1、第一章 前言11 概述第二章 蒸發(fā)工藝設(shè)計計算2- 1蒸濃液濃度計算2- 2溶液沸點和有效溫度差的確定2- 2- 1 各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失 /2- 2- 2 各效由于溶液靜壓強所因引起的溫度差損失2- 2- 3 由經(jīng)驗不計流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失2- 3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計算K的確定2- 4 蒸發(fā)器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數(shù)2- 5 溫差的重新分配與試差計算2- 5- 1 重新分配各效的有效溫度差，2- 5- 2 重復(fù)上述計算步驟2- 6 計算結(jié)果列表第三章 NaOH 溶液的多效蒸發(fā)優(yōu)化程序部分3- 1 具體的拉格朗日乘子法求

2、解過程3- 2 程序內(nèi)部變量說明3- 3 程序內(nèi)容：3- 4 程序優(yōu)化計算結(jié)果3- 5 優(yōu)化前后費用比較 第四章 蒸發(fā)器工藝尺寸計算4- 1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計4-1- 1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計4-1-2循環(huán)管的選擇4-1-3加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定4-1-4分離室直徑與高度的確定4-2接管尺寸的確定4-2-1溶液進出4-2-2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口4-2-3冷凝水出口第五章、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備5-1氣液分離器5-2蒸汽冷凝 器5-2-1冷卻水量5-2-2計算冷凝器的直徑5-2-3 淋水板的設(shè)計5-3泵選型計算5-4預(yù)熱器的選型第六章 主要設(shè)備強度計算及校核 6 - 1

3、 蒸發(fā)分離室厚度設(shè)計 6 - 2 加熱室厚度校核第七章 小結(jié)與參考文獻：符號說明希臘字母：c比熱容， KJ/a對流傳熱系數(shù)，W /m2. Cd管徑， m溫度差損失，CD直徑， mn誤差，D加熱蒸汽消耗量， Kg/hn熱損失系數(shù)，f校正系數(shù)，n阻力系數(shù)，F(xiàn)進料量， Kg/h入-導(dǎo)熱系數(shù)，W /m2. Cg重力加速度， s2卩粘度,hH高度， m高度， mp -密度， Kg/m3k 杜林線斜率K總傳熱系數(shù)，W/m2. CE-加和L液面高度， m系數(shù)L加熱管長度， mL淋水板間距， m下標：n效數(shù)1,2,3效數(shù)的序號n第 n 效0進料的p壓強， Pai內(nèi)側(cè)q熱通量， W/m2m平均Q傳熱速率， Wo

4、外側(cè)r汽化潛熱， KJ/Kgp壓強R熱阻， m2.C /Ws污垢的S傳熱面積， m2w水的t管心距， mw壁面的T蒸汽溫度，Cu流速， m/sU蒸發(fā)強度， Kg/上標：V體積流量， m3/hf二次蒸汽的W蒸發(fā)量， Kg/h:因溶液蒸汽壓而引起的W質(zhì)量流量， Kg/h：因液柱靜壓強而引起的x溶劑的百分質(zhì)量 , ：因流體阻力損失而引起的第一章 前言 11概述1 蒸發(fā)及蒸發(fā)流程 蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì) （如鹽類） 的溶液沸騰， 除去其中被汽化單位部分 雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液， 是化工、 醫(yī)藥、 食品等工業(yè)中較為常見的單 元操

5、作。化工生產(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：1 獲得濃縮的溶液產(chǎn)品； 2、將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、抗生素、糖等產(chǎn)品； 3、脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸發(fā)器。 蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積， 使溶液受熱沸騰。 溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種 循環(huán)流動， 被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。 蒸發(fā)器內(nèi)備有足夠的分離空間， 以除去汽化的蒸 汽夾帶的霧沫和液滴， 或裝有適當(dāng)形式的除沫器以除去液沫， 排出的蒸汽如不再利用， 應(yīng)將其在 冷凝器中加以冷凝。蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法， 通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽， 從

6、溶液蒸 發(fā)出來的蒸汽叫做而次蒸汽。2 蒸發(fā)操作的分類 按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。 按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)， 若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用， 直接經(jīng)冷凝 器冷凝后排出， 這種操作稱為單效蒸發(fā)。 若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱 蒸氣，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。 多效蒸發(fā)中， 二次蒸汽的潛熱 得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點：（1）、在低壓下操作，溶液沸點較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳熱面積；（2

