南京林业大学2014年化工原理课程设计说明书学院（系）：轻工科学与工程学院专业：轻化工程（纸浆造纸工艺）学生姓名：华月飞学号：111501106课程设计题目：造纸厂碱回收车间四效长管蒸发器起止日期：2014年6月23日-2014年7月6日课程设计地点：教五楼50805 指导教师：汪洋目录一、设计条件 (2)二、流程图选择 (3)三、工艺计算（一）估算各效的水分蒸发量，各效蒸汽压力 (4)（二）根据各效浓度和二次蒸汽温度计算各效温度差损失 (5)（三）求各效的沸点及总有效温度差 (6)（四）蒸发器的焓衡算(传热面积) (7)四、设备结构计算（一）确定加热管数及其在管板上的排列方式，固定方法 (15)（二）加热室尺寸计算 (15)（三）分离室计算 (17)（四）花板计算 (17)（五）进料室 (18)（六）黑液管路计算 (18)（七）蒸汽管路计算 (19)（八）封头和法兰 (20)(九) 平盖手孔 (22)（十）视镜 (22)五、附属设备及选型（一）多层多孔板冷凝器 (24)（二）预热器的传热面积 (25)（三）真空泵选型 (26)（四）支架 (27)（五）除沫器 (28)参考文献造纸厂碱回收车间四效长管蒸发器设计一．设计条件：1： 处理量 : 6000kg/h 2： 进料浓度：'11Be ()℃出料浓度：'37Be ()℃ 3：加热蒸汽压力: 0.2mPa 4: 末效真空度 : 80kPa5: 各效传热系数 ： 1K = 21150W/(m .K) 2K = 2750W/(m .K) 3K = 2870W/(m .K) 4K = 21150W/(m .K) 6： 黑液比热 ： 3.767k J /k g p c =℃ 7： 热利用系数 ： 0.9η= 8：蒸汽流向 ： Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ 黑液流向 ： Ⅲ→Ⅳ→Ⅰ→Ⅱ 9：黑液进Ⅰ，Ⅱ前均有预热器的加热 10：进料温度：50℃11：预热器的传热系数： K = 2650W/(m .K) 12： 加热管采用厂方提供的51⨯3⨯6000碳素钢管二 .流程图图1 流程图注释：图示蒸发器为错流蒸发器，黑液进入预热器加热使其等于第三效蒸发器沸点，然后进入Ⅲ效后再去到Ⅳ效，再由泵将黑液输入到预热器加热使其温度等于沸点进入Ⅰ效最后进入Ⅱ效变为完成液。

气体：由Ⅰ效进入Ⅱ效再到Ⅲ效最后到Ⅳ效后进入冷凝器三． 工艺计算（一）估算各效的水分蒸发量，各效蒸汽压力 原料液进料流量6000kg/h F =黑液浓度换算： 1.51 1.85y x =- (x-波美度 y-浓度)02 1.51110.915.71%0.15711.51370.954.97%0.5497y y =⨯-===⨯-==即00.1571x = 20.5497x =020.1571(1)6000(1)4285.2kg/h 0.5497x W F x =-=-= 12341071.3kg/h W W W W ====033043401134260000.15710.19160001071.360000.15710.24460001071.3260000.15710.33860001071.330.5497Fx x F W Fx x F W W Fx x F W W W x ⨯===--⨯===---⨯⨯===----⨯= 2.2各效的蒸汽压力换算成绝压，即加热蒸汽压力为301.33kPa末效的绝压为 1.33kPa 2设各效的压力降相等，则总压力差为1301.32521.325280kPa kP P P∆=-=-=∑各效间的平均压力差为 70kPa 4iP P ∆∆==∑ 由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，11'231.3kPa p p p =-∆=21'2161.325kPa i P P P =-∆= 31'391.325kPa i P P P =-∆=4'21.33kPa p =由各效的二次蒸汽压力，从手册中可查的相应的二次蒸汽的温度和汽化潜热列于下表1。

表1 二次蒸汽的温度和汽化潜热(二)：根据各效的浓度和二次蒸汽的温度计算各效温度差损失15℃与20℃之间的波美度的换算 : '(20)'(15)0.052(15)Be Be t =--℃℃（1)因黑液沸点升高引起的温度差损失'∆由各效完成液的浓度i X 查《制浆原理与工程》图7-3见表2。

