《本科毕业论文 30吨∕日 多效蒸发太阳能海水淡化蒸发器设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科毕业论文 30吨∕日 多效蒸发太阳能海水淡化蒸发器设计.pdf（75页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、本科毕业设计（论文）30吨/日多效蒸发太阳能海水淡 化蒸发器设计摘要摘要本文介绍了多效蒸发太阳能海水淡化技术，该技术基于太阳能集热技 术和多效蒸发海水淡化技术，并结合了二者的优点，具有高效、节能的优点。系统的阐述了多效蒸发海水淡化原理，重点讨论了多效蒸发流程、现代太阳 能集热技术，并进行了详细的蒸发工艺计算和太阳能热力计算，同时对实现 海水淡化的辅助设备（预热器、冷凝器、太阳能集热器）进行了工艺计算、结构设计和设备选型。本文所进行的设计研究，充分考虑工况要求和成本状况，使其更有利 于实际生产状况。关键词 太阳能，多效蒸发，蒸发器，海水淡化，集热器燕山大学本科毕业设计（论文）Abstra ctT
2、his a rticl e d e scribe s the sol a r mul ti-e ffe ct e va pora tion d e sa l ina tion te chnol ogy,the te chnol ogy is ba se d on sol a r col l e ctor te chnol ogy a nd mul ti-e ffe ct e va pora tion d e sa l ina tion te chnol ogy,a nd combine s the two a d va nta ge s of high e fficie ncy,e ne rg
3、y sa ving a d va nta ge s.Syste m,mul ti-e ffe ct e va pora tion d e sa l ina tion d e scribe d the principl e of focusing on the mul ti-e ffe ct e va pora tion proce ss,the mod e m sol a r col l e ctor te chnol ogy,a nd cond uct a d e ta il e d ca l cul a tion a nd sol a r the rma l e va pora tion
4、proce ss ca l cul a te d a t the sa me time supporting the a chie ve me nt of se a wa te r d e sa l ina tion e q uipme nt(pre he a te r,cond e nse r,sol a r col l e ctors)we re ca l cul a te d proce ss,structure d e sign a nd e q uipme nt se l e ction.This d e sign stud y ca rrie d out by ful l cons
5、id e ra tion of cond itions a nd the ove ra l l cost re q uire d to ma k e it more cond ucive to a ctua l prod uction cond itions.!1.Key Words Sol a r Mul ti-e ffe ct e va pora tion Eva pora tor Se a wa te r d e sa l ina tion Col l e ctorII目录目录摘要.IAbstra ct.I I目录.I I I第1章绪论.11.1 课题背景.11.2 海水淡化的发展概括.
6、21.2.1 国外发展应用概括.21.2.2 国内海水淡化的现状.21.3 选题的目的和意义.31.4 论文的主要内容.41.5 本章小结.4第2章 多效（三效）蒸发未知量的估算.52.1.多效（三效）蒸发计算的已知量.52.2.多效（三效）蒸发计算的未知量.52.3.未知量的估算.52.3.1 估算各效蒸发量和完成液浓度.52.3.2 估算各效溶液的沸点和有效温差度.62.3.3 估算各效蒸汽量和各效蒸发水量.92.3.4 估算蒸发器的传热面积.102.3.5 有效温度差的再分配.112.3.6 重复上述计算.112.3.7 计算结果数据表.142.4.本章小结.15第3章 蒸发流程的设计.