7、）、可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（3）、有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)；（4）、操作溫度低，熱損失較小。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高， 可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。因此，單效蒸 發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。3 蒸發(fā)操作的特點 從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知， 常見的蒸發(fā)時間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過 程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點 :（1）沸點升高 蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在港臺壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純?nèi)?劑的蒸氣壓低， 使溶液的沸點高于純?nèi)芤旱姆悬c， 這種現(xiàn)象稱為溶液沸點的升

8、高。 在加熱蒸氣溫 度一定的情況下， 蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱唇溶劑的純熱溫差， 而且溶液的濃度越高， 這種影響也越顯著。（2）物料的工藝特性 蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時可能析出晶體，或 易于結(jié)垢； 有些則具有較大的黏度或較強的腐蝕性等。 如何根據(jù)物料的特性和工藝要求， 選擇適 宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題。（3）節(jié)約能源 蒸發(fā)時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如何充分利用熱量，提高 加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個問題。4 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱， 部分氣化， 得到濃縮的完成液， 同時需要排 出二

9、次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器， 它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。 蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括： 使液沫進一 步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。茲分述如下：由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液 在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：（1）循環(huán)型蒸發(fā)器 特點：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。操作 穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有a. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，b. 懸筐式蒸發(fā)器c. 外熱式蒸發(fā)器，d. 列文式蒸發(fā)器e. 強制循環(huán)蒸發(fā)器。其中，前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器

10、。（2）單程型蒸發(fā)器 特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進行循環(huán)。優(yōu)點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。缺點：設(shè)計或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。 此類蒸發(fā)器主要有a. 升膜式蒸發(fā)器，b. 降膜式蒸發(fā)器，c. 刮板式蒸發(fā)器本次設(shè)計采用的是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 ：結(jié)構(gòu)和原理： 其下部的加熱室由垂直管束組成， 中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。 當(dāng)管內(nèi)液體 被加熱沸騰時， 中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大； 而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密 度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，

11、做自然循環(huán)流動。溶液 的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強化了蒸發(fā)過程。這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點，應(yīng)用十分廣泛，有 標準蒸發(fā)器 之稱。為使溶液有良好的循環(huán)， 中央循環(huán)管的截面積， 一般為其余加熱管總截面積的40%100%；加熱管的高度一般為 12m ;加熱管徑多為 2575mm之間。但實際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制， 其循環(huán)速度一般在 s 以下；蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不夠方便。第二章蒸發(fā)工藝設(shè)計計算WjW,1 并流寒毀薫發(fā)報離池編工藝渡程圏2- 1蒸濃液濃度計算多效蒸發(fā)的工藝計算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：

12、 加熱蒸氣（生蒸氣）的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計算的已知參數(shù)有：料液 的流量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸氣的壓強和冷凝器中的壓強等。蒸發(fā)器的設(shè)計計算步驟多效蒸發(fā)的計算一般采用試算法。（1） 根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強及冷凝器的壓強） 蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。（2）根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步估計各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。（3）根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)蒸氣通過各效的壓強降相等，估算個效溶液沸點和有效總溫差。（4）根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。（5）根據(jù)傳熱速率方程計算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應(yīng)按下面介紹的方法重

13、新分配有效溫度差，重復(fù)步驟（3）至（5），直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預(yù)先給出的精度要求）為止。3.5 104 103F= 320 24 =h總蒸發(fā)量:W=F （1- X3）= （i- 0.3）=h并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引岀，可設(shè) W :W2：W3=1：而 W=Wi+W2+W3=h由以上三式可得:Wi=h;W2=h;W3=h;F X。F X。X1= F W =； X2= F W W =；X3= 2- 2溶液沸點和有效溫度差的確定設(shè)各效間的壓強降相等，則總壓強差為:PPKP =pi-pk/=p= n式中P -各效加熱蒸汽壓強與二次蒸氣壓強之差KPa,P -第一次加熱蒸氣的壓強KPap/K

14、 -末效冷凝器中的二次蒸氣的壓強KPa各效間的壓強差可求得各效蒸發(fā)室的壓強即 Pi/=P1- Pi=P2/ =P1-2 Pi=P3/=Pk/=由各效的二次蒸汽壓強從手冊中查得相應(yīng)的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與下表中第一效第二效第三效 二次蒸汽壓強 R/（KPa）二次蒸汽溫度T/（C ）（即下一效加熱蒸汽溫度）二次蒸汽的汽化潛熱（即下一效 加熱蒸汽的ri/）多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計算：有效總溫度差t（TiT，k）式中t -有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，C。Tl -第一效加熱蒸氣的溫度，C。T /1 K -冷凝器操作壓強下二次蒸氣的飽和溫度，C。總的溫度差損失，為各效溫度差損失之

