1、Na2(CO3)水溶液两效蒸发装置设计DESIGN DF 2-EFFECT EVAPORATION EQUIPMENT FOR SODIUM CARBONARE SOLUTION 专 业: 过程装备与控制工程姓 名: 指 导 教 师：申请学位级别: 学 士论文提交日期: 2013年6月8号学位授予单位: 摘 要在化工、医药和食品等领域常涉及到关于溶液的浓缩和从溶液中制取溶剂的工艺，为实现这些工艺，常采用蒸发操作，即通过加热的方法，使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作。进行蒸发操作的设备即为蒸发设备，蒸发设备的种类较多，特点不一，故根据不同的条件选取最优的
2、蒸发设备显得尤为重要。本次设计为依据所需浓缩的溶液、处理量、浓缩比、生蒸汽的压强等条件设计合适的蒸发器和辅助设备。首先通过了解众多蒸发设备的特点，再根据本次设计的前提条件选用较优的蒸发设备，经过综合分析本设计选用升膜式蒸发器。确定蒸发器类型后，根据相关资料和本次设计的前提条件对蒸发器的各项尺寸进行计算，并依此选取或设计各种部件，然后，再对重要部件进行强度校核，确保其能够达到工艺要求。由于蒸发操作需要消耗大量的热能，如何提高热能的利用率就显得比较重要，通过参阅大量的文献，了解了许多节能措施，通过比较分析，本设计采用第一效蒸发器的冷凝水对原料液进行预热，预热设备选用套管式换热器。由于本设计末效蒸发
3、器采用真空蒸发，故需要采用真空设备对其进行抽真空，为减少真空设备的抽气量，即降低能耗，本设计对末效的二次蒸汽进行冷凝，采用混合式冷凝。蒸发操作属于耗能较高的操作，蒸发设备将更多的趋于节能化。关键词： 蒸发器； 升膜式蒸发器； 双效蒸发器ABSTRACTIn the chemical, pharmaceutical and food, etc. often involves about the solution of concentrated and the solvent from the solution process of preparing for the realization of
4、 these processes, often with an evaporation operation, namely, by a method of heating the non-volatile solute containing boiling vaporization and removed from the steam, thereby improving the composition of the solute unit operation. Evaporation operation of the device is the evaporation plant, evap
5、oration plant more types of different characteristics, so select the best under different conditions of evaporation equipment is very important.The design is based on concentrated solution required, the handling capacity, concentration ratio, raw steam pressure and other conditions to design suitabl
6、e evaporator and auxiliary equipment.First, by understanding the many features of the evaporation plant, according to the design of the optimum choice precondition evaporation equipment, after a comprehensive analysis of the design uses rising film evaporator.Determine the evaporator type, according