7、163.1 蒸发流程概述.163.2 蒸发装置的设计.16ill燕山大学本科毕业设计（论文）3.2.1蒸发器的形式.163.2.2多效蒸发的效数和流程.193.3 降膜式蒸发器的设计.213.3.1 加热管的选择和管数的计算.213.3.2 计算加热室的直径和壁厚.223.3.3 计算分离室的直径和高度.233.3.4 计算接管尺寸.243.4 降膜式蒸发器的结构.253.5 预热器的设计与选用.253.5.1 热流量.263.5.2 平均传热温差.263.5.3 初选换热器规格.263.5.4 其它结构尺寸.273.5.5 结构设计与强度计算.273.6冷凝器的设计与选用.293.6.1 冷
8、却水量丫乙.303.6.2 冷凝器的直径.303.6.3 淋水板的设计.303.7本章小结.31第4章 太阳能集热装置的设计与选用.324.1 太阳能集热器的计算.324.2 太阳能集热器的结构.334.2.1 聚光器.334.2.2 接收器.344.3 太阳能集热器的材料.354.3.1 壳体材料的技术要求.354.3.2 反光材料的选用.354.3.3 支架材料的选用.364.4 太阳能集热器绝热储水箱的选型.36IV目录4.4.1 水箱的作用和分类.364.4.2 水箱的技术要求.364.4.3 水箱的常用的材料.374.4.4 水箱的结构与性能.374.5 本章小结.38结论.39参考
9、文献.40致谢.42附录1.43附录2.46附录3.49v第1章绪论第1章绪论1.1 课题背景淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质基础之一。地球表面积约为 5.1亿k m,其中海洋面积占70.8%左右，地球上的总水量约有近14亿k m。若从地球上人均占有水量来看，水资源是十分丰富的，人类似乎不应该有缺 水之患。然而，含盐度太高而不能直接饮用或灌溉的海水占地球上总水量的 97%以上，仅剩的不到3%的淡水分布也极其不均，有3/4被冻结在地球的 两极和高寒地带的冰川中，其余的从分布上来说，地下水也要比地表水多37 倍左右。剩下的存在于河流、湖泊和可供人类直接利用的地下淡水已经不足 0.36%。就人
10、均占有量来说，中国在水资源方面是一个穷国。据推算，我国人均 占有水量只居世界的第108位。我国海岸线长，一些岛屿和沿海盐碱地区以 及内陆苦咸水地区均属缺乏淡水的地区。长期饮用不符合卫生标准的水，会 给当地居民带来各种疾病，直接影响他们的身体健康和当地的经济建设。因 此，解决淡水供应不足是我国面临的一个严峻问题。为了增大淡水的供应，除了采用常规的措施，比如就近引水或跨流域引 水之外，一条有效的途径就是就近进行海水或苦咸水的淡化。那些用水量分 散而且偏远的地区更适合用此方法。对海水或苦咸水进行淡化的方法很多，常规的方法有蒸播法、离子交换 法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，但都要消耗大量的燃料或电
11、力。据 报道，截止1990年，全世界已经安装的海水淡化装置的产水能力为10X 10 m/d o到2000年，这个数字已经翻了一倍。根据统计，每天生产1.3x10m 的淡化水，每年需要消耗原油1.3亿t。除去这笔燃料的费用，其带来的温 室效应、空气污染等问题更为严重。因此，利用清洁能源如太阳能等来进行 海水淡化，必将受到人们的青睐。1燕山大学本科毕业设计（论文）1.2 海水淡化的发展概括1.2.1 国外发展应用概括目前，全世界有一百二十多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术 取得淡水，建成的海水淡化厂达一万多座，平均每日淡化水生产能力约四千 万吨。据统计，海水淡化系统与生产量以每年10%以上的速
12、度在增加。亚洲 国家如日本、新加坡、韩国、印尼与中国等也都积极发展或应用海水淡化作 为替代水源，以增加自主水源的数量。全球生产的淡化海水约80%用于饮用水，解决了一亿多人的供水问题，即世界上平均每60人当中就有一人靠淡化水生活。尤其在中东地区和一些岛 屿地区，淡化水在当地经济和社会发展中发挥了重要作用。以色列70%的饮 用水源来自于海水淡化水，2005年日产海水淡化水量达73.8万立方米；阿 联酋饮用水主要依赖海水淡化水,2003年日产海水淡化水量546.6万立方米;意大利西西里岛500万居民，2005年日产海水淡化水量为13.5万立方米，约 占全部可饮用水源的15%20%。随着社会的需求和技