15、和，c，=/+tA1tA2 tB1TB2tA1 tA2tB1 TB2 k tA tA t A1/1/ /_gL_gLktB1TB2232L21089.4 9.8111142.9 9.81 111089.4, 21142.9,31283.72 1032 1031283.7 9.81 1t t t /Lp pm ppml i/ /pm2 2/ / pm3 32 103/ /pm1 pm2/tpm3pmtlQi Di22/8.3 1.0 09.33/33/ 18.0 5.4 023.4(FCp。WCpwW2cpwW Gw)(ti 1ti） Wir Wi在焓衡算式計入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時，尚

16、需考慮熱利用系數(shù)一般溶液的蒸發(fā),可取得（式中 x為/ / /11112t “ t-ri式中Di -第i效的加熱蒸汽量，當(dāng)無額外蒸汽抽岀時Di _ Wi1Cp0ri第i效加熱蒸氣的汽化潛熱第i效二次蒸氣的汽化潛熱原料液的比熱Cpw水的比熱t(yī)iti 1分別為第i效及第i-1效溶液的沸點溶液的濃度變化，以質(zhì)量分率表示）。第i效的蒸發(fā)量 W的 計算式為iDi (FCp0W1CpwW2Cpwri第i效的熱利用系數(shù)無因次，對于加熱蒸氣消耗量，可列出各效焓衡算式并與式（3-2）聯(lián)解而求得。1卩1呂 FCp03第一效的焓衡量式為：W1=r1r1Q 10.94 0.7(0.1250.1)0.9225由相關(guān)手冊查

17、得cpo=（KgC ）, cpw = KJ/（KgC ）代入1D 氣 2112.9(a)W1= r1 = 2154.1同理第二效的熱衡算式為r1t1 t2W2=W(FCp0 WCpw)嚴 r22 2 所以W2 =21541.9057W1 翫(4557.3 3.8644 W 4.2035)1444 270.8580W 124.852197.5第三效的熱衡算式為3W2 7(FCpoW1 CpwWCpw)3W3 =30.94 0.7(0.30.174)0.85180.8518W2W3 =2197.52332.8127 2 90 2(4557.3 3.8644 4.2035W, 4.2035W2)23

18、32.8=+(c)又 W1+ W2+ W3=(d)聯(lián)立,(b),(c),(d)式，解得：W1=hW2=hW3=hD1= Kg/h2- 4蒸發(fā)器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數(shù)K的確定任意一效的傳熱速率方程為QiS= Ki 1式中Qi-第i效的傳熱速率，W。Ki -第i效的傳熱系數(shù)，W/ ( m2, C)ti第i效的傳熱溫度差，CS-一第i效的傳熱面積，m2在三效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即S1=S3=S3=S若求得的傳熱面積不相等，應(yīng)根據(jù)各效面積相的原則重新分配各校的有效溫度差。方法如下： 總的傳熱系數(shù)K;K。ddmd d di idi稱為公

19、式(A)式中 0，匚-管外蒸汽冷凝傳熱系數(shù)與管內(nèi)液體沸騰傳熱系數(shù)RS0，RSi-管外和管內(nèi)的污垢熱阻，-管壁的導(dǎo)熱系數(shù),b-管壁的厚度,d。，dm，di -加熱管的外徑、平均直徑與內(nèi)徑,。該值受溶液的性質(zhì)、蒸發(fā)器的類型、 因此，一般沸騰傳熱膜系數(shù)關(guān)聯(lián)式的準計算K0值主要在于求取關(guān)內(nèi)溶液的沸騰傳熱系統(tǒng) 沸騰傳熱的形式伊基蒸發(fā)操作的條件等許多因素的影響。確度較差。IZ -101bddRsiRs0h =T1-t1=0dmdi10-4m2K/W,17.4W/m K取規(guī)格為 382.5mm的加熱管則 d0=38mm,d i=2 =33mm,d m= 35.4mm ,b=Qi=Diri= = 10 h第一