7、 to the relevant information and the design of the preconditions for the size of the evaporator is calculated, and so select or design of various components, and then, and then the important parts strength check to ensure that it can meet process requirements.Due to evaporation operations consume a
8、lot of energy, how to improve the utilization of energy becomes more important, by referring to the extensive literature, to understand the many energy-saving measures, through comparative analysis, the design uses first-effect evaporator condensate liquid of raw materials preheated equipment select
9、ion pipe heat exchanger.Since the design of the end-effect evaporator using vacuum evaporation, the device needs to be vacuum evacuated to reduce the amount of vacuum suction device, which reduces energy consumption, the design efficiency of the end of the secondary steam is condensed, the use of hy
10、brid condensation.Evaporation operation is energy-consuming operation, evaporation plant will become more energy-saving.Keywords: evaporator; rising film evaporator; dual effect evaporator目 录第一章 绪论1第一节 蒸发概述1第二节 蒸发设备2第三节 物料的简介5第四节 蒸发器的选型5第二章 工艺计算6第一节 设计内容6第二节 工艺计算6第三章 蒸发器的结构设计12第一节 加热室的设计12第二节 接管设计17
11、第三节 管箱结构设计21第四节 支座的选取23第五节 视镜的选用24第六节 蒸发器强度校核25第四章 蒸发器辅助设备的选择27第一节 原料液的预热器27第二节 冷凝器的设计31第三节 分离器的设计34结论37参考文献39致谢40天津科技大学2013届本科生毕业设计第一章 绪论第一节 蒸发概述一、 蒸发的简介蒸发即使液体汽化移出，工业上通常采用加热的方式强化蒸发，因为通过蒸发可以浓缩溶液和得到纯净的液体，所以蒸发这一操作在工业上应用比较广泛。二、 蒸发操作的分类（一） 单效蒸发操作与多效蒸发操作根据蒸发器二次蒸汽的处理方式不同可将蒸发操作分为单效蒸发操作和多效蒸发操作。多效蒸发操作即一蒸发器蒸发
12、产生的二次蒸汽引入下一蒸发器，并作为其加热蒸汽，即将多个蒸发器串联起来。对于多效蒸发操作，二次蒸汽和溶液的流向有三种不同的形式，即并流、逆流和错流。单效蒸发操作与上述的不同之处在于蒸发产生的二次蒸汽没有被作为加热蒸汽引入另一蒸发器。多效蒸发操作相对于单效蒸发操作有诸多优势，比如多效蒸发操作充分利用了具有较多热能的二次蒸汽，即其一次蒸汽用量相对较少，热能利用率相对较高，设备生产强度性对较低。 （二） 加压蒸发、常压蒸发和减压操作 蒸发操作可以在加压、常压或减压的条件下进行。在多效蒸发操作中，末效蒸发器常采用真空操作，这样可以提高传热温度差，加大对二次蒸汽的利用程度；在工业生产中常遇到需要处理的热
