冶金设备课程设计参考资料..doc

蒸发设备设计参考资料 冶金蒸发设备主要用于蒸发易结垢、起沫或有结晶析出的溶液的处理。溶液的粘度大，溶质引起的沸点降低突出，换热面难清理。各换热器型式的选定视具体换热系统、介质性质以及热负荷大小等而定。冷却器因热负荷较大，常用列管式换热器且是卧式的；冷却器热负荷较小，可选竖列管式或蛇管式换热器。换热器设计应注意传热温度差至少保持1020℃左右，冷却水出口温度则不应大于50℃。(1) 蒸发器Ф为25~75mm，长为1~2m的垂直列管组成，管外通加热蒸汽，管束中央有一根直径较大的管子，其截面为其余加热管截面的35%~40%。液体在管内受热沸腾，产生气泡。细管内单位体积的溶液受热面较大，汽化后的气液混合物中含汽率高；中央粗管内单位体积溶液受热面小，含汽率低。于是细管内汽液两相混合物的平均密度小于中央粗管，从而造成流体在细管内向上，粗管内向下有组织的循环运动，循环流动的速度可达0.1~0.5m/s。中央粗管的存在，促进了蒸发器内流体的流动，通常称此管为中央循环管，该蒸发器称为中央循环管式蒸发器。 ② 外热式蒸发器。就是把加热室与蒸发室分开的蒸发器，主要特点是采用了长加热管（管长与直径之比L/D=50~100），且液体下降管（又称循环管）不再受热。这样有利于液体在器内的循环，循环速度可达1.5m/s。 垂直短管式和外热式蒸发器都属于自然循环蒸发器。 ③ 循环蒸发器。自然循环蒸发器的流体循环动力有限，在蒸发粘稠溶液时流动速度慢。为提高循环速度，可采用泵进行强制循环，循环速度可达1.8 m/s ~3.5m/s。提高蒸发器内液体的循环速度的重要性不仅在于提高沸腾给热系数，主要目的在于降低单程汽化率。在同样蒸发能力下(单位时间的溶剂汽化量)，循环速度愈大，单位时间通过加热管的液体量越多，溶液一次通过加热管后，汽化的百分数(汽化率)就越低。这样，溶液在加热壁面附近的局部浓度增高现象便可减轻，加热面上结垢现象也可以延缓。溶液浓度愈高，为减少结垢所需的循环速度就愈大。 2）单程型蒸发器 循环型蒸发器的共同特点是蒸发器内料液的滞留量大，物料在高温下停留时间长，对热敏性物料不利。在单程型蒸发器中，物料一次通过加热面即可完成浓缩要求；离开加热管的溶液及时加以冷却，受热时间大为缩短。因此，特别适合处理热敏性的物料。 ① 升膜式蒸发器。加热管束可长达3~10m。溶液由加热管底部进入，经一段距离的加热汽化后，管内气泡逐渐增多，最终液体被上升的蒸汽拉成环状薄膜，沿管壁运动，汽液混合物由管口高速冲出。被浓缩的液体经汽液分离即排出蒸发器。此种蒸发器需要妥善设计和操作，使加热管内上升的二次蒸汽具有较高的速度，从而获得较高的传热系数，使溶液一次通过加热即达预定的浓缩要求。在常压下，管上端出口速度以保持20~50m/s为宜。适用于蒸发量大（较稀的溶液），热敏性及易起泡的溶液。不适用于高粘度，易结晶、结垢的溶液。 ② 降膜式蒸发器。料液由加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。汽液混合物由加热管下端引出，经汽液分离即得完成液。为使溶液在加热管内壁形成均匀液膜，且不使二次蒸汽由管上端窜出，须良好地设计液体分布器。该蒸发器形成均匀的液膜较难，传热系数不高。主要适用于粘度大的物料，不适用于易结晶的物料， ③ 刮片式蒸发器。专为高粘度溶液的蒸发而设计。料液自顶部进入蒸发器后，在刮板的搅动下分布于加热管壁，并呈膜式旋转向下流动。汽化的二次蒸汽在加热管上端无夹套部分被旋刮板分去液沫，然后由上部抽出并加以冷凝，浓缩液由蒸发器底部放出。特点是借外力强制料液呈膜状流动，可适应高粘度，易结晶、结垢的浓溶液蒸发。缺点是结构复杂，制造要求高，加热面不大，而且需要消耗一定的动力。 (2) 附属设备 a）热量衡算求取塔顶冷凝器、冷却器的热负荷和所需的冷却水用量；再沸器的热负荷和所需的加热蒸气用量；b）选定冷凝器和再沸器的型式求取所需的换热面积并查阅换热器标准，提出合适的换热器型号；）确定主要接管尺寸，列出接管表；d)对必须配置的原料泵、回流泵等进行选型计算。也可酌情进行某些换热器的校核计算，进行优化选型设计为1200W/(m2?℃)1) 蒸发器的传热系数 蒸发器的传热热阻可由式8-1计算，即： (8-1) 式中，K—传热系数，W/(m2?℃)； α1—蒸汽对列管的放热系数，W/(m2?℃)； α2—列管对冷流体的放热系数，W/(m2?℃)； —管内壁液一侧的垢层热阻， (m2?℃)/W； —管壁热阻，(m2?℃)/W。 蒸发器的热阻分析为管外蒸汽冷凝热阻，一般很小，但须注意及时排除加热室中不凝性的气体，否则不凝性气体在加热室内不断积累，将使此项热阻明显增加； ② 管壁热阻Rw非常小，一般可以忽略不计； ③ 管内壁液一