蒸发器的结构与设计

f蒸发器的结构和设计姓名学号班级精心整理ZX 7TFF I:ri-i ri-i石Fl I LL-* dD j?r-TTM-m-Z :r Xn m蒸发器的结构2蒸发器的结构2循环型（非膜式）蒸发器2膜式（单程型）蒸发器3、.严/-I 尹 if循环型（非膜式）蒸发器2膜式（单程型）蒸发器3/ ZL-% Jr，Xzi厶-/ ! j蒸发器的设计5蒸发器的选择5蒸发工艺的设计计算5蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计6/ /蒸发装置的辅助设备的设计8蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用间接加热蒸发器分为循环型 （非膜式）和单程型（膜式）两大类。一、循环型（非膜式）蒸发器这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。（一hr,昇中央循环管式（或标准式）蒸发器。中央循坏管式披发器络构主怎由力口热堂和議发宜两団分构蹴加热莹由垂点芒条细应， 造束中间有一臣径较大的造子旦.1：作原埋淘；原料减经过垂成的加热笹査进行加趣*细险 內垃僅悸积潢悴曼熱面租大，堡热龔奸，藏康细匍旳汽潢混合物比相管内小.理庭差促使濬 碾活坏，襪面上的水汽向上部鱼庄空间迅逋就发从而迭到浓縮的目的汽號在蒸发室进行二次杯悬筐式蒸发器膜式（单程型）蒸发器（2）悬筐式蒸发器悬筐式蕪发器basket type evaporaior竖管式蒸发器的一种。操作原理与中央循环管 式相同白液体循环发生 在外壳的内壁与悬筐的 外壁之间的环隙中，因而 热量损失较小。其特点 是加热室可以取出，便于 清理。但结构复杂，所需 材料较多。适于蒸发容 易结晶的溶液。上述各种蒸发器的主要缺点是加热室内滞料量大，致使物料在高温下停留时间长，特别不适于处理热敏性物料。在膜式蒸发器内，溶液只通过加热室一次即可浓缩到需要的浓度，停留时间仅为数秒或十余秒钟。操作过程中溶液沿加热管壁呈传热一）升膜蒸发器（一）升膜蒸发器升膜蒸发器的结构如图所示，加热室由单根或多根垂直管组成，加热管长径之比为100150，管径在2550mm之间。原料液经预热达到沸点或接近沸点 后，由加热室底部引入管内，为高速上升的二次蒸汽带动，沿壁面边呈膜状流动、 边进行蒸发，在加热室顶部可达到所需的浓度，完成液由分离器底部排出。二次蒸汽在加热管内的速度不应小于10m /s, 般为2050m /s,减压下可高达100160m /s或更高。氏二次蒸汽; a敢擁？Sb d 加热蒸汽t &黑 ijhF*空*1加热室辛2- 蒸发室3- 分离器口若蒸发浓度或粘度较大的溶液，可采用降膜蒸发器，它的加热室与升膜蒸发器 类似。原料液由加热室顶部加入，经管端的液体分布器均匀地流人加热管内，在溶 液本身的重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流，并进行蒸发。为了使溶液能在壁 上均匀布膜，且防止二次蒸汽由加热管顶端直接窜出，加热管顶部必须设置加工良好的液体分布器。2|蒸发器的设计一、蒸发器的选择随着工业技术的发展，新型蒸发设备不断出现。在工业中常用的间接加热蒸发1器分别为循环型和单程型两大类。循环型的蒸发器中有中央循环管式、悬框式、外 加热式、列文式及强制循环管等，单程型的蒸发器有升膜式、降膜式、升-降膜式等。我们要根据蒸发的操作条件及各项要求选择合适的蒸发器。我们以中央循环管 式蒸发器为例。蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。二、蒸发工艺的设计计算多效蒸发工艺计算的主要依据是物料衡算、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，加热蒸汽的压强和冷凝器中的压强等。多效蒸发的计算一般采用试差法（1）根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝器的压强），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）根据经验假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。（4）根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。（5）根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，重新分配有效温度差，重复步骤（3）至（5），直到所求得各效传热面积相等为止。三、蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计中央循环管式蒸发器主体分为加热室和分离室，加热室由直立的加热管束组 成，管束中间为一根直径较大的中央循环管；分离室是汽液分离的空间。其主要结 构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管和循环管的规格，长度及在花 板上的排列方式等。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。我们选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下：(1 )加热管通常选用 mm5.225 x, mm5.238冯，mm5.357 X等几种规 格的无缝钢管，长度一般为2-6m。管子长度的选择应根据溶液结垢的难易程度， 溶液的起泡性和厂房的高度等因素综合考虑。本次设计加热管选用 mm5.238 X 长度为3 m的无缝钢管。由下式估算所需管数:二 do L - 0.11433.14 0.038 3-0.1=414根精心整理2式中 S蒸发器的传热面积，m；d加热管的管径，m ；L 加热管长度，m因加热管固定在管板上，考虑到管板厚度占据的传热面积，计算n时的管长用(L-0.1 ) m。为完成传热任务所需的最小实际管数n只有在管板上排列加热管后才能确定。(2)循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减少的原则来考虑的。其截面积可以取加热管总截面积的40 %100 %，若以表示D1循环管内径，贝心=(0.4 1) n对于加热面积小的蒸发器，应取较大的的百分数。(3 )加热室的内径取决于加热管和循环管的规格、数目及在管板上的排列方式。加热管在管板上的排列方式有三角形、正方形、同心圆等，目前以三角形居多。管心距t为相邻两管中心线之间的距离，t 一般为加热管外径的1.25-1.5倍目前在换热器设计中，管心距的数值已经标准化，管子规格确定后，相应的管心距则为定值。表3-1三角形排列时加热管直径与管心距的关系加热管外径d0,19253857mm管心距t,mm25324870加热室内径和加热管数采用作图法来确定，具体做法是：先计算管束中心线上管束 nc，管子按正三角形排列时，n = 1.1. n管子按正方形排列时,n =1.19 n式中n总加热管数m3(4)分离室的直径和高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度有关。分离室体积的计算式：3600 U3式中V分离室的体积，m ；W 某效蒸发器的二次蒸汽流量，kg/h ；P 某效蒸发器的二次蒸汽密度，kg/m3 ；.、1i3 3、U蒸发体积强度，m /(m s)，即每立方米分离室每秒钟产生的二次蒸汽33量，一般允许值为1.11.5m /(m S)。四、蒸发装置的辅助设备的设计蒸发装置的辅助设备主要包括气液分离器与蒸汽冷凝器(1 )气液分离器蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到初步分离，但为了防止有用的产品损失或污染冷凝液体，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，故气液分离器又称为捕沫器或除沫器。其类型很多，设置在蒸发器分离室顶部的有简易式、惯性式及网式除沫器等，在蒸发器外部的有折流式、旋流式及离心式除沫器等。（2）蒸汽冷凝器汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝。当二次蒸汽为有价值的产品需要 回收或会严重污染冷却水时，应采用间壁式冷却器，如列管式、板式、螺旋板式及 淋水式等热交换器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝 器。二次蒸汽与冷却水直接接触进行热交换，其冷却效果好、结构简单、操作方便、价格低廉，因此被广泛使用，故在本设计中选用直接接触式冷凝器。I I直接接触式冷凝器有多孔板式、水帘式、填充塔式及水喷射式等。