13、术的发展，国外海水淡化工程不断向大型化、规模 化方向发展，无论是多级闪蒸，还是多效蒸储和反渗透，其规模均已从最初 的儿百m3/d发展到现在的儿十万m3/d目前，世界上最大的多级闪蒸海水淡 化厂建于沙特阿拉伯的，日产淡水46万m3；世界上最大的低温多效海水淡化 厂建于塔维拉酋长国，日产淡水24万m3；世界最大的反渗透海水淡化厂建于 以色列南部地中海岸工业区的阿什凯隆海水淡化厂，日产淡水33万m3。在海水淡化规模不断增加的同时，海水淡化成本也逐渐降低。其中，典 型的大规模反渗透海水淡化吨水成本己从1985年的1.02美元降至2005年的 48美分。且在成本的组成上，运行及维护，能源消费和投资成本均
14、逐年下降,目前各占总成本的1/3。1.2.2 国内海水淡化的现状1958年，我国开始了海水淡化工程技术的研究工作。1967年1969年全 2第1章绪论国组织海水淡化会战，同时开展了电渗析、反渗透和蒸镭等多种海水淡化技 术方法的研究。1974年在天津建立了同产100 m3的多级闪蒸实验装置，实验时，同产淡 水72 m3。1977年大连工学院建成了日产10 m3的竖管多效多级蒸发模拟装置;1981年建成西沙200m3/d电渗析海水淡化装置；1986年天津大港发电厂从美 国引进2台每台日产淡水3000 m3的多级闪蒸装置，同年在西沙永兴岛建成日 产200 m3、每立方米耗电16度的电渗析淡化站，其规
15、模为世界之首；1997 年2000年期间，先后建成了500m3/d、1000m3/d反渗透海水淡化装置：2003年，山东荣成R产10000m3级反渗透海水淡化示范工程一期5000m3/d机 组建成投产；2004年，低温多效海水淡化示范工程项目3000m3/d低温多效 海水淡化装置在青岛的黄岛电厂建成。据不完全统计，截止2006年6月底，我国已建成投产的海水淡化装置总 数为41套，合计产水能力12万m3/d。已建成投产的41套海水淡化装置，主 要分布在山东、辽宁、浙江、河北和天津等地。在国内已建成投产的海水淡化装置中，反渗透法和低温多效蒸储法为主 流，其产水量占总产水量的95%,多级闪蒸蒸微法(
16、MSF)约占-5%,而电渗析 法(MED)和压汽蒸播(VC)合计尚不足1%。从我国实际应用情况来看，反渗透 海水淡化技术应用于市政供水具有较大优势，而对于具有低品位蒸汽或余热 可利用的电力、石化等企业来说，制备锅炉补给水和工艺纯水，则采用低温 多效蒸储技术。1.3 选题的目的和意义地球虽然水资源丰富，但是可供人类直接享用的淡水总量仅有3000 m3,占陆地水量的0.64%,不足地球总储水量的十万分之三。海洋中却蕴藏着丰富的淡水，其总量约占海水的97%,相当于13.3亿 立方公里之多，是一个最大而又稳定可靠的淡水储库。因此，发展海水淡化 技术，向海水索取淡水已成为现代社会的当务之急。大力发展海水
17、淡化技术 产业，对缓解当代水资源短缺、供需矛盾日趋突出和环境污染日益严重等系 列重大的问题具有深远的战略意义。3燕山大学本科毕业设计（论文）本课题采用太阳能集热系统与多效蒸发海水淡化系统的结合，用太阳能 提供热量大大降低了成本，提高了效率，具有一定的现实指导意义。1.4 论文的主要内容本文是建立在海水淡化技术研究的基础上，基于多效蒸发技术、太阳能 集热技术，通过对蒸发器和其他辅助装置的工艺条件和结构尺寸的计算，来 设计一套三效蒸发太阳能海水淡化的工艺流程和装置。1.5 本章小结本章主要介绍了太阳能海水淡化的国际国内背景及历史，阐述了世界对 太阳能海水淡化技术的需求，总体介绍了本论文的意义。4第
18、2章多效(三效)蒸发未知量的估算第2章 多效(三效)蒸发未知量的估算2.1.多效(三效)蒸发计算的已知量秦皇岛地区年平均日照数约为2489小时，约为每天6小时的有效日照淡水生产量：30t/d 总蒸发量：D=30000k g/6h=5000k g/h海水初浓度；Xo=3.45%海水终浓度：X3=8.625%浓缩比：CR=2.5原料液进料温度：班=55加热水的温度：T0=99冷凝器内的压力：PK=9KPa冷凝器内的温度：Tk=43.3各效总传热系数：Ki=1500w/(m2 )K2=140 0w/(m2 )K3=120 0w/(m2 )2.2.多效(三效)蒸发计算的未知量原料液处理量：G,k g/
19、h各效从海水中蒸发的蒸汽量：Di、D2、D3,k g/h各效蒸发出的蒸汽作为预热器中的加热蒸汽量：Ei、E2、E3,k g/h各效蒸发出的蒸汽作为下一级蒸发器的加热蒸汽量：Wi W2、W3,k g/h加热所需热水量：Do，k g/h各效间的温度差：ZUi、At2 At3,2.3.未知量的估算2.3.1 估算各效蒸发量和完成液浓度原料液处理量：G=D/(1-Xo/X,)=5OOO/(l-0.0345/0.08625)=8333.3k g/h 5燕山大学本科毕业设计（论文）造水比和效数的经验关系：=0.8XN=0.8X3=2.4（其中N为有效数）第一效加热蒸发量：Do=D/=5000/2.4=20
