30吨日多效蒸发太阳能海水淡化蒸发器设计毕业论文+开题报告+外文翻译+文献综述.doc(2)

常用的分布器形式如图3—2所示。图3—2 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3—2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所需的蒸汽量1kg蒸汽所能蒸发的水量蒸发1k所需的蒸汽量1kg蒸汽所能蒸发的水量装置再增加一效所能节约的蒸汽量1 1.0 11.1 0.91 932 0.5 2 0.57 1.754 303 0.33 3 2.5 2.5 254 0.25 4 0.3 3.33 105 0.25 0.27 3.7 7表3—2 不同效数蒸发装置的蒸汽消耗量由表3—2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，但是有效温度差也会减小，使设备投资费用增大。

降膜蒸发器适用于发泡性物料蒸发浓缩，由于料液在加热管内成膜状蒸发，即形成汽液分离，同时在效体底部，料液大部份即被抽走，只有少部份料液与所有二次蒸汽进入分离器强化分离，料液整过程没有形成太大冲击，避免了泡沫的形成。蒸发装置在操作过程中，要消耗大量加热蒸汽，为节省加热蒸汽，可采用多效蒸发装置和蒸汽再压缩蒸发器。多效蒸发（med）串联多个蒸发器，加热废水浓缩得到固相盐，下一个蒸发器所需的加热蒸汽来自上一个蒸发器的二次蒸汽，蒸发效数就是蒸汽利用次数。

这种流程有如下优点：1. 由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，而是靠两相邻效之间的压差自然流动； 2. 由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，后几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25×2.5mm、38×2.5mm、57×3.5mm、等几种规格的无缝钢管，加热管的长度一般为0.6～2m。

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：57×3.5mm，长度L=1.1m的加热管。计算所需的管子数：n=S/d0(L-0.1)其中： S——蒸发器的传热面积，m2 d0——加热管外径，m L——加热管长度，m则：n =49.3/×0.057(3.5-0.1)=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d0（mm）19 2538 57管心距（mm） 25 32 48 70表3—3 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，t 一般为加热管的外径的1.25—1.5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ne 可用下面的公式：ne =1.1 =1.1× =11.5（根）圆整为： ne = 12（根）计算加热室内径： D1 = t (ne - 1) +2 b′其中： D1——加热室内径，mm则： D1 = 70×（12 - 1）+2×1.5×57 =941mm加热室的内径是941mm，可取壁厚12mm3.3.3 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，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。

蒸汽进入下一效(在低温多效蒸馏工艺中，多效蒸发器单一的蒸发凝结制水单元称为“效”)蒸馏器后冷凝成为纯水，冷凝时释放的潜热又用于下一效海水蒸发。饱和的蒸汽进入到套管之后，就流入了汽水分离室，分离室里面有折流板，让蒸汽产生旋转作用，并且是垂直的上升流动，可以高效的将蒸汽和冷凝水进行分离，分离之后的冷凝水就从疏水器中排出来，这样反复就实现了对空气的加湿。蒸发装置在操作过程中，要消耗大量加热蒸汽，为节省加热蒸汽，可采用多效蒸发装置和蒸汽再压缩蒸发器。

取标准管57×3.5mm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） =7.02m/s饱和蒸汽流速u取 30m/sd= =545.8mm取标准管530×10mm3.4 降膜式蒸发器的结构3.5 预热器的设计与选用海水的流量为11110kg/h，设海水经过每个预热器之后温度升高15℃.海水的比热容为3.9 kJ/kg·℃，初始温度为25℃3.5.1 热流量Q=W·Cp ·△t =11110×3.9×15=6.49×105 KJ/h=180.47kW W1== =285.27 KJ/hW2 ===280.71 KJ/hW3 ===271.32 KJ/h3.5.2 平均传热温差△tm1 =80.3-55=25.3℃△tm2 =61.6-40=21.6℃△tm3 =42.9-25=17.9℃3.5.3 初选换热器规格根据两流体的情况，K=400 W/(㎡·℃)则：S1 = = =17.83㎡S2 = = =20.89㎡S3 = = =25.21㎡为了保证各效的换热效果，三个预热器都采用统一的换热面积（取换热面积较大者）。

