蒸发器的设计

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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加热选择参数管子规格（mm）管间距离（mm）管长（mm）15

2、CrMoR型管板后度（mm）     φ42×354300030因加热管固定在管板上，管板选择考虑到管板厚所占有的传热面积，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=2.9m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，其余排列在弓形面积内，如果按标准间距即管间距离54mm

3、排列，则有四根管排不下，四根管的总面积为：A3=3.1415926×0.042×2.9×3=1.53m2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=(1.0～1.5)d0,在此取1.5。b=2a-1=2×19-1=37D=0.054×(37-1)+2

4、×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 型号加热体加热蒸汽口径/mm  厚度/mm 最大工作压力/MPa汽凝水管管数×管径条×mm直径D/mm加热管管径/mm管长/mm中心距/mm内压外压TWX-5502400φ42300054600140.250.104×100 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管外循环管 入

5、汁直径 设备质量/t 负荷质量试水质量/t数量 直径/mm/mm/t  直径/mm 有效高度/mm 汽汁管直径最大工作压力/MPa/mm内压外压300049008000.20.1惯性230012526.753478 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

6、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IIIIIIIV汁汽温度ti（℃）101.488.3774.4255.32汁汽汽化潜热ri（kJ/kg）2254.82287.12317.52365.8效蒸汽密度（kg/m3）0.68870.40010.23650.1060=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=1

7、6340/(3600×0.68874×1.5)=4.39m3V2=/3600ρ2U2=11093/(3600×0.4001×1.5)=5.13m3V3=/3600ρ3U3=3699/(3600×0.2365×1.5)=2.90m3V4=/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