13、敏性物料，此时需要考虑真空操作，因为真空操作可降低料液的沸点，避免或减少对物料的影响。（三） 间歇蒸发与连续蒸发 根据蒸发操作的过程模式，将其分为间歇蒸发与连续蒸发。三、 蒸发操作的特点（一） 工业蒸发操作实际为热传导，但其特别之处在于传热壁面一侧的冷流体汽化和另一侧热流体的液化同时发生。（二） 对于溶液来说，其蒸气压较同条件下的溶剂的低，则导致溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，即溶液的沸点有所升高，且沸点升高程度和溶质的种类和溶质的百分含量有关。（三） 在对某些溶液进行蒸发时，会出现晶体析出、溶质变质、壁面结垢和产生泡沫等现象，对于这些现象要采取相应的措施加以防治。（四） 蒸发操作属于高耗能操作，
14、应该采取措施提高能源的利用率，比如；蒸发操作会产生大量含有较多潜热的二次蒸汽，可用二次蒸汽作为加热蒸汽对下一效蒸发器进行加热；同时，蒸发操作还会产生大量温度较高的冷凝水，可利用冷凝水对料液进行预热或经过闪蒸产生的蒸发作为加热蒸汽在此利用。第二节 蒸发设备一、 蒸发设备的简介为完成各种蒸发操作需要配套的蒸发设备，由于蒸发操作的种类较多，所以蒸发设备的类型也较多，但是不同类型的蒸发设备都是由蒸发器和辅助设备组成。蒸发器主要由加热室和蒸发室组成，加热室内为加热蒸汽，其作用为对料液进行加热；蒸发室内为料液，被加热室内加热蒸汽加热后的料液在蒸发室进行沸腾汽化，即进行蒸发。辅助装置主要作用有使蒸发产生的气
15、液混合物进行分类、对产生的二次蒸汽进行冷凝、形成蒸发操作所需要的压力环境和对料液的预热等，其主要包括分离器、冷凝器、形成真空的装置和预热器等。二、 蒸发器的类别根据蒸发操作时料液在蒸发器内流动形式的不同，可以将蒸发器分为循环型蒸发器和单程型蒸发器即膜式蒸发器。（一） 循环型蒸发器循环型蒸发器的特点为料液在蒸发器内作循环流动，料液流动可以靠料液的密度差来推动，也可以靠外界的动力来推动。由于料液在蒸发器内作循环流动，所以蒸发器内的料液滞留量较大，且料液在蒸发器内停留的时间较长，故其不适合于处理热敏性物料。循环型蒸发器还可细分为多种形式。（二） 单程型（膜式）蒸发器单程型蒸发器的特点为料液只在蒸发器
16、内流动一次，料液可以以较快的速度呈膜状流过加热室内的加热管，料液在蒸发室内停留时间可大幅度缩短，且蒸发器可具有较高的传热系数。其进料方式可以为从蒸发器上部进料，也可以为从蒸发器下部进料，根据其进料方式的不同，可将膜式蒸发器分为升膜式蒸发器和降模式蒸发器。1、 升膜蒸发器 升膜蒸发器即采用从蒸发器下部进料的膜式蒸发器，升膜蒸发器的工作原理为，料液经过预热后以达到或接近其沸点的温度被输送到蒸发器的下部，在蒸发器下部经过加热而迅速沸腾汽化，产生大量蒸汽，由于蒸汽密度较低而向上快速流动，同时带动料液以膜状的形式沿加热管内壁面快速上升，料液的速度可达到较高值，正是由于料液呈膜状流动且流速较高，故升膜式蒸
17、发器的传热系数较高且工作效率也较高。为使升膜式蒸发器的处于最优的工作状态，应确保料液在加热管内呈膜状流动，只有当料液处于膜状形式流动时蒸发器的传热系数最高，工作效率最高。只有当料液的流速位于合理范围内，料液才能呈膜状流动，如果流速过大则会出现干壁、结垢现象，如果流速过小，则会使传热系数降低，影响工作效率。为确保流速和合理，故在设计升膜式蒸发器时应该对加热管有特殊的要求。为提高升膜蒸发器生产能力可采取下面的措施： 、增设进料预热器 如果将温度比沸点温度低很多的溶液输送入蒸发器，则料液不可能立即进行沸腾汽化，而是需要一定时间的加热升温至沸点，在此期间料液不呈膜状流动，且料液会占据加热管的一部分，这
18、就导致蒸发器的传热系数降低，严重影响到蒸发器的生产能力。为克服这一不利因素，可先对料液进行预热处理，使料液达到或接近沸点温度时才被输送到蒸发器，这就会减少加热管内对料液进行预热的部分，提高蒸发器的传热系数。 、增大加热蒸汽压力和提高蒸发器内的真空度 才取这两项措施都是为了提高传热总温差，以此来提高蒸发器的传热系数和生产能力。图 1 1 升膜蒸发器的示意图2、 降膜蒸发器降膜蒸发器即采用从蒸发器上部进料的膜式蒸发器，其与膜蒸发器的不同之处有：降膜式蒸发器也是沿加热管呈膜状流动，但是其呈膜的原理和升膜式的不同，其是靠液体分布器将料液分布于加热管内壁，使料液呈膜状沿壁面向下流动。液体分布器还起到防止
