1、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算第期強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì) 計(jì)算薛允連（沈陽(yáng)市遼中化工總廠）強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器廣泛應(yīng)用在石 油、化工、冶金、制鹽、食品和其他工業(yè)部門。它適合于蒸發(fā)濃稠和帶結(jié)晶的溶液。由于能顯著提高生產(chǎn)強(qiáng)度和改善操作條件，所以在技術(shù)上有一定的優(yōu)越性。一般認(rèn)為強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)比自然循環(huán)蒸發(fā)器的 大。但明顯缺點(diǎn)是能量消耗大，每平方米加熱面積約需 0.40.8千 瓦。因此,幾乎都是在自然循環(huán)蒸發(fā)器不能很好工作的情況下，而選擇強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的。其實(shí)，強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的電功消耗是不大的。一面通過(guò)計(jì)算來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。一、循環(huán)流動(dòng)的阻力強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器種類形式很多，但大多如圖1所

2、示。在這種形式的蒸發(fā)器中，循環(huán)管兩邊的液面高度相等，循環(huán)流 體的位差損失等于零。強(qiáng)制循環(huán)的流體運(yùn)動(dòng)主要是克服流動(dòng)過(guò)程中的阻力損失，這些阻力損失包括加熱管和循環(huán)管的摩擦阻力損失Ahl,局部阻力損失AhH和消耗于流動(dòng)加速度的壓頭損失 5111。從摩擦阻力損失計(jì)算（1）加熱管：R。=些些=生些協(xié)卜g其中：Re是雷諾準(zhǔn)數(shù) d是加熱管內(nèi)徑 （米）是溶液流過(guò)加熱管時(shí)的流速（米/秒）P是溶液的密度，r是溶液 的重度（公斤/米“件是溶液的粘度（厘泊）g是重力加速度，為 9.81（米/秒么）任取 d=0.030;。二 2;r=1300;件=1。Re=0.030X2X1300、氛 Xg 8=7。8X104強(qiáng)制循環(huán)

3、蒸發(fā)器圖。加熱室2'分離室3.循環(huán)泵4.循環(huán)管查圖表，粗糙管Resx10召 時(shí)，摩擦系數(shù)入二0.023。這里的物理參數(shù)是任取的，但務(wù)使摩擦系數(shù)偏高一些。所以，流體在加熱管中的摩擦阻力損失h:L。、2 L。么h尸入，義井x匕=0.023岑.丫-'燦、一 d 29一' "/d29 其中L是加熱管的長(zhǎng)度（米）。（2）循環(huán)管為了適應(yīng)蒸發(fā)稠厚和結(jié)晶溶液的特點(diǎn)，要求溶液在循環(huán)管中速度也不降低，為此可蒙古石油化工第17卷取循環(huán)管截 面積d循與加熱管的截面積相等。若取加熱管總根數(shù)為n可得:dZ、'=n月汽J目任K匹d:4d 循二、/丁悶為使以下計(jì)算簡(jiǎn)化，令訓(xùn)I n=1

4、0，則R循二10R "=7.8x105, 查圖表得入：=0。018所以，流體在循環(huán)管中的摩擦阻力損失hZ:體出管，取邑 腸 分離了蒸汽的溶液，或經(jīng)過(guò)錐形的分離器底部或由彎管導(dǎo)入循環(huán) , 取息二0.36;最后，溶液經(jīng)過(guò)9曠彎管由循環(huán)管進(jìn)入循環(huán)泵，如采用 的彎管直徑在100400毫米范圍內(nèi)，局部阻力系數(shù)可取 0.220.31。所以，溶液在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，由于局部阻力造成的摩擦損失 Ah:是:%;一三:、獷乙 ghZ 二入 ZX 瞻 二（O。91+0.25+1+0。36+1+0。36曰么。么令循環(huán)管長(zhǎng)度與加熱管長(zhǎng)度約略相等，即L循劉L,d循二了萬(wàn)d島1od,.018益X護(hù)。002氣一顯然,

5、hZ的數(shù)據(jù)也是取得稍為大一些的。溶液流過(guò)加熱管和 循環(huán) 管的摩擦阻 力損 失hl:5l=h +h:+.031）麗=.42x麗3.流動(dòng)加速度的阻力損失流體經(jīng)過(guò)加熱 管由于加熱膨脹和汽泡浮力而獲得加速度的壓頭損失等于流體 的出口與進(jìn)口截面上動(dòng)壓頭之差。Ahxxz=。1/2T1,2o，么 2g 了，么 + g2=o .” 23定又.。OZx 寧 X=0025XLd X 瑟、米？局部阻力損失計(jì)算從循環(huán)泵的出口開 始，順著溶液循環(huán)經(jīng)過(guò)的次序去考慮流體的局部阻力損失,主要如下:泵出口漸擴(kuò)至加熱室，如取漸擴(kuò)圓錐管是制成錐角60。的，流速取小端，阻力系數(shù)邑L二0.91，流體進(jìn)入加熱管，取管口 是鈍口，邑=0.