20、效：doidi 查得 Rso= x 10-4m2 K/W , Rsi= x0蒸汽在垂直管外的冷凝對流傳熱系數(shù)假設(shè)壁溫 twi=150C，特性溫度t= ( +150) /2= C,t= C,由t值查得冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)=W/m K，密度=m3，粘度=x 10-3，又 r =Kg1.130i=916.142 9.81 0.68393 2112.9 1032 0.1848 10 3 1.8=W/m K ；4丨t驗算:Re= r = 2000，所以 01 = W/ m K由經(jīng)驗公式：i LLPt w CL)0.5()0.25L(*)其中，:L-沸騰液體與其蒸汽間的表面壓力,N/m; L-液體的導(dǎo)熱系數(shù)，

21、W/ ;P-二次蒸汽壓力,Pa;CL-液體的比熱J/；r -液體的汽化潛熱J/Kg;L-液體的密度 Kg/m3;r -蒸汽的密度Kg/m3l-液體的動力粘度Pa s;水的動力粘度tw管壁與沸騰液體間的傳熱溫差K;=;r =Kg; L =m3; r =m3;C -與表觀液面高度百分比h有關(guān)的系數(shù)h:-加熱管內(nèi)含純液柱高度占總管長的百分比x ; L = x 10-3Pa s;tw 對一效查得：L= N/m , P= Pa, C=，cl=;L帶入上式解得：5=W/m K帶入公式（A）得 Ki=W/m Ktotw檢驗twRs0tw1tjFsi帶入數(shù)據(jù)解得與假設(shè)基本相同，故不必重算。所以Ki=W/m K

22、第二效:假設(shè)tw=135 C,特性溫度t= ( 135+ ) /2= C,t = C,由t值查得冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)= W/m K，密度=m3，粘度=x l0-3Pa s,又 r =Kg232i.i3 (r由公式：02 =1 t 得0 2=2(929.0639.81 0.68532 0.2068 1032145.1 103.2=W/m4丨t驗證：Re= r = 2000，所以 02=W/m K由經(jīng)驗公式：i LlPtw Cl / L 0.5/ 0.25( ) ( ) r 10 rL因為 t= (135+) /2= C對二效查得：L= N/m，P= KPa C=，cl=;L= ; r =Kg;x 1

23、0-3Pa s;tw = K;帶入上式解得：i2=W/m K帶入公式(A)得 K2=W /m KL =m3,r =m3,=x ； L =twtwti檢驗twRs0Rsi帶入數(shù)據(jù)解得重新假設(shè)tw=C，所以 t=+/2= C t=由t= C查得=W/m K，密度=m3，粘度=x io-3Pa s,又 r =Kg根據(jù)式1.130 2 =231(g r)4l得：02 = W/ m K ；4 lt驗證：驗證：Re= r=2000,所以02=W/m K因為 t= (+) /2= C對二效查得：L= N/m , P= KPa C=, cl=;L=;r =Kg; L =m3,r=m3；=x ； L =twCl

24、x 10-3Pa s; tw =根據(jù)公式:lP)0.5()0.25L得i2=W/m K由公式（A）計算得到 K2=W/m Kt0 t wtw ti檢驗twRs00Rsi帶入數(shù)據(jù)解得tw = C與假設(shè)基本相同，故不必重算。所以K2=W / m K第三效根據(jù)式1.13 (3 =g r)4 l t )4 l tRe2000，驗證：Re= rt = C,由t值查得冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)假設(shè) tw3=110 C,特性溫度t= ( +110) /2= C,= W/m K，密度 =m3，粘度=x 10-3Pa s,又 r =Kg23 丄1.13 ( r由公式：03 =1 t 得233(947.889.81 0.6

25、8462197.5 1003=2 0.2503 10 3 7.9=W/m K ；驗證：Re= r = 2000，所以 02=W/m K由 t= (110+) /2= C=;r =Kg; L =i275Kg/m3r =m3.x ; L = x i0-3Pa s;tw對三效查得：L= N/m , P= KPa, C=, cl=;L經(jīng)驗公式tw ClL )0.50.25( ) ( ) r 10 rL帶入上式解得:i3=W/m K帶入公式(A)得 K3=W/m Kt0 t w檢驗twRs00tiRsi帶入數(shù)據(jù)解得與假設(shè)基本相同，故不必重算。所以如W/m K即K1=W/m K ,K2=W/m K，如W/

26、m K。因為參數(shù)太多，值查的不準，計算的k值差別不大，優(yōu)化效果不明顯，故用經(jīng)驗值，K1=1860 W/ m K,K2=1280W/m K,K3=700W/m K分別帶入公式：DmSi= tK得到De 1169.0 2112.9 1 03/3600“ c廠一49.85S1= t1.K1 =1860 (151.8 144.4)m2D221057.9 2154.1 103/3600244.96mS2= t2.K2 =1280 (138.2 127.2)止 1032.6 2197.5 103/36O32.5S3=垃 K3 =700 (117.9 90.2)m132510.3478誤差為：1-Smax4