20、83.3 k g/h由于蒸发过程中存在闪蒸现象，各效从海水中得到的蒸发量满足比例关系:Di：D2：D3=l：1.1：1.2D=Di+D2+D3=3.3 DIDi=1515.2k g/h D2=1666.7k g/h D3=1818.2k g/h各效完成液浓度：GX G-D,GXG-D,-D2X尸8333.3x3.45%-=4.22%8333.3-1515.28333.3x3.45%8333.3-1515.2-1666.7=5.58%v_ GX0 _ 8333.3x3.45%X?-G-D,-D2-D3 8333.3-1515.2-1666.7-1818.2=8.625%2.3.2 估算各效溶液的
21、沸点和有效温差度2.3.2.1估算各效压差设各效间的压差相等则总压差：Z AP=Pi-Pk=80-9=71 KPa 各效间的平均压差：Pi=E AP/2=71/2=35.5KPa则各效蒸发室的压力：P1=Pi=80 KPaP2=P,-AP,=80-35.5=44.5KPaR=PK=9 KPa由各效的蒸汽压力，可以查的二次蒸汽的温度和汽化潜热：2.3.2.2估算各效沸点升高的温度差损失效数压力(Kpa)温度（）汽化潜热（k J/k g）第一效8093.42275第二效44.578.42312第三效943.723936第2章多效(三效)蒸发未知量的估算各效由于沸点升高引起的温度差损失,根据各效二次
22、蒸汽温度和各效完成液 的浓度Xi,查海水物性数据表和手册，由经验公式得到：a 0.0162(T+273)2 i=-；-ri其中：a-常压下(101.3KPa)由于溶液存在引起的沸点升高，。C-操作压力下由于溶质存在而引起的沸点升高，。Cf-校正系数-操作压力下二次蒸汽的温度，rz i-操作压力下二次蒸汽的汽化潜热，k J/k g。.。印06=o.57C1 22750.0162(78.4+273)2 xO 7=o.6OC2 23120.0162(13.7+273)2 xoic3 2392则 A=A；+；+&=L78C2.3.2.3估算苕效静压升高引起的温度损失由于液体静压力而引起的沸点升高，以液
23、层中间的压力和沸点代表整个 液层的平均压力和平均温度，则由流体静力学方程的：液层的平均压力：Pa、Pa v=P/+2其中Pa v液层平均压力，KPaP液面处压力，KPaP.一一液层平均密度，k g/m3L液层高度,m7燕山大学本科毕业设计（论文）Pa v。那么：Pa vl=P+2=80+982.1X1.2:85.8 KPaPa vglPa v=P+2=44.5+电心=50.4 KPaPa vglPa v=P+2=9+1.027X产 1.2=15.04 KPa查手朋得平均压力对应的饱和温度：Ta“=9 5.4 Tav2=81.5 Tav3=54.0那么：=Tavl-E=2.0 八2=Tav2-1
24、2=3.1 A；=Tav3-T；=10.3q则 A=A1+a，2+A=15.4 2.3.2.4估算各效流动引起得温度差损失由于液体流动阻力引起的温度差损失应该去经验值1 则A 1=A 2=A 1,=1+1+1=3。0则蒸发装置的总温度差损失：24=178+15.升3=20.182.3.2.5估算有效总温差由各效二次压力级温度差损失，计算各效料液的温度匕:ti=Tj+A.=+=0.57+2.0+1.0=3.57 A?=A?+,+A?=0.6+3.1+1.0=4.7 A3=；+；+；=0.61+10.3+1.0=11.91。各效料液的温度：ti=T；+A=9 3.4+3.57=9 6.9 78第2
25、章多效(三效)蒸发未知量的估算_t2=T；+A2=78.4+4.7=83.1ti=T；+&=43.7+11.9 1=55.61 那么，有效总温差：Zd=。3-Tk)-A=(9 3.4-43.7)=29.52 2.3.3估算各效蒸汽量和各效蒸发水量第i效的热量恒算：DJIWiE+GiCpi-J ri其中W第i-1效给第i效的加热蒸汽量，k g/h r.第iT效的加热蒸汽可冷凝潜热，k J/k g r；第i效水在4温度下的气话潜热，k J/k g CPi_ 一第i_1效溶液的比热,k j/(k g*)热利用系数”可取为0.98-0.7超(，为质量分数表示的溶液组成变化)那么：q=0.98-0.7