6、25，流體出加熱管的阻力系數(shù)，一般取乙二1；流體出加 熱室后，經(jīng)過(guò)漸縮或經(jīng)過(guò)彎管，一般溶液的流速會(huì)減慢，但仍以加 熱管內(nèi)流速計(jì)，并取邑=0.36;溶液進(jìn)入分離室，可視為突然擴(kuò)大或 流”與“分別表示進(jìn)出口截面上流體速度（米/秒）,T產(chǎn)與1護(hù)分別 表示進(jìn)出口截面上流體重度（公斤/米”）。這個(gè)公式形式上很簡(jiǎn)單，但是具體運(yùn)用需要考慮許多復(fù)雜的 因素。在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的試驗(yàn)過(guò)程中，觀察到流體經(jīng)過(guò)加熱管時(shí) 僅被加熱5 c左右，由此而產(chǎn)生的蒸汽也只占循環(huán)溶液量的1%左右，對(duì)和T的影響很小。所以,這里由流體加速度引起的阻力損失，可以忽略不計(jì)。總之，圖1所示的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，其洛液流動(dòng)的總阻力損失 是:藝 h=

7、Ahl+Ahll+Ahllz=O裔翁 ' 2 4昔二'0 025 七十、2,看 普（米）由此可見，溶液的循環(huán)流動(dòng)阻力與流速的平方成正比，并與加熱管的長(zhǎng)度和其直徑第1期強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算有一定關(guān)系。現(xiàn)在，我們以一些具體的數(shù)據(jù)代入上面這個(gè)總公式，結(jié)果列于表1。37進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，并把計(jì)算的表l燕發(fā)器循環(huán)總阻力損失（米）1111122222444447771000通通 7771OOO 通通、以之眾 、000.020000.485550.675550.866661.94442.70003.47774.3111000.388880.508880.631111.55552.03332

8、.522211111222444447771000 遴 遴7771OOO4447771nnn000.485550.675550.866661.94442.70003.477 74.35556.08887.8000000.388880.508880.631111.55552.03332.5222 3.49994.56:由表1可見，阻力損失隨循環(huán)流速的提高增加很快。為了克服運(yùn)動(dòng)中的阻力損失,只要選擇適當(dāng)?shù)牧魉俸图訜崾医Y(jié)構(gòu)，軸流泵是能夠使用的。三、循環(huán)流動(dòng)的數(shù)遙設(shè)蒸發(fā)器的加熱面積為F米則循環(huán)溶液總體積流量O可按下式計(jì)算：Q二F叮dL900dLX子d, “ “' '6”。 竺義F（米3

9、/0）令F二1米時(shí)，以具體的數(shù)據(jù)代入這個(gè)公式進(jìn)行 計(jì)算，所得結(jié)果列于表2表2燕發(fā)器單位加熱面積的循環(huán)且（米3/ 時(shí)）資談六 :卜了二J二,、4 。八.;。卜。47, 八一一二升一一 - 一一一一一一一一一一 、） 玉蘭 1 - 巴 . 一 少 業(yè)！ 一 一-0.0 弓011.216.414.522.5112.5933.7119.3（13.5 三、循環(huán)的電功消耗 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的循環(huán)泵都選用離心力作用的泵。泵的壓頭只要能夠克服循環(huán)中的阻力損失就可以。因此,循環(huán)泵的實(shí)際功率消耗，可以按照離心泵的功率公式來(lái)計(jì)算:Ne二名hXQx 丫 3600X102Xn式中:Ne是實(shí)際功率消耗，單 位是千瓦102是

10、功率換算為千瓦時(shí)的常數(shù)月為泵總效率，一般可 取0.7以前面兩節(jié)所求得的藝h私值代入功率計(jì)算公式，并令F二 1 米 2,丫 =1300 公斤/米 3 藝 h 火 QXY3600 欠 102X 月 L 洲。丁+.4 一、目 25）X 一 一X 29900dL 又 r 又蘭-3600又102又月一 L_、.02=切.此”萬(wàn)+4 曰入北90Od。X 干 es13003600X102XO。7_d山025+4 5 丁）欠4,內(nèi)蒙古石油化工第17卷由此看出，溶 液的循環(huán)功率消耗與流速的三次方成正比。而選擇直徑小一些，長(zhǎng)度長(zhǎng)一些的加熱管，也有助于降低強(qiáng)制 循環(huán)的功率消耗。溶液循環(huán)流速是蒸發(fā)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)中一個(gè)起關(guān)

11、鍵作用的因素。它既在技術(shù)上起重要作用，又在功率消耗方面起作用。較高的流速，雖然能在提高傳熱系數(shù)，降低結(jié)垢方面起積極作用，但是也會(huì)造成較大的流體阻力和極大的功率消耗。例如，蒸發(fā)器在2米/秒流速時(shí)已能很好運(yùn)轉(zhuǎn)，而我們都把流速控制在3米/秒，由此引起功率消耗增大近 3倍半。因此,選擇合理的流速，是充分發(fā)揮強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)的必要條件。以一些具體的數(shù)據(jù)代入這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果列于表0311111 一2,一 333 一怪一 一上一 一 777771000!一衛(wèi) '鱉二旦絲一！一旦少 生4441000一生 1 g衛(wèi)、巡一生17770。2144400.150!0.1060089000。020000.011110.009990.00888880.064440.06333卜 2” 7770.2300000色一二二二二二二二二二二二 000.032220.014440.011110.00999990.086660.07333.509990.286660.24777000000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000000000000000_3577777777 77777000.050000.O,。!001333。.O1,0.1066600899999990.29777 因此，