27、9.85誤差較大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述步驟25溫差的重新分配與試差計算 2- 5 1重新分配各效的有效溫度差，S1t1 S2 12S3 t3平均傳熱面積:S=重新分配有效溫度差/ 一ti = Sti 空5 7.4= 38.269.64cS2/t2 = St2 也6 11 = 38.2612.93cS3/t3 = S空 27.7t3 = 38.2623.53c25 2重復(fù)上述計算步驟：25 2 1由所求各效蒸汽量求各效溶液濃度竺竺空0.130F W 4557.3 1057.9F X。X2= FW1 W24557.3 0.104557.3 1057.9 1032.6X3=,25 2

28、2計算各效溶液沸點末效溶液沸點和二次蒸汽壓強保持不變，各種溫度差損失可視為衡值，故末效溶液的沸點t3=.而t3 =c ,則第三效加熱蒸汽溫度（即第二效二次蒸汽溫度）為T3=T2/=+=C ,由于第二效二次蒸汽溫度為T2/=C，再由X2=查杜林曲線得：tA2=C ,所以 t2= tA2+ 七2 =+=Ct /同理：由t2=c ，2 =c則T2= T1/ = t2+ t2 =+=C再由T/ =c，X仁，查杜林曲線得：tA仁ct/t1 =+=C ;也可以由t1 = T11 = c說明溶液的溫度差損失變化不打，不必重新計算，故有效溫度差為c以上計算結(jié)果總結(jié)如下效數(shù)第一效第二效第三效溶液沸點tic加熱蒸

29、汽的溫度c ）有效溫度差（C）1 =x( )=25 2 3各效焓衡算:效數(shù)第一效第二效第三效二次蒸汽溫度T/（C ）（即下一效加熱蒸汽）溫度二次蒸汽的汽化潛熱（即下一效加熱蒸汽的 r/）二次蒸汽的汽化潛熱和二次蒸汽溫度t/（ C）（即下一效加熱蒸汽）溫度 如下表:第一效:2112.9 DiW 1= 2161.3 h第二效:20.94 (0.185 0.130) 0.70.9015W2 =2161.30.9015 云4557.3-4023.5W 1)142.22 122.742222.3 103=139.17+0.8445WKg/h第三效:1 = x=2222 3122 74 90 2W1 +(

30、3864.4 4557.3-4023.5W 1 -4023.5W2)W3= 5 2332.82332.8 Kg/hW3= W 1+ 07705W2因為：W 1+ W2+ W3=h得：W 1=h ,W2=hW3 = Kg/h ,D=h與第一次熱量恒算所得結(jié)果：W 1=h, W2=h, W3 =h比較并計算誤差得其各效溶液濃度無明顯變化不必再相對誤差均在誤差允許范圍之內(nèi)股計算得各效蒸發(fā)面積合理 算。2- 5 2 4計算各效傳熱面積V12g=t2.K2 =31165.4 2112.9 10 /36001860 9.6438.152m31023.4 2161.3 10 /36001280 12.933

31、7.12m2V22S3=t2.K2 =3967.7 2222.3 10 /3600700 23.5336.272mmin誤差計算得：1- Smax =1 =；所以誤差允許取平均面積的S= 6計算結(jié)果列表效數(shù)123冷凝器加熱蒸汽溫度(C)操作壓強P/ (KPa)溶液沸點tiC完成液濃度()蒸發(fā)水量Wi Kg/h生蒸汽量D Kg/h傳熱面積S m2表中 P/ 按 T1/ =T2 =C查得，p2按 T2/ =T3 = C查得，Pk/ P3/ =第三章 NaOH溶液的多效蒸發(fā)優(yōu)化程序部分 3- 1具體的拉格朗日乘子法求解過程具體的拉格朗日乘子法求解過程如下：(1 )先輸入筆算得相關(guān)數(shù)據(jù)(與優(yōu)化計算的過

32、程相比可視為常量的或者不變的量)a0=b0=,B=40000, c0=4180,c1=,c2=1,c=0 , e=,f=,fc=, k1=1860,k2=1280,k3=700 , o=7680,p=1000, R0=,r3=,y=,x0=, x3=,t0=20, t3=,T仁,Tk=,Tpm3=,Ta3=,T3=,;(2) 根據(jù)公式w=f*(1-x0/x3);計算總的蒸發(fā)量(3) 根據(jù)Tpm3 , Ta3, T3德具體數(shù)值計算相關(guān)量b視為不便的量。(4) 在輸入筆算的第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱為程序內(nèi)部循環(huán)作準備(5) 根據(jù)公式 w1=w/(1+r1/r2+r1/r3);w2=w/(1+r