26、x(0.0422-0.0345)=0.9746%=0.98-0.7 x(0.0558-0.0422)=0.9705%=0.98-0.7 x(0.08625-0.0558)=0.9587由第i效流出的浓溶液量：Gi=G-DG1=G D=8333.3-1515.2=6818.1G2=Gj D2=6816.1-71666.=5151.4.力W w+GCpo(%-1)0.9746W x 2261+0则R 一:二 高Iq 2275W,=1564.5k g/hn n2W2r2+G,Cp.(t1-t2)0.9705W,x2275+6818.1 x4.01(96.97-83.1)D2=-；-=-r,2312W
27、2=1573.5k g/hn3W3r3+G2Cp2(t2-t3)_ 0.9587W3 X 2312+5151.4x3.95(83.1-55.61)D22759燕山大学本科毕业设计(论文)W3=1709.8k g/h2.3.4估算蒸发器的传热面积蒸发器传热面积：s KiAti其中，Q第i效的传热效率，W降第i效的传热系数，W/(m2 )Sj第i效的传热面积，m2 t,第i效的传热温差，。CQ1=Dor1=20833X2261X103=13.1xl O-WL=T0 一 L=99 96.97=2.03 则S=QikalB.l xl O5-1500 x2.03=430.2m2Q2=Wj；=1564.5
28、x2275x10 9j9x1()5w3600加2=71-2=93.4-83.1=10.3 则:QK2At9.9xl 051400 x10.3=68.65m2Q3=W2f2=1573.5x2312xl 0i0jixi()5w3600At3=T；-t3=78.4-55.61=22.79 则:s户林l O.l xl O51200 x22.79=36.93m2io第2章多效（三效）蒸发未知量的估算计算误差：1-内叽=1-型2=0.91 Smax 430.2误差太大，需要调整各效的有效温差2.3.5 有效温度差的再分配e SAt+S2At2+S3At3 209.4 x 2.03+87.4 xl 0.3+
29、44.3 x 22.79、=-=-29.52八二 T0-1；99-43.3 t N 3=18.7那么，第i效产生的二次蒸汽温度：E=T-&T=T0-l xAt=99-18.7=80.3 T2=T0-2xAt=99 2x18.7=61.6 T3=To-3xAt=99 3x18.7=42.92.3.6 重复上述计算2.3.6.1估算各效料液的温度第 i 效的沸点：,=To-其中&第i效的沸点升高，。CA；各效除沫网和管束阻力产生的温差 假设各效相等，均为0.5CA；0.016480.3+273)22307x 0.55=0.48 g0.0162(61.6+273)22351x 0.67=0.52 0
30、.0162(42.9 I 2732394x0.9=0.6142 二&二那么，第i效的传热温度差:11燕山大学本科毕业设计（论文）纯=T；_ 7At,=T0-t,=99-81.28=17.72 At2=T-t2=80.03-62.62=17.68 At3=T；-t3=61.6-44.01=17.59 2.3.6.2估算各效料液的浓度x G第i效浓溶液出口浓度：Xj二Gj调整各效从海水中得到的蒸汽量比例：D1:D2:D3=1.2:1.1:1刃R么：G=G-D,=8333.3 1818.2=6515.1k g/hG2=G-D2=6515.1-1666.7=4848.4k g/hG3=G2-D3=48
31、48.4 1515.2=3333.2.k g/hx0G 8333.3x3.45%X=U-_一 G1 6515.1=4.41%X2x0G 8333.3x3.45%g7 4848.4=5.93%x0G 8333.3x3.45%X i G3 3333.2=8.625%2.3.6.3各效的热量恒算q=0.98-0.7 x(0.0441-0.0345)=0.9733%=0.98-0.7 x(0.0593-0.0345)=0.9694%=0.98-0.7 x(0.08625-0.0593)=0.9611第i效的热量恒算：则D _ t+GCpo(t。-tj _ 0.9733必 X2261+0、1-r；-23
32、07W,=1906.1k g/h12第2章多效（三效）蒸发未知量的估算c 5W2r2+GCpi(t-12)0.9694W2 x2275+4848.4x4.01(81.28-62.62)D?=-.=-；-=-r,2351W2=1594.8k g/hc%w3r3+G2cp2仁-t3)0.9611W3 x2312+3333.2x3.95(62.62-44.01)D.=-；-=-t1 2394W3=1501.1k g/h第i效预热器的蒸汽消耗量：E=虫巴 ri+i由海水物性数据表查的各效预热器内的海水比热值，代入数据得到各效预热 器的蒸汽消耗量：E=410k g/h E2:368k g/h E3:33
