8=0.0004m2 141料液出口设计为圆形口，其直径d3为：4S840.0004 d3=0.0226m 所以取252mm的规格管。4、根据分离器的直径与高度选择封头，所以封头的规格如下：表3.1第一效分离器封头规格T
30、able3.1 The letter of the first effect specifications3.2.3第二效分离器设计计算已知进入第二效分离器的二次水蒸汽的密度2=0.2329kg/m3，取蒸发体积强度U=1.2m3/（m3s），则分离器的体积V为：W3895V=0.89m3 2又因为V=4D2H，取H/D=1.5，则分离器的直径D为： 𝜋178V380.89D= = =0.91m 3取分离器的直径D为1m。则分离器的高度H为：H=1.5D=1.5m1、由于分离器进口中的料液中含有大量二次蒸汽，所以料液进口面积按含有的二次蒸汽进口面积计算。已知饱和蒸汽的流速为10
31、30m/s，取二次蒸汽流速u=12m/s，已知74时，饱和蒸汽密度为2=0.2329kg/m3，则蒸汽出口面积S9为：V9W2895S9=0.089m2 2料液进口设计为圆形口，其直径d4为：4S940.089 d4=0.3367m 所以取3779mm的规格管。2、由于料液中含有的二次蒸汽就是出口处的二次蒸汽，所以二次蒸汽出口面积等于料液进口的面积，二次蒸汽出口设计为圆形口，则二次蒸汽出口直径d5为：d5=d4=0.3367m所以取3779mm的规格管。3、已知液体流速为0.52m/s，取第一效料液流速为u1=1.5m/s，已知74时，料液的密度为5=975.6kg/m3，则料液出口面积S10
32、为：V10FW1W21175S10=0.00022m2 151料液出口设计为圆形口，其直径d6为：4S1040.00022d6= = =0.0167m 所以取192mm的规格管。4、根据分离器的直径与高度选择封头，所以封头的规格如下：表3.2第二效分离器封头规格Table3.2 The letter of the second effect specifications3.2.4第三效分离器设计计算已知进入第三效分离器的二次水蒸汽的密度3=0.1301/m3，取蒸发体积强度18U=1.2m3/（m3s），则分离器的体积V为：W3609V=1.084m3 3又因为V=4D2H，取H/D=1.5，
33、则分离器的直径D为：8V381.084D= = =0.97m 3𝜋取分离器的直径D为1m。则分离器的高度H为：H=1.5D=1.5m1、由于分离器进口中的料液中含有大量二次蒸汽，所以料液进口面积按含有的二次蒸汽进口面积计算。已知饱和蒸汽的流速为1030m/s，取二次蒸汽流速u=12m/s，已知60时，饱和蒸汽密度为3=0.1301/m3，则蒸汽出口面积S11为：V11W3609S11=0.108m2 3料液进口设计为圆形口，其直径d7为：d7= 4S1140.108 =0.3709m 所以取4269mm的规格管。2、由于料液中含有的二次蒸汽就是出口处的二次蒸汽，所以二次蒸汽出口
34、面积等于料液进口的面积，二次蒸汽出口设计为圆形口，则二次蒸汽出口直径d8为d8=d7=0.3709m所以取4269mm的规格管。3、已知液体流速为0.52m/s，取第一效料液流速为u1=1.5m/s，已知60时，料液的密度为6=983.2/m3，则料液出口面积S12为：V12FW1W2W3566S12=0.00011m2 161料液出口设计为圆形口，其直径d9为：4S1240.00011d9= = =0.0118m 所以取142mm的规格管。4、根据分离器的直径与高度选择封头，所以封头的规格如下：表3.3第三效分离器封头规格Table3.3 The letter of the third ef
35、fect specifications19 3.2.5分离器规格的确定经过上述计算，由于三效分离器规格相差不太，故除料液出口按第一效分离器设计，其他都采用第三效分离器设计，则分离器筒体规格如下：表3.4分离器筒体规格Table3.4 The specification of kiln body封头的规格如下：表3.5分离器标准封头规格Table3.5 The letter of the specifications 3.2.6分离器厚度设计由于末效分离器受到的外压最大，所以分离器厚度按末效分离器设计。分离器筒体材料选用16MnR低合金钢，设计温度为60，腐蚀裕量C2=0。2h12250L=H+
36、2h2+=1500+225+=1717mm 1、假设n=6mm，钢板负偏差C1=0.6mm，e=nC1C2=60.60=5.4mm D0=D+2n=1000+26=1012mmL1717=1.7 0D01012=187.4 e2、查附录图1，得到系数A=3.5104。3、查附录图2，得到B=47MPa，则许用外压力P为：B47 P =0.251MPa e4、比较许用外压P与设计外压PP=0.08MPa，由于P>P,且过大于P，所以壁厚为n=6mm不合理，减小n重新设计校核：A.假设n=5mm，钢板负偏差C1=0.2mm，e=nC1C2=50.20=4.8mmD0=D+2n=1000+25
