毕业论文范文——固定管板式换热器Word格式.doc
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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。
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。
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。
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
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。
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部分设计参数符号
剩余符号正文有标明
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
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
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
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℃
由《化工原理》附录3,
已知=3120w/m2k,=1990w/m2k,=1140w/m2k;
则有=(-)-=66.1℃;
=×
(1/)/(1/+1/+1
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