33、2/r1+r2/r3);w3=w-w1-w2; D1=w3*r3/R0;計算分別算出各效蒸發(fā)量并求出生蒸汽的量(6) 根據(jù)公式x仁f*x0/(f-w1);x2=f*x0/(f-w1-w2);進一步求岀第一效和第二效的濃度(7) 根據(jù)根據(jù)拉格朗日乘子法，求岀各效溫度差損失dt1、dt2、dt3。(8) 利用經(jīng)驗公式R仁只2=求變化后的第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱。當(dāng)滿足條件時退岀循環(huán)并開始計算面積，同時求岀費用，如果不滿足條件就自動傳遞變量第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱， 重新進入循環(huán)直至滿足條件(9 )分別計算年生蒸汽費用，蒸發(fā)器年折舊維修費用和整孔系統(tǒng)費用。并考慮節(jié)省的費用。程序內(nèi)部變量說明：

34、a0-計算年蒸汽費用時的常量A3-面積的一維變量，b-雙精度變量，c0-水的比熱容，c2-動力費附加系數(shù)， 3- 2程序內(nèi)部變量說明a雙精度變量，b計算年蒸汽費用時的常量，B蒸發(fā)器用不銹鋼市場鋼材價格，40000,c1電費，c雙精度變量”d 雙精度變量 ,dt1,dt2,dt3, 分別為溫度差變量E雙精度變量 ,fc 蒸發(fā)器念折舊及維修率 ,H3 增資系數(shù)的一維變量 ,L 雙精度變量 ,N 雙精度變量 ,n 雙精度變量 ,p 水的通常密度 ,r1,r2,r3 各效汽化潛熱的雙精度變量w1,w2,w3 各效蒸發(fā)量 ,y 泵的效率 ,t0 冷凝水的進口溫度 20,T 生蒸汽的溫度 ,TkR1,R2

35、第D1 生蒸汽 -雙精度變量e 循環(huán)控制常量 ,f 溶液流量 ,h 雙精度變量 ,k1,k2,k3 各效總的傳熱系數(shù)M 雙精度變量 ,m 雙精度變量 ,o 蒸發(fā)器年工作時間7680,R0 生蒸汽的汽化潛熱 ,w 總的蒸發(fā)量 ,vw 雙精度變量 ,j,j1,j2,j3 費用的雙精度變量，t1,t2,t3 各效的溶液的沸點 ,冷凝器的蒸汽溫度 效和第二效蒸氣的汽化潛熱雙精度變量x0,x1,x2,x3 原料液濃度和各效內(nèi)部的濃度 ,Tpm3 溶液靜平均壓強對應(yīng)的飽和溫度的一維變量Ta3 由杜林曲線查出的各小溶液沸點的一維變量T3 二次蒸汽溫度的一維變量 ; 3- 3程序內(nèi)容:#include #in

36、clude main() int i;double a0=,a,A3,b0=,b,B=40000, c0=4180,c1=,c2=1,c=0, d=0,D1,dt1,dt2,dt3, e=,E,f=,fc=,h,H3, k1=1860,k2=1280,k3=700, L,M=0,N,m,n,o=7680,p=1000, R0=,R1,R2,r1,r2,r3=, w,w1,w2,w3,vw,y=, j,j1,j2,j3, x0=,x1,x2,x3=, t0=20,t1,t2,t3=, T1=,Tk=,Tpm3=, Ta3=,T3=,;for(i=0;i3;i+)c+=Tai-Ti;d+=Tpmi

37、-Ti;b=T1-Tk-c-d;scanf(%f,%f,&r1,&r2); w=f*(1-x0/x3); for( ; ; ) w1=w/(1+r1/r2+r1/r3); w2=w/(1+r2/r1+r2/r3); w3=w-w1-w2; D1=w3*r3/R0; x1=f*x0/(f-w1); x2=f*x0/(f-w1-w2); m=D1*R0/k1; n=w1*r1/k2; h=w2*r2/k3; a=sqrt(m)+sqrt(n)+sqrt(h); dt1=b*sqrt(m)/a; dt2=b*sqrt(n)/a; dt3=b*sqrt(h)/a; R1= t1=t3+dt3+dt2;

