1、蒸发器主体为加热室和分离室，蒸发器的主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径及高度；加热管的规格、长度及在花板上的排列方式、连接管的尺寸。这些尺寸的确定取决于工艺计算结果，主要是传热面积。3.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.1 管子长度的选择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来考虑。本次设计选用外循环式蒸发器，国产外循环式蒸发器蒸发器的管长一般从 2560 到 3000mm 不等，具体参考糖汁加热与蒸发 1第 139 页表6-1，再根据糖汁的黏度情况，选择加热管以及板管型号如下表 3-1 所示：表 3-1 加热选择参数因加热管固定在管板上，管板选择考虑到管板厚所占有的
2、传热面积，以及因焊接所需要每端留出的剩余长度，则计算理论管子数 n 时的管长实际可以按以下公式计算：L=（L0-0.1）m=3-0.1=2.9 m前面已经计算求得各效面积 A 取 500m2n= = =1307加热管的排布方式按正三角形排列，查常用化工单元设备设计 3第 163 页表 4-6，知道当管数为 1303 时，排布为 a=19 层，1307 与 1303 相差不大，在这可以取 19 层进行计算。其中排列在六角形内管数为 =1027 根，其余排列在弓管子规格（mm） 管间距离（mm）管长（mm）15CrMoR 型管板后度（mm）423 54 3000 30形面积内，如果按标准间距即管间
3、距离 54mm 排列，则有四根管排不下，四根管的总面积为：A3=3.14159260.0422.93=1.53 m2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)+2eD-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=(1.01.5)d 0,在此取1.5。b =2a-1=219-1=37D=0.054(37-1)+21.50.0422.07
4、m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加热体加热管最大工作压力/MPa型号直径D/ mm管径/ mm管长/ mm中心距/ mm加热蒸汽口径/mm厚度/mm内压 外压汽凝水管管数管径条mmTWX-550240042300054 600 14 0.250.104100表 3-2-2 管蒸发器有关技术参数蒸发室最大工作压力 /MPa直径/ mm有效高度/ mm汽汁管直径内压外压捕汁汽
5、结构形式外循环管数外循环管直入汁直径设备质量/t负荷质量试水质量/t/ mm 量径/ mm/ mm/t30004900 800 0.2 0.1 惯性 2 30012526.7534783.3 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：V i=Wi/3600 iUi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
6、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/m 3） 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 1.1-1.5 m3/( m3.s),在此取 Ui=1.5m3/( m3.s)。则各效的分离室体积如下：V1= /3600 1U1=163
7、40/(36000.688741.5)=4.39 m3V2= /3600 2U2=11093/(36000.40011.5)=5.13 m3V3= /3600 3U3=3699/(36000.23651.5)=2.90 m3V4= /3600 4U4=2242/(36000.10601.5)=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=5.13 m3，为安全起见，取 1.1 的安全系数，即分离室的体积取为：V=5.131.15.64m 3确定了分离室的体积，其高度与直径符合 V=D 2H/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
8、/D=12。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=D 2H/4根据一般分离室的高度与直径比 H/D=12，在此，取 H/D=1.5则得D=（8V/3） 1/3=（85.64）/（33.1416） 1/3=1684.6mm， 约为 1685mmH=1.5D=1.51685=2527.5mm 计算结果与上表 3-2-1,3-2-1 相比,D=16853000 H=2527.54900所以选择型号为 TWX-550,内满足设
9、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=（4U s/u） 1/23.4.1 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 1P168 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/3600 1=43200/(36001056)=0.01136 m3/s，则 d=(40.01136)/(3.14
10、161.2) 1/2=0.11m，即取 d=110 mm与上表 3-2-1,3-2-1 相比, d=110125 mm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=3040m/s，取u4=30 m/s 蒸汽体积流速量 Vs= /3600 4=2242/(3600*0.1060)=5.88m3/s则 d=(45.88)/(3.141630) 1/2=499mm，d=499600，满足要
11、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 450500 mm，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 48 1018 20 39 1018 20直边高度/mm 25 40 50 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
12、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 500mm3.8 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
13、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 3000 2400 600 100 800 300 125所选法兰 Dg3000Dg2400Dg600 Dg100 Dg800Dg300Dg125
14、螺栓 M3924M3924M2420M164M2724M2012M278螺母 M3924M3924M2420M164M2724M2012M278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 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
15、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4.1 设计的评价4.1.1 检查外循环蒸发器的四个约束：（1）总温差 糖渣汁是具有一定的热敏性物料，最大允许温差为 50，现为T=7.54+8.78+7.73+7.36=31.41，且每效的温度差均大于 7，能保证较高的传热效率，符合要求。（2）加热蒸
16、汽经济性 ，大于 1，说明经济性比较好。（3）热流率 最大热流率 q=Q/A=162012247.311000/（3600500）=20400W/（m 2.S）,其数值小于 21500 W/（m 2.S），符合要求。（4）压强降 现计算的压强降P=34.5kP a,对于常压蒸发系统来说不大，符合要求。4.1.2 对设计的总体评述经过多次的校核，证明该蒸发器性能不错，蒸发效率高达 93%，气液接触面积大，传热面积利用充分。原设计计算面积为 450m2 ，取 1.11 的安全系数，初步定为 500 m2 ，经参考糖厂技术准备 第三册后，选择型号为 TWX-550 的标准外循环式蒸发器，并且经过校核，各项技术指标均能达到设计的要求，所以设计有很大的操作弹性。但是，由于设计面积为 500 m2 ，选择 TWX-550 的蒸发器有一定的浪费性，即投资比较大。采用四效并流外循环式蒸发流程是比较合理的，装置的操作简便，工艺条件稳定，设备维修工作少。此蒸发流程可以说比较优良。4.2 设计总结