19、二次蒸汽由加热管顶端直接窜出。完成液和蒸汽从蒸发器下部通入分离室进行分离。图 1 2 降膜蒸发器结构图3、 刮板搅拌薄膜蒸发器刮板搅拌薄膜蒸发器呈膜原理：加热管内装有可以旋转的搅拌叶片，其可以使料液在加热管内壁呈膜状流动，其结构比较复杂、运行成本高、处理量不大，一般只应用于处理粘度较大的料液。三、 蒸发设备的辅助装置蒸发器的辅助装置主要有分离器、除沫器、冷凝器和形成真空的装置等，其简单介绍分别如下：（一） 分离器和除沫器作用：分离器是将蒸发产生的气液混合物进行分离，分离出液体料液和蒸汽，除沫器是对蒸汽作进一步的分离，除去其携带的少量料液，除沫器的种类较多。（二） 冷凝器 作用：冷凝二次蒸汽。类
20、型：冷凝器有间壁式和直接接触式两种形式。当二次蒸汽为有价值的产品而需要回收，或会严重污染冷却水时，应采用间壁式冷凝器；否则可采用气、液直接接触的混合式冷凝器 。（三） 真空装置 作用：当蒸发操作环境需要真空时，则需要真空装置抽出多余的气体，维持操作系统所需要的真空环境。第三节 物料的简介碳酸钠易溶于水，且其水溶液呈碱性，具有一定的腐蚀性，其熔点为851，相对密度(25)2.532，比热容1.042J/(g）（20）。在工业中碳酸钠的用途非常广泛，在轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油等领域均有着广泛的应用，在工业上最常用的的制取碳酸钠的方法为联合制碱法。第四节 蒸发器的选型由于
21、蒸发器的形式较多，对于不同的工艺要求如何选取最合适的蒸发器形式就显得非常重要了，选取合适蒸发器的时候要考虑以下因素，料液的黏度，料液的热稳定性，料液是否易发泡、结垢，料液的腐蚀性，料液的处理量等。 在选型时应该综合分析上述各因素。第二章 工艺计算经过对工艺要求的各项前提条件的综合分析，本设计确定选用双效升膜式蒸发器，并采用并流布置。本章主要是关于对升膜式蒸发器的工艺计算，即确定各效蒸发器的蒸发量、蒸发操作的环境和传热面积等。第一节 设计内容一、 设计题目（一） 设计题目：Na2CO3水溶液双效蒸发装置设计（二） 设备型式：升膜式蒸发器，并流布置二、 设计条件（一） 原料液处理量：F = 500
22、0kg/h ，浓度7%，温度 30 ，完成液浓度 25% ，碳酸钠的比热容为1.04KJ/(kg. )；（二） 加热蒸汽压强400kPa（绝压），冷凝器压强20kPa（绝压）；（三） 效蒸发器传热面积相等，加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出，热损失均按5%计，流动阻力引起的沸点升高取1 ；（四） 根据相关资料，取第一效蒸发器的总传热系数为 2000 W/ . ，第二效蒸发器的总传热系数为 1500W/ . ；第二节 工艺计算一、 各效浓度的估算由设计任务书可知，原料液的处理量为 F = 5000kg/h ，初始溶液溶质的质量分数为X0 = 7%，完成液溶质的质量分数为X2 = 25% 。则总蒸
23、发水量 W为 (2- 1)由设计任务书要求采用并流布置，而对于并流操作的多效蒸发可以按各效蒸发量相同即W1:W2:=1:1，则： 则经过第一效蒸发后的溶液浓度为： 二、 对各效有效总传热温差的初算（一） 因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失 设各效加热蒸汽与二次蒸发的压强差相等。为第一效加热蒸汽的压强，为400kPa（绝压）；为第二效加热蒸汽的压强，为20kPa（绝压）。第一效加热室中的压强 查表得 第一效加热蒸汽的温度 T0 = 143.4，汽化潜热R0= 2138.5kJ/kg；第一效二次蒸汽的温度 T1 = 121.7，汽化潜热R1= 2200.8kJ/kg。第二效二次蒸汽的温度 T2 =
24、 60.1，汽化潜热R2= 2854.9kJ/kg。由公式 （其中为实际压强，m为溶液中水的摩尔分数），可求取溶液的沸点。对于第一效蒸发器， = 214kPa，m=0.979，可知=214.5kPa，查表可得：溶液的沸点T1=122.3。同理求得第二效蒸发器中溶液的沸点为T2=62.3。数据汇总如下表21名称 压强（kPa）蒸汽温度T（） 溶液温度t（） 温差损失（）汽化潜热（kJ/kg）一次蒸汽400143.42138.5第一效的二次蒸汽210121.7122.30.62200.8第二效的二次蒸汽2060.162.32.22854.9表 2 1（二） 由于管路流动阻力而引起的温度差损失对于多