38、 R2= if(fabs(R1-r1)/r1)=e& fabs(R2-r2)/r2)=e) break;elser1=R1;r2=R2;t1=T1-dt1;t2=t3+dt3;printf(xiang guan shu ju :n); printf(D1=%f,nw=%f,w1=%f,w2=%f,nR1=%f,R2=%f,ndt1=%f,dt2=%f,dt3=%f,nT1=%f,t1=%f,t2=%f,t 3=%f,nx0=%f,x0=%f,x1=%f,x2=%f,x3=%fn,D1,w,w1,w2,w3,R1,R2,dt1,dt2,dt3,T1,t1,t2,t3,x0,x1,x2,x3);

39、printf(xia mian ji suan mian ji :n);A0=m/dt1/;A1=n/dt2/;A2=h/dt3/;printf(mian ji shi :n);printf(A0=%f,nA1=%f,nA2=%f,A0,A1,A2); printf(nji suan fei yong :n);j1=o*D1*(a0+b0*T1)/10000;for(i=0;i3;i+)if(Ai=100)Hi=1;else if(Ai100)Hi=;else Hi=; for(i=0;i3;i+) printf(%f,%fn,Ai,Hi);for(i=0;i3;i+)M+=(4400+B-6

40、20)*+*Ai)*Hi;j2=fc*M/10000;vw=w3*(r3*1000+c0*5)/p/c0/(Tk-5-t0)/3600; j3=c1*c2*o*(21+1450*vw*vw)*vw*p/102/y/10000; j=j1+j2+j3; printf(j=%f,nj1=%f,nj2=%f,nj3=%fn,j,j1,j2,j3);L=j1/j;E=j2/j;N=j3/j;printf(L=%f,E=%f,N=%fn,L,E,N);return; 3 4程序優(yōu)化計算結(jié)果程序運行結(jié)果：D1=,w=,w1=,w2=,w3=,A0=,A1=,A2=,Dt1= ； R2=； 優(yōu)化后的：總的費

41、用：j=萬元，年生蒸汽費用：1=萬元，蒸發(fā)器年折舊維修費用：2=萬元，真空系統(tǒng)費用：3=萬元，3 5 優(yōu)化前后費用比較等面積的各項費用： 總的費用：J萬元年生蒸汽費用： j1 萬=元 , 蒸發(fā)器年折舊維修費用：J2萬元真空系統(tǒng)費用： J3 = 萬元兩者比較：總的節(jié)省費用：0=萬元，年生蒸汽費用： 年折舊維修費用 真空系統(tǒng)費用：第四章各種費用所占的比例：L=,E=N=各種費用所占的比例L=E=N=節(jié)省費用比例 :%J10=J1 -J1=H元,L0=,:J20=J2-J2=萬元,E0=,J30=J3-J3=萬元,N0=,蒸發(fā)器工藝尺寸計算蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸（以下均以第一效為計算對象）我們選取的中

42、央循環(huán)管式蒸發(fā)器的計算方法如下。4 1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計4- 1 1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計蒸發(fā)器的加熱管通常選用38*無縫鋼管。加熱管的長度一般為 一2m，但也有選用2m以上的管子。管子長度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的難 以程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)我們的設(shè)計任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子。可根據(jù)經(jīng)驗我們選取：L=2M ,38*可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長度初步估計所需的管子數(shù)n,S28.071n*d*(L 0.1)*38*10*(20.1)=124(根)式中S=-蒸發(fā)器的傳熱面積，m2，由前面的工藝計算決定(優(yōu)化后的面

43、積)；d0-加熱管外徑，m ；L-加熱管長度，m ；因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，則計算n時的管長應(yīng)用(L) m.4- 1 2循環(huán)管的選擇循環(huán)管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減小的原則考慮的。我們選用的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的40%-100%。加熱管的總截面積可按 n計算。循環(huán)管內(nèi)徑以D1表示，則-D1(40% 100%)* n *dj44所以 D1, (0.41)*n*di 0.8*124 *33 329 mm對于加熱面積較小的蒸發(fā)器，應(yīng)去較大的百分數(shù)。選取管子的直徑為：377 10mm循環(huán)管管長與加熱管管長相同為 2m。按上式計算岀的 D1后