33、3k g/h2.3.6.4估算蒸发器传热面积c n 2083.3X2261X103.)n5.vQ=Dor)=-=13.1x10 WAt,=T0-t1=99-81.28=17.72 Q.K1At1131xl()51500 x17.72=49.29m2Q2-W,r；19 0 6.1x230 7x10：22x10 5w3600则明At2=T；-t2=80.3-62.62=17.68 则S2=q2K2At212.2xl 051400 x17.68=49.29mQ3=W2r2=1594.8x2351xl 0i04xi()5w360013燕山大学本科毕业设计（论文）At3=T；-t3=61.6-44.01
34、=17.59 则S3=q3 k3M10.4X1051200 x17.59=49.27n?计算误差：=0,0004 0.05s,z 49.29Q _i_ Q _l Q平均传热面积：s=5 f+=49 3m2 32.3.7计算结果数据表参数123ti()81.2862.6244.01Pi(KPa)8044.59Xj(%)4.415.938.625Ej(k g/h)410368333T()80.361.642.9()17.7217.6817.59Di(k g/h)1818.21666.71515.214第2章多效（三效）蒸发未知量的估算Gi(k g/h)6565.14848.43333.2Wi(k
35、g/h)1906.11594.81501.12.4.本章小结本章通过对秦皇岛地区海水淡化数据的收集，依据多效蒸发计算的理论 对该地区所需多效蒸发太阳能设备的参数进行了计算。15燕山大学本科毕业设计(论文)第3章蒸发流程的设计3.1 蒸发流程概述蒸发是化工、轻工、食品、医药等工业生产中常用的一种单元操作，其 目的主要是获得浓缩的溶液，有时也为得到纯净的溶剂。为充分利用热能，生产上普遍采用多效蒸发。蒸发装置的设计任务是：确定蒸发操作条件；蒸 发器的形式及蒸发流程；进行工艺计算；确定蒸发器的传热面积及结构尺寸 以及强度计算；附属设备选型；最后用流程图、设备图和设计书表达设计者 的设计思想和全部设计内
36、容。一项好的蒸发装置设计，除了必须要满足工艺 要求以外，还要合理利用热能，降低蒸发过程的能耗，以便提高蒸汽利用的 经济性。为了减少设备投资费及操作费用，提高设备生产能力，为此选择一 个合理的流程、设备形式及操作条件甚为重要。3.2 蒸发装置的设计3.2.1 蒸发器的形式工业上为了适应各种不同的需要，发展了多种形式的蒸发器。蒸发器是 蒸发的主要设备，它主要由加热室和蒸发室组成。它的作用是使进入蒸发器 的原料液被加热，部分汽化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸汽，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步 分离的除沫器和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器。减压操作时还需要真空装
37、 置。由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构形式。对常用的间壁 传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：(1)循环型蒸发器特点：溶液在蒸发器中循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于 完成液的浓度，操作稳定。此类蒸发器主要有；1.中央循环管式蒸发器 2.悬筐式蒸发器3.第3章蒸发流程的设计外加热式蒸发器 4.列文式蒸发器 5.强制循环式蒸发器（2）单程式蒸发器特点：溶液以液膜的形式一次通过加热器，不进行循环。优点：溶停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发，温度差损失较 小，表面传热系数较大。缺点：设计和操作不当时溶液不易成膜，热流量将明显下降，不适用于 易结晶