25、效器需要将前一效蒸发器产生的二次蒸汽经过管路输送到下一效蒸发器作为加热蒸汽，由于管道流动阻力的存在，会使二次蒸汽的压强略有降低，温度也相应有所下降，根据经验一般约取温度降低值为1。则第二效的加热蒸汽温度。 对于升膜蒸发器来说，理想状况下加热管内不存在液柱，故升膜蒸发器因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失可忽略不计。（三） 总温差损失与总有效温差总温度差损失 （）总有效温度差 （）各效加热蒸汽和二次蒸汽的温度分布如表22效序号加热蒸汽温度（）二次蒸汽温度（）溶液沸点（）一143.4121.7122.3二120.760.162.3表 2 2三、 热量衡算因为任务书中规定热损失均为5%，故热利用系
26、数。（一） 对第一效进行热量衡算 (2- 2)即 （二） 对第二效进行热量衡算 (2- 3)若第一效产生的二次蒸汽没有额外抽出时 ，原料液的比热容 ： KJ/(kg. )其中为碳酸钠的比热容，为水的比热容。故上式可变为： (2- 4)有W1 + W2 = W ，且W = 3600 kg/h，并将其带入式2 - 4中，可得：W1 = 1944kg/h ， W2 = 1659 kg/h；将W1 = 1944 kg/h 带入式 2 - 2 中，可得D1 = 2106.2 kg/h。各效蒸发量及加热蒸汽量如表 23效序数蒸发量（ kg/h）加热蒸汽量（ kg/h）一19442106.2 二165619
27、44表 2 3四、 初求传热面积（一） 求第一效蒸发器传热面积 S1 (2- 5)第一效中传递的热量，总传热系数 K1= 2000 W/ . ，有效温度差 （）故（二） 求第二效蒸发器传热面积 S2 (2- 6)第二效中传递的热量，总传热系数 K1= 1500 W/ . ，有效温度差 （），故（三） 为制造安装方便，故要求两效传热面积相同，但是由于初次计算得到的两效传热面积相差甚大，故应该调整各效的有效温差，调整后再进行计算面积，直至两效传热面积相差不大。五、 分配有效温差、再求传热面积（一） 重新分配各效的有效温度差 (2- 7) （）（）（二） 校正各效沸点、蒸发水量和传热量因为第二效完成
28、液浓度和其二次蒸汽压强不变，故第二效溶液的沸点亦不变t2= 62.3;而=44.4，则第二效加热蒸汽（来自第一效的二次蒸汽）温度为（）；则第一效二次蒸汽温度（）；假设此时第一效的蒸发量仍为kg/h，则第一效溶液浓度,由，可知第一效的压强kPa, 汽化潜热kJ/kg，由公式，可知此时溶液的沸点。（三） 热量衡算对第一效进行热量衡算： (2- 8)对第二效进行热能衡算：第一效产生的二次蒸汽没有额外抽出即 ， (2- 9)有W1 + W2 = W ，且W = 3600 kg/h，并将其带入式2 - 9中，可得：W1 = 1964kg/h ， W2 = 1636 kg/h；将W1 = 1944 kg/
29、h 带入式 2 - 8 中，可得D1 =2163 kg/h。则，因为此时计算出的W1 、W2与前面所求得蒸发量相差很小，故其溶液浓度无明显的变化，故不必重新计算溶液的沸点。（四） 各效传热面积的重新计算两传热面积非常接近，故不必再重新计算。考虑到留适当设计余量（通常加大10%15%），故最终确定S1=S2=20m2。（五） 各效数据的最终汇总效序数加热蒸汽温度（）二次蒸汽温度（）溶液温度（）压强（kPa）蒸发量（kg/h）面积（m2）一143.4107.7108.4133196420二106.760.162.320163620表 2 4第三章 蒸发器的结构设计本章主要为确定蒸发器主体的各项尺寸
30、并依此来设计和选取各部件，本章主要涉及到加热管尺寸、数量，筒体尺寸，筒体法兰、接管法兰的选取，整体管板的设计，箱体的设计，折流板、防冲挡板的设计，支座、视镜的选取以及重要部件的强度校核等。第一节 加热室的设计一、 加热管数量的确定（一） 初算加热管数量选取的无缝钢管，为满足升膜蒸发器所要求的加热管长径比为100150的要求，同时考虑到资料的推荐值，所以管长取3 m 。管数由下式求取 (3- 1)其中：d0为加热管的外径，d0=0.025m;S为单效的传热面积，S=20m2;L为加热管的长度，L=3m,因为加热管固定在管板上；考虑到管板的厚度所占据的传热面积，故计算n时管长应取（L-0.1）。