44、應(yīng)從管規(guī)格表中選取的管徑相近的標準管，只要n和n相差不大。循環(huán)管的規(guī)格一次確定。循環(huán)管的管長與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計入傳熱面積中。4- 1 3加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、數(shù)目及在管板撒謊能夠的排列方式。加熱管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圓排列。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)表加 以比較我們選用三角形排列式。管心距t為相鄰兩管中心線之間的距離， t 一般為加熱管外徑的 一倍，目前在換熱器設(shè)計中，管 心距的數(shù)據(jù)已經(jīng)標準化， 只要確定管子規(guī)格， 相應(yīng)的管心距則是定值。 我們選用的設(shè)計管心距是： 確定加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)的具體做法是：先計算管束中心線

45、上管數(shù)nc,管子安正三角形排列時，nc=* n ;其中n為總加熱管數(shù)。初步估計加熱室Di=t(nc-1)+2b式中b =(1 o.然后由容器公稱直徑系列， 試選一個內(nèi)徑作為加熱室內(nèi)徑并以該內(nèi)徑和循環(huán)管外景作同心圓，在同心圓的環(huán)隙中，按加熱管的排列方式和管心距作圖。所畫的管數(shù)n必須大于初值 n,若不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至合適。由于加熱管的外徑為 38mm ，可取管心距為 48mm ；以三角形排列計算nc 1.1 - n 1.1 12413，b =(1 0=*d0,Di=t(nc-1)+2b =48* ( 13-1 ) +2*38*=690mm，選取加熱室殼體內(nèi)徑為800mm 鄙厚

46、為 12mm ；4- 1 4分離室直徑與高度的確定而分離室的體積又與二次蒸汽的體積流量及蒸發(fā)體積分離室的直徑與高度取決于分離室的體積, 強度有關(guān)。V分離室體積V的計算式為：W3600*U式中V-分離室的體積，m3；P-某效蒸發(fā)器二次蒸汽量,U= m3/（m 3*s）U的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個其密度也不相同，按上式計算得到的分離室體積也不會相各效分離室的尺寸可取一致。 分離室體積宜取其中較大者W3600*U1068.953600*2656*1.20.093m3。H=， D=4- 2接管尺寸的確定流體進岀口的內(nèi)徑按下式計算式中Vs-流體的體積流量m3/s； U流體的適宜流速m/s，估算岀內(nèi)徑后，應(yīng)從管

47、規(guī)格表格中選用相近的標準管。4- 2 1溶液進出口于并流加料的三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設(shè)備尺寸一致的話,確定接管。取流體的流速為m/s ;根據(jù)第一效溶液流量4 4557.3/ 36001064*3.14*0.80.0435m所以取巾規(guī)格管。42 2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口各效結(jié)構(gòu)尺寸一致二次蒸汽體積流量應(yīng)取各效中較大者4 1069.217/3600、2.671*3.14*300.0687mW-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h;Kg/m3，U-蒸發(fā)體積強度，m3/（m3*s）;即每立方米分離室體積每秒產(chǎn)生的二次蒸汽量。一般用允許值為 根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計算中得到的各效二次蒸汽量，再從

48、蒸發(fā)體積強度 值，即可由上式算出分離室的體積。 一般說來，各效的二次蒸汽量不相同， 同，通常末效體積最大。 為方便起見,2V * D * H確定了分離室的體積，其高度與直徑符合4關(guān)系，確定高度與直徑應(yīng)考慮一下原則：（1）分離室的高度與直徑之比H/D=12。對于中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其分離室一般不能小于，以保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也不能太少，否則二次蒸汽流速過大，導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴重。（2）在條件允許的情況下，分離室的直徑盡量與加熱室相同，這樣可使結(jié)構(gòu)簡單制造方便。（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場的安放?，F(xiàn)取分離室中U= （ m3*s）:所以取巾規(guī)格管。42 3冷凝水出口冷凝水的排岀一般屬于液體自然流動，接管直徑應(yīng)由各效加熱蒸氣消耗量較大者確定。4 1069.217/3600915.27*3.14*0.150.0525m所以取巾規(guī)格管第五章、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備 5- 1氣液分離器蒸發(fā)操作時，二次蒸汽中夾帶大量的液體，雖在分離室得到初步的分離，但是為了防止損失有用的產(chǎn)品或防止污染冷凝液，還需設(shè)置氣液分離器，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽分離，故氣液分離器或除沫器。其類型很多，我們選擇慣性式除沫器，起工作原理是利用帶有液滴的二次 蒸汽在突然改變運動方向時，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。在慣性式分離器的主要尺寸可按下列關(guān)系確定:D0=D1;D1：D2： D3=1:2H