38、、结垢物料的蒸发。此类蒸发器主要有：1.降膜式蒸发器 2.升膜式蒸发器 3.刮板式蒸发器 4.升一降膜式蒸发器这些蒸发器的结构不同，性能各异，均有各自的特点和适用场合。我们本着选用最佳蒸发器的原则选应用较为普遍的降膜式蒸发器。降膜式蒸发器如图31所示，其工作原理是：原料液由加热室顶部加 入，经分离分布后，沿管壁呈膜状向下流动，汽液混合物由加热管底部排出1.进料口 2.黑汽进口 3.加热4.二次燕H出口 5.分辞 6.浓 检出口 7.冷水出口燕山大学本科毕业设计（论文）设计和操作降膜式蒸发器的要点是使料液在加热管内壁形成均匀液膜,并且不能让二次蒸汽由管上窜出。常用的分布器形式如图32所示。图32
39、降膜式蒸发器的液体分布装置图3-2中左边所示的分布器是用一根有螺旋形沟槽的导流柱使液体均 匀分布到内管壁上；中间所示的分布器是利用导流杆均匀分布液体，导流杆 下部设计成圆锥形，且底部向内凹，以免使锥体斜面下流的液体再向中央聚 集；右边所示的分布器是使液体通过齿缝分布到加热器内壁成膜状下流。降膜式蒸发器大多数情况下被用于蒸发粘度较大、浓度较高的溶液，但 不适用于处理易结晶和易结垢的溶液，这是因为这种溶液形成均匀液膜比较 困难，传热系数不高。所以对于本设计而言，海水的预处理是必须的，这样18第3章蒸发流程的设计可以减少设备内结垢，提高设备寿命。3.2.2 多效蒸发的效数和流程3.2.2.1效数的确
40、定在实际工业生产中，大多采用多效蒸发，其目的是为了降低蒸汽的消耗 量，从而提高蒸发装置的经济性。表32为不同蒸发装置的蒸汽消耗量，其中实际消耗量包括蒸发装置的各项热损失。效数理论蒸汽消耗量实际蒸汽消耗量蒸发1k g 水所需的 蒸汽量1k g蒸汽所 能蒸发的 水量蒸发1k g水所需的 蒸汽量1k g蒸汽所 能蒸发的 水量装置再增 加一效所 能节约的 蒸汽量11.011.10.919320.520.571.7543030.3332.52.52540.2540.33.331050.250.273.77表32不同效数蒸发装置的蒸汽消耗量由表32中数据可以看到，随着效数的增加，单位蒸汽的消耗量会减 小，
41、但是有效温度差也会减小，使设备投资费用增大。因此，必须选择合理 的蒸发效数，使操作费和设备费之和最少。具体而言，在多效蒸发中随效数的增加，总蒸发量相同时所消耗的蒸汽 量在减小，使操作费用下降。但效数越多，设备的固定投资越大，设备的折 旧费就越高，而且随效数的增加，所节约的蒸储越来越少。如从一效改为二 效时，蒸汽节约93%,但从四效改为五效，仅节约10%o最合适的效数是 使操作费和设备费的总和最小。在技术上，蒸发器装置的效数过多，蒸发器操作将不能顺利的进行。在 实际的工业生产中，蒸汽的压力和冷凝器的压力都有一定的限制。因此，在 19燕山大学本科毕业设计（论文）一定的操作条件下，蒸发器的理论总温差
42、为一定值。当效数增加时，由于各 效温差损失总和的增加，使总有效温差减小，分配到各效的有效的温差有可 能小至无法保证各效料液的正常沸腾，蒸发操作将难于进行。所以，综上考 虑，由日产淡水30吨确定选用三效蒸发较为合适。3.2.2.2多效蒸发流程的选择多效蒸发操作蒸汽和物料的流向有多种组合，根据加热蒸汽和料液流向 的不同，多效蒸发的操作流程可分为以下几类；并流：料液与加热蒸汽的流向相同逆流：料液流动方向和加热蒸汽的流向相反平流：每一效都单独平行加入料液错流：料液与加热蒸汽在有些效间并流，在有些效间逆流不献气图3-3三效蒸发流程根据题目的工艺参数要求，我们选用并流蒸发流程。这种流程有如下优 点：1.由
43、于各效的真空度依次增大，故料液在各效之间的输送不必用泵，20第3章蒸发流程的设计而是靠两相邻效之间的压差自然流动；2.山于各效温度依次降低，故料液 从前一效流经下一效时发生过热现象（闪蒸）；3.对于浓度大、粘度大的 物料而言，后儿效的传热系数比较低，由于浓度大，沸点高，各效不容易维 持较大的温度差，不利于传热。但是对于海水淡化而言，浓度变化的影响很 小。3.2.2.3蒸发的辅助设备（1）蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是使二次蒸汽冷凝成水排出。冷凝器有间壁式冷凝器 和接触式冷凝器两种。间壁式冷凝器可采用列管式换热器。混合式冷凝器在 蒸发过程中应用最为广泛。（2）除沫器在蒸发器的分离室中二次蒸汽与液体
44、分离后，其中还会夹带着液滴，需 要进一步的分离以防有用产品的损失或冷凝液被污染，因此在蒸发器的顶部 设置设置除沫器。二次蒸汽经除沫器后从蒸发器引出，也可在蒸发器外设置 专门的除沫器3.3降膜式蒸发器的设计降膜蒸发器的主要结构尺寸：1.加热室、分离室的高度2.加热室、分离室的直径3.加热管的规格和长度4.加热管在管板上的排列方式3.3.1加热管的选择和管数的计算蒸发器的加热管通常选用25 X2.5mm、038X2.5mm、057X3.5mm、等几种规格的无缝钢管，加热管的长度一般为0.62m。加热管长度的选择 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，易结 垢和易起泡溶液的蒸