37、=1010mm20L1717=1.7 0D01010=210.42 eB.查附录图1，得到系数A=2.7104。C.查附录图2，得到B=37MPa，则许用外压力P为：B37 P =0.176MPa eD.比较许用外压P与设计外压PP=0.08MPa，由于P>P,且过大于P，所以壁厚为n=5mm不合理，减小n重新设计校核： a.假设n=4mm，钢板负偏差C1=0.2mm，e=nC1C2=40.20=3.8mmD0=D+2n=1000+24=1008mmL1717=1.703 0D01008=265.26 eb.查附录图1，得到系数A=1.9104。c.查附录图2，得到B=27MPa，则许用
38、外压力P为：B27 P =0.102MPa ed.比较许用外压P与设计外压PP=0.08MPa，由于P>P,且接近于P，所以圆筒壁厚为n=4mm合理。3.2.7封头厚度设计及校核分离器封头材料选用16MnR低合金钢，设计温度为60，腐蚀裕量C2=0。1、假设n=4mm，钢板负偏差C1=0.2mm，e=nC1C2=40.20=3.8mmD0=D+2n=1000+24=1008mmR0K1D00.91008=294.7 ee2、计算系数AA=0.1250.125=4.24104 e3、查附录图2，得到B=57MPa，则许用外压力P为：21P =4、比较许用外压P与设计外压P B57=0.19
39、3MPa eP=0.08MPa，由于P>P,封头的稳定性足够，所以封头壁厚为n=4mm合理。 3.2.8分离器料液进口管子和蒸汽出口管子连接法兰的选择已知分离器料液进口管子外径为426mm，设计压力为0.08MPa，设计温度为85，选用材质为16MnDR，由化工设备课程设计指导表3-20可知，该法兰最大允许为工作压力15.6MPa ，所以可以选用16MnDR材质。由于操作压力不高、直径不大，从化工设备设计基础表3-25可选用板式平焊法兰、全平面密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，宽度从化工设备课程设计指导表3-33中查得为3mm，从化工设备课程设计指导表3-33查得内径为426mm，外径为4
40、73mm。法兰的尺寸如下表（连接螺栓选用材料为Q235B）：表3.6法兰尺寸图Table3.6 Size of the flange 3.2.9分离器料液出口管子连接法兰的选择已知分离器料液进口管子外径为25mm，设计压力为0.08MPa，设计温度为85，选用材质为16MnDR，由化工设备课程设计指导表3-20可知，该法兰最大允许为工作压力15.6MPa ，所以可以选用16MnDR材质。由于操作压力不高、直径不大，从化工设备设计基础表3-25可选用板式平焊法兰、全平面密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，宽度从化工设备课程设计指导表3-31中查得为1.5mm，从化工设备课程设计指导表3-33查得内径
41、为27mm，外径为54mm。法兰的尺寸如下表（连接螺栓选用材料为Q235B）：22表3.7法兰尺寸图Table 3.7 Size of the flange3.2.10分离器视镜的选择视镜一般用于需要观察内部情况的压力容器（如发酵罐、搅拌设备）上，也可以用作物料液面指示镜。视镜一般可分为带颈视镜和不带颈视镜。由于分离器直径较大，故选用不带颈视镜，视镜的材料选用如下表：表3.8视镜材料表Table3.8 View mirror material form具体尺寸如下图： 图3.8视镜尺寸图Fig. 3.8 The size of the view mirror233.2.11分离器支座的选择1、
42、分离器质量的估算已知不锈钢的密度为7900kg/m3，则分离器筒体质量为：m=𝜋DHn=3.1411.541037900=149kg查化工设备设计基础附录6，查得公称直径为1000mm，厚度为4mm的封头质量为36.7kg，则分离器的总质量为M=185.7kg。2、分离器支座选择设备总重量载荷为：G=Mg=185.710=1857N=1.857kN分离器的公称直径为1000mm，查化工设备课程设计指导表3-18，选用2号B型支承式支座，2号B型支承式支座的允许载荷为150kN，远远大于分离器总重量载荷，满足选择要求，为保证分离器的稳定性，所以选择四个2号B型支承式支座，其尺寸如
43、下图： 图3.9分离器支座图Fig. 3.9 support of the Separator 24第四章 蒸发系统的辅助设备 4.1预热器选型 4.1.1预热器类型的选择将3066kg/h的12%菠萝汁水溶液从20加热到85，加热介质采用的105饱和水蒸汽，冷凝水排出温度为105：1、确定流体通入的空间：因加热介质是饱和蒸汽宜通入壳程，菠萝汁水溶液通入管内。2、确定流体的定位温度物性数据并选择列管式换热器的型式：饱和蒸汽温度T=105，因是恒温，饱和蒸汽的定性温度下Tm=105，菠萝汁水溶液的定性温度tm=0.5 20+85 =52.5.。两流体的温度差Tmtm=52.5，两流体的温差小于60C且大于50C，故选用具有膨胀节的固定管板式换热器。 4.1.2热传量的计算将3066kg/h的12%菠萝汁水溶液从20加热到85，加热介质采用的105饱和水蒸汽，冷凝液排出温度为105。按菠萝汁水溶液所需能量再加上5%热损失计算传热量，即：Q=Fcpwt=306636004.2103651.05=244130w 4.1.3传热面积的计算平均温差tm为：852065=45 ln传热系数K的经验范围为11634071w/（m2），取K=1200w/（m2），则传热面积tm=A为：A=Q244130=4.5m2 m4.1.4换热器规格选择根据以上计算，选择固定管板式换热器规格如下： 25
