换热器(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500m 2

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

管子规格（mm ）

管间距离（mm ）

管长（mm ） 15CrMoR 型管板后度（mm ）

φ42×3 54 3000 30

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

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-5502400φ

42

300054600140.250.104×100

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

数

外

循

环

管

直

入

汁

直

径

设备

质量

/t

负

荷

质

量

试

水

质

量

/t

直径/ mm 有效

高度

/ mm

汽汁

管

直径

最大工作

压力 /MPa

内

压

外压

/ mm量径

/

mm

/ mm/t 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：V

i =W

i

/3600ρ

i

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

效数I II III IV 汁汽温度t i（℃）101.488.3774.4255.32汁汽汽化潜热r i（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1.1-1.5 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