45、发易选用短管。根据设计任务和溶液性质，对加热管的 选型：根据经验选取：57X3.5mm,长度L=l.1m的加热管。21燕山大学本科毕业设计(论文)计算所需的管子数：n=S/d o(L-O.l)其中：S蒸发器的传热面积，m2d0-加热管外径，mL加热管长度，m贝ij：n=49.3/万 X0.057(3.5-0.1尸110.2(根)圆整到 n=1103.3.2计算加热室的直径和壁厚加热室的内径取决于加热管的规格、数目和排列方式。加热管在管板上的排列方式选用三角形排列。加热管外do(mm)19253857管心距(mm)25324870表33不同直径加热管对应的管心距管心距t是相邻两个中心线之间的距离
46、，t 一般为加热管的外径的1.25 一L5倍，目前在换热器设计中，管心距的数据已经标准化，只要管子规格 确定，相应的管心距就是定值。由表中可以查得，我们选用的管子管心距是：t=70mm管子按照正三角形排列时，计算管束中心线上管数触可用下面的公式:nc=l.l Vn=1 l x V110=ii5(根)圆整为：为=12(根)计算加热室内径：D,=t(nc-l)+2bz其中：Di-加热室内径，mm贝l j：Di=70X(12-1)+2X 1.5X57=941mm加热室的内径是941mm,可取壁厚12mm22第3章蒸发流程的设计3.3.3计算分离室的直径和高度分离室的直径和高度取决于分离室的体积，同时
47、，分离室的体积又与二 次蒸汽的体积流量和蒸汽体积流量和蒸汽体积强度有关。V=W/3600 p U其中：V分离室的体积，m3-W蒸发器的二次蒸汽量，k g/hp蒸发器的二次蒸汽的密度，k g/m3U 蒸发体积强度，m3/(m3-s)。即每立方米分离室体积每秒 所产生的二次蒸汽量。一般允许值为1.11.5 m3/(m3 s)。取1.2 m3/(m3 s).各效蒸汽温度不相同，对应的密度也不相同，可取各效分离室的尺寸一致分 离室体积宜取较大者。则匕=3600 pU 3600 x 0.2965 x 1.2=1.49 加y)=-=-=小v 2 3600 pU 3600 x0.14002x1.2卬3 15
48、011 3v 3 3600pU 3600 x0.05943x 1.2取V=Vmax43=5.85病确定高度和直径的关系时考虑以下原则：(1)分离室的高度和直径之比H/D=12.对于降膜蒸发器来说，其分离 室一般不能小于0.6m,以保证足够的雾沫分离高度。分离室的直径 也不能太小，否则二次蒸汽流速太大，会导致雾沫夹带。(2)在条件允许的情况下，分离室的直径尽量与加热室相同，这样可以使23燕山大学本科毕业设计（论文）结构简单、制造方便。（3）高度和直径都适合施工现场的安放。基于以上原则，在此我们可初步确定为：H/D=l那么：H=D=1.95m3.3.4计算接管尺寸计算流体进出口接管的内径:其中：V
49、s流体的体积流量，m3/su-流体的适宜流速，m/s表34 常见流体的适宜流速（m/s）自然流动强制流动饱和蒸汽空气及其他气体0.8 150.08 0.1520 3015 20u 取 1.0 m/s5000 X Vs=3600 0.98x1000=1.42X10,m/s/4x1.42x103d=Y 3.14x1=42.5mm由于第一效料液的流量最大，若各效料液采用相同的尺寸，则可根据第 一效的料液的流量来确定接管的尺寸。取标准管，57X3.5mm二次蒸汽出口的接管：为统一结构尺寸，二次蒸汽出口的接管尺寸应以 末效（体积流量最大）的出口尺寸作为标准：1501.1 乂 1Vs=3600 x 0.0
50、5943=7.02m/s24第3章蒸发流程的设计饱和蒸汽流速u取30m/s,/4x7.02 cd=V 3.1415x30=545.8mm取标准管0530 X 10mm3.4 降膜式蒸发器的结构I1图3-5多效降膜式蒸发器1 一循环泵2分离器3蒸发器4-m.S.5一冷凝器6预热器3.5 预热器的设计与选用海水的流量为11110 k g/h,设海水经过每个预热器之后温度升高15C.海水的比热容为3.9 k j/k g ,初始温度为25 25燕山大学本科毕业设计（论文）3.5.1 热流量Q二WCp At=11110X3.9X15=6.49X105 KJ/h=180.47k W6.49 x1W1=ri