31、故 故取加热管数量为88根。（二） 加热管的排列方式和数量的最终确定由于蒸发器的壳程走的是饱和水蒸气，不易结垢，故采用结构紧凑的正三角形排列。若按照正三角形排列，为排下88根管子需要5层，为将5层六角形布满管子，则管子数为91根。同时考虑到拉杆在管板上所占据的位置，故最终加热管数为89根。对管数进行校核：第一效蒸发器中二次蒸汽的体积流量 （m3/s）； (3- 2) 第二效蒸发器中二次蒸汽的体积流量 （m3/s）。 (3- 3)加热管内截面总面积 （m2）。则：第一效蒸发其中二次蒸汽的流速(m/s); 第二效蒸发其中二次蒸汽的流速(m/s)。对于升膜蒸发器，为保障溶液在加热管内的流型为环状流，
32、管内蒸汽流速在常压下要保证在1050m/s，理想条件为30m/s，在减压情况下在100160m/s。此时的、均符合要求，故选取的管子型号和确定的管子长度、数量是合乎要求的。加热管的数据汇总如下表：型号长度数量排列方式无缝钢管3m89正三角形 表3 1二、 计算加热室内径内径由下式求取 (3- 4)其中：为对角线上的管数，因为正六角形为5层，故， 为最外层六角形中加热管的管中心到壳体内壁的距离，一般取（11.5）d0，此时取。为加热管中心距，一般取（1.251.5）d0，但当加热管外径为25mm时，最常用的中心距为32mm。故式3-2为根据手册将内径Di圆整为400mm，壁厚取8mm。三、 折流
33、板设计为了提高壳程内加热蒸汽的流速，并增加其湍流程度，且使壳程流内加热蒸汽能够垂直冲刷管束，以改善传热效果，增大蒸发器的传热系数，提高蒸发器的生产能力，故应该在蒸发器的壳程内安装折流板，同时折流板还可起到减少结垢，对管束起到支撑作用，防止加热管变形的作用。此处选用常用的单弓形折流板，其结构如下图所示：图3- 1 单弓形折流板如图所示，单弓形折流板缺口弦高h易取0.200.45倍的壳体直径，最常用的是0.25倍的壳体直径，故此处。折流板按照等距布置，确定折流板间距B=300mm，折流板厚度取4mm。折流板板数 离管板最近的折流板距离为 由GB1512011可知：折流板管孔直径及允许偏差为mm，折
34、流板外直径及允许偏差mm。四、 拉杆、定距管设计折流板一般通过拉杆与定距管等元件与管板固定。由GB1511999可知拉杆的具体数据，其如下图：拉杆直径d mm拉杆数量n mm mmbmmL2mm16420602.024表3 2图3- 2 拉杆结构图拉杆与定距管结构图如下图所示：图3- 3 拉杆定距杆结构折流板上为拉杆开孔尺寸为mm。定距管一般选取内径比拉杆外径大一些的管子，此处选用的定距管为的无缝钢管，与加热管相同。五、 管板设计为固定换热管束，需要设计管板，此处设计的管板采用延长部分兼作法兰的管板形式，即整体管板。管板与加热室壳体的连接，采用焊接形式；管板与换热管的连接采用强度焊接形式。其结
35、构如下图所示，A图3- 4 管板结构图由压力容器设计手册，可知此处选用的管板法兰的尺寸如下表，公称直径DN,mm压强MPa 管板法兰，mm螺柱DD1D3D4D5Cd2bfb规格数量4000.651548039743740312.5182838M1620表3 3 整体管板尺寸第二节 接管设计一、 接管直径的确定 （一） 溶液进出口接管直径的确定为加工方便，各效蒸发器的料液进出口均采用相同的尺寸，则料液进出口直径应该根据溶液体积流量最大的第一效溶液进口直径为准。溶液的适宜流速按照强制流动取值，有资料可知：浓度不大的溶液强制流动流速理想范围为12m/s，此时取流速u=1.2 m/s。第一效进料液的密
36、度为，则料液的体积流量为，则接管内径为，按照相关标准选取标准的无缝钢管。（二） 饱和蒸汽进出口接管直径的确定为加工制造方便，设计各效饱和蒸汽进出口接管直径相同，蒸汽进出口直径应该依据直径最大者为准。有式3-2和3-3可知，第一效蒸发器中二次蒸汽的体积流量Vs1= 0.709 m3/s；第二效蒸发器中二次蒸汽的体积流量Vs2= 3.477m3/s,；查手册可知第一效的加热蒸汽的密度为，故第一效加热蒸汽的体积流量为，对加热室加热蒸汽管，可按2040m/s的流速确定管径，对蒸发器的二次蒸汽流速可取更大些，真空条件下可达到60m/s。此时取u0=30m/s，u1=40m/s，u2=60m/s。则虽说，
