蒸发器的设计

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500m2

n= = =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=1.53 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)+2e

D-----壳体直径，m；

t------管间距，m；

b-----沿直径方向排列的管子数目；

,在此取 e-----外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取e=(1.0～1.5)d

1.5。

b =2a-1=2×19-1=37

D=0.054×(37-1)+2×1.5×0.042＝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

表3-2-2 管蒸发器有关技术参数

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：V i =W i /3600ρi U i

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]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

= 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U

i

=1.5m3/( m3.s)。则各效的分离室体积如下：

V 1= /3600ρ

1

U

1

=16340/(3600×0.68874×1.5)=4.39 m3

V 2= /3600ρ

2

U

2

=11093/(3600×0.4001×1.5)=5.13 m3

V 3= /3600ρ

3

U

3

=3699/(3600×0.2365×1.5)=2.90 m3

V 4= /3600ρ

4

U

4

=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=V

4

=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=5.13×1.1＝5.64m3

确定了分离室的体积，其高度与直径符合V=лD2H/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/D=1～2。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=лD2H/4

根据一般分离室的高度与直径比H/D=1~2，在此，取H/D=1.5

则得

D=（8V/3л）1/3=[（8×5.64）/（3×3.1416）] 1/3=1684.6mm，

约为1685mm

H=1.5D=1.5×1685=2527.5mm 计算结果与上表3-2-1,3-2-1相比,

D=1685＜3000 H=2527.5＜4900

所以选择型号为TWX-550,内满足设计的要求。

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

/лu）1/2

3.4.1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》[1]P168表6-5取u

1

=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V

s =F/3600ρ

1

=43200/(3600×1056)=0.01136 m3/s，

则d=[(4×0.01136)/(3.1416×1.2)]1/2=0.11m，即取d=110 mm 与上表3-2-1,3-2-1相比, d=110﹤125 mm

所以选择型号为TWX-550,能满足设计的要求。