效数I II III IV加热蒸汽 压强P （kPa ）301.3 231.3 161.3 91.3 温度T （℃） 133.4 124.62 113.2 96.8汽化热r （kJ /kg )2168.6 2203.2 2221.7 2266.3 二次蒸汽 压强P'（kPa ）231.3 161.3 91.3 21.3 温度T '（℃） 124.62 113.2 96.8 60.9汽化热r '（kJ /kg )2203.22221.72266.32787.2表2 各效因黑液沸点升高引起的温度差损失I II III IV 黑液浓度x0.338 0.5497 0.191 0.244 eB '（15℃） 22.98 37 13.25 16.75 eB '（20℃） 22.72 36.74 12.99 16.49 '∆2.768.541.351.79(2)因液柱静压力引起的温度差损失''∆波美度与相对浓度的关系144.3144.3'(15)d Be =-相对浓度℃各效黑液浓度对应比重见表3。

表3 各效黑液浓度对应比重IIIIIIIV黑液浓度x 0.3380.54970.1910.244比重ρ1.1891.3451.1011.131'2m gLp p ρ=+11 1.1899.81 1.2'231.325238.3222m gLp p kpa ρ⨯⨯=+=+=122 1.3459.81 1.2'161.325169.2422m gL p p kpa ρ⨯⨯=+=+=233 1.1019.81 1.2'91.32597.7822m gL p p kpa ρ⨯⨯=+=+=344 1.1319.81 1.2'32.32539.9822m gL p p kpa ρ⨯⨯=+=+=4由平均压力可查表得到对应饱和温度见表4。

表4 各效因液柱静压力引起的温度差损失效数IIIIIIIV pmT '（℃）125.8 114.9 98.9 75.1 pmT T ''''∆=-（℃）1.11.8214.8（3）管路流动阻力引起的温度差损失'''∆取'''∆=1 ℃（三）求各效的沸点及总有效温度差 （1）各效料液的温度t T '''''''=+∆+∆+∆得1129.56t =℃ 2124.44t =℃3101.25t =℃ 477.89t =℃ （2）蒸发装置的总温度差损失=''''''38.14∆∆+∆+∆=∑∑∑∑℃(3)有效总温度差14(')35.16t T T∆=--∆=∑∑℃各效有效温度差见表5。

表5 各效有效温度差I II III IV t T t ∆=-（℃）4.040.2611.8519.01（四） 蒸发器的焓衡算 (1)计算i W 和1D第三效： '3333333()()w F h D H h F W h W H+-=-+ '333333()po p FC t D r F W C t W H +=-+其中有： ''330333()W r Fc t t W r +-=热损失有： 332303()p W r W r FC t t η''⎡⎤=+-⎣⎦第四效：43334443443()()w F W h W H W H F W W h W h '-+=+--+ 由于有 3333()()p o p w F W h F C W C t -=- 因为其中：34)434431(;p po pw pw pw F W W C FC W C W C H r C t ''--=--=+ 所以热损失有：4434334()()po pw W r W r FC W C t t η'⎡⎤=+--⎣⎦同理，可得：11113441()()po pw pw W r D r FC W C W C t t η''⎡⎤=+---⎣⎦221234112()()po pw pw pw W r W r FC W C W C W C t t η'⎡⎤=+----⎣⎦ 代入数据，并化简得：3243112112340.8820.684166.450.8860.86444.84285.2/W W W W W D W W W W W W kg h ==+==++++= 解出方程：11273.1k g /h W = 21144.8kg/h W = 31009.8k g /h W = 4857kg/h W = 11436.8k g /h D =（2）各效传热面积111111222223333344441436.82168.61000186.291150 4.0436001273.12203.210003995.587500.2636001144.82221.7100068.5387011.853*******.82266.31000115019.01D r S K t W r S K t W r S K t W r S K t ⨯⨯===∆⨯⨯⨯⨯===∆⨯⨯⨯⨯===∆⨯⨯⨯⨯==∆⨯⨯㎡㎡㎡29.083600=㎡为了便于蒸发器的安装和操作，通常使传热面积相同，即1234S S S S ===max min max 3995.5826.42100%97.3%5%3995.58.36S S S --⨯==＞(3)重新分配有效温度差11223344123467.17S t S t S t S t S t t t t ∆+∆+∆+∆==∆+∆+∆+∆㎡111=7.75S t t S ∆∆=℃ 222=11.85S t t S ∆∆=℃333=9.26S t t S ∆∆=℃ 444= 6.3S t t S∆∆=℃（4）重新计算各效温度差损失13410.3296Fx x F W W W ==--- 20.5497x = 0330.19Fx x F W ==- 04340.2281Fx x F W W ==-- 各效因溶液沸点升高引起的温度差见表6。