37、接管尺寸应该按照内径最大者为准，但有压力容器设计规范：圆筒上开孔的限制，当圆筒内径时，开孔最大直径不大于 ，且不大于500mm。综合上述因素，现选取的无缝钢管。 此时，由于进入加热室的蒸汽流速过大，为防止因壳程蒸汽进口处高温蒸汽对加热管束表面进行直接冲刷引起而引起侵蚀及震动，故应该在蒸汽进入端口处设置防冲挡板，以保护换热管。此处采用防冲挡板焊接在筒体上的连接方式。防冲挡板的结构图，图3- 5 防冲挡板的结构图取H=24mm。B1=150+25+25=200mm，B2=225mm；防冲板厚度取5mm，采用碳钢材料。（三） 冷凝水的出口直径的确定冷凝水的排出一般属于液体的自然流动，取流速为，为加工
38、方便，各尺寸一致，接管直径应由各效冷凝水体积流量最大者确定。第一效加热蒸汽用量最大，且其冷凝水的密度最小，故第一效冷凝水的体积流量最大。则冷凝水出口内径为， 选取的无缝钢管。 （四） 接管法兰确定选用板式平焊法兰，其结构如下图，图3- 6 板式平焊法兰结构图各接管法兰具体尺寸如下表，接管公称直径DN钢管外径A1连接尺寸板式平焊法兰法兰外径D螺孔中心直圆径K螺孔直径L螺孔数目n螺纹Th法兰内径B1法兰厚度Cdf进料口4045130100144M104616782蒸汽进出口150159265225188M16161201992冷凝液出口8089190150184M1691201242表3- 1二、
39、 蒸发器接管伸出长度的确定（一） 进料接管伸出长度确定其中h接管法兰厚度，mm；接管法兰的螺母厚度，mm；保温层厚度，按照经验取50mm；L接管安装高度,mm；取L=150mm。（二） 蒸汽进出口接管伸出长度确定取L=150mm。（三） 冷凝液出口接管伸出长度确定取L=150mm。三、 蒸发器接管位置的确定蒸汽进出口接管位置确定由于壳程接管位置无补强圈故壳程接管位置最小尺寸为，取L=200mm。四、 测压管，排气管设计为了方便排出蒸发器中的不凝气体和测量蒸发器中的压力，故设计排气管和测压管均为182mm，L=150mm的无缝钢管。第三节 管箱结构设计一、 下端管箱结构的确定对于升膜蒸发器，可在
40、下端封头上开一轴向口，用作进料口，故可将封头与法兰直接焊接，不用使用圆筒边。（一） 封头的选取由于各效蒸发的尺寸相同，且使两端的封头一致，故所以壳体的封头选取统一类型。选用封头结构如下，图3- 7 封头结构图具体尺寸如下，DN mmh1mm直边段标准图号4001001040JB1154-73表3- 2（二） 液体分布器的设计为防止各加热管内料液的流速相差过大（管内流速过大时，将会出现干管现象，使壁面结垢，轻者影响传热效果，重者导致管子的堵塞），故应在下封头内安装一锥形液体分布器，使各管内流速分布均匀些。在分布器上开10mm的小孔，小孔按照同心圆均布。（三） 管箱法兰选取选取根据整体管板的尺寸选
41、取对于的管箱法兰，查标准可得，图3- 8 管箱法兰结构图（凹面）具体数据如下表，DN mmD mm mm mm mm mm mmd mm螺柱规格数量4005154804504404373018M1620表3- 3（四） 垫片的选用垫片材料选择石棉橡胶板，有JB4704-2000可知，图3- 9 垫片的结构尺寸图DN mmD mmd mm400439403表3- 4二、 上端管箱结构的确定选用B型封头管箱型。只考虑相邻焊缝间距离计算管箱的最小长度，长度L如下式，其中为接管位置尺寸；为封头高度，；为接管到封头连接焊缝间的距离，取150mm。则，则选取，圆筒边长为350mm，厚度为10mm。第四节 支座的选取由于此蒸发器属于中小型立式设备，故选用耳式支座。耳式支座简单轻便，但是其对容器壁面可产生较大的局部应力。根据标准JB/T472592，选用支座的尺寸如下，图3- 10 A型耳式支座的结构公称直径DN高度H底板筋板l1b11s1l 2b 224001251006063080804垫板螺栓（孔）l 3b33ed螺纹16012562024M20表3- 5第五节 视镜的选用为了更直接的了解蒸发器内的运行状况，在上箱体处安装视镜。根据箱体的具体情况，选用视镜的形式如下：图3- 11 带颈视镜具体尺寸如下表公称直径DD1b1b2H螺栓标准图号
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