根据换热器选用标准选用如下规格换热器：公称直径：D=400mm管程数：Np=2换热管数量：n=102换热管长：L=3000mm换热面积：S0=23.2㎡不锈钢耐酸钢管：25×2.5mm管程通道截面积：f=0.0097㎡3.5.4 其它结构尺寸换热管应用三角形排列方式，中心距为32mm,中心排管数为9采用弓形折流板，圆缺率为25%，折流板间距为300mm,厚度为3mm拉杆定距杆的结构：拉杆直径为16mm,数量为43.5.5 结构设计与强度计算3.5.5.1 壁厚的确定取设计温度为100℃，Pc =1.0Mpa选取16 MnR 钢板为桶形材料，t =170 Mpa= = =1.13mm设计厚度：=+ C2 =1.13+2=3.13mm对16 MnR 钢板，钢板负偏差C1 =0.00mm,因此取=4.00mm，通过查钢板规格取得=6.00mm 。检查=6.00mm时t 无变化，取6mm合适。3.5.5.2 换热器管箱及封头厚度选用标准椭圆封头管箱。椭圆封头受力均匀，应用广泛。由于管程压力为0.3Mpa，可取设计压力为0.5Mpa，显然曲=6.00mm强度足够。3.5.5.3 进出水管的设计查表选取壳程DN =125mm 取I=200mm管程DN =100mm 取I=150mm接管与壳体，管箱壳体连接的结构形式，采用插入式焊接结构，且接管不得凸出于壳体的内表面。

3.5.5.4 开孔补强的计算本接管外径均大于89mm，需要进行开孔补强。本设计采用补强圈补强的形式，开孔的位置均在圆筒上。 a．管箱短节开孔补强及校核 b．开孔补强采用等面积不强法，由于工艺设计给定的接管尺寸，选用标准管108×4，选20号热轧碳素钢管=180Mpa，108×4，C2 =1.00mm接管计算厚度：St = = =0.21mm接管有效厚度：Set =Snt –C2-C1=4-1-4×0.15 =2.4mm开孔直径：d=di + 2 C =100+2×1.6 = 103.2mm接管有效补宽度：B= 2d =2×103.2 =206.4mm接管外侧有效补强高度：h1 = = =20.32mm需要的补强面积：A =ds =103.2×1.56 =161 mm2可以作为补强面积的为：A1 =（B-d）133×4，选20号热轧碳素钢管=130Mpa，133×4，C2 =1.00mm接管计算厚度：St= = =0.51mm接管有效厚度：Set =Snt –C2-C1=4-1-4×0.15 =2.4mm开孔直径：d=di + 2 C =125+2×(1+4×0.15)=128.2mm接管有效补宽度：B= 2d =2×128.2=256.4mm接管外侧有效补强高度:h1 ===22.65mm需要的补强面积：A =ds =128.2 ×1.56=200 mm2可以作为补强面积的为：A1 =（B-d） St) fr =2×22.65×(2.4-0.51) ×130/170 =65.21 mm2该接管补强的强度足够，不需令设补强结构。

3.5.5.5 管板选用管板兼作法兰。管板与法兰连接的密封面为凹凸面。查表初选管板尺寸为b=3d/4=18.7mm取管板厚度为25mm3.6 冷凝器的设计与选用蒸汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝，当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或严重污染冷却水时，应采用间壁式冷却器，如列管式、板式、螺旋骨式及淋水管式等热交换器。当二次蒸汽与冷却水直接接触进行热交换，其冷凝效果好、结构简单、操作方便、价格低廉，因此被广泛采用。直接接触式冷凝器多孔板式。水帘式、填充塔式及水喷射式等。多层多孔板式冷凝器是目前广泛使用的型式之一，其结构如图所示：冷凝器内部装有4～9块不等距的多孔板，冷却水通过板上小孔分散成液滴而与二次蒸汽接触，接触面积大，冷凝效果好。但多孔板易堵塞，二次蒸汽在折流过程中压力增大，所以也采用压力较小的单层多扎板式冷凝器。但冷凝器效果较差。根据本设计的需要，我们选用多层孔板式蒸汽冷凝器。3.6.1 冷却水量根据板式冷凝器的性能曲线，由冷凝器蒸汽压力和冷却水温度可查得1m3 冷却水可冷却的蒸汽量X kg，则：VL= WV/X =1515.2/20=75.8 kg/h3.6.2 冷凝器的直径根据冷凝器直径与蒸汽流量关系曲线，由蒸汽流量和蒸汽压力查得冷凝器的直径D可取500mm3.6.3 淋水板的设计淋水板数：根据规定，当D＜500mm时，取4～6块；当D≥500mm时，取7～9块.这里我们取7块较为合适。

淋水板间距：当淋水板取7～9块时，Ln+1=(0.6～0.7) Ln, L7≥0.15m弓形淋水板的宽带：最上面的一块 B=（0.8～0.9）D m，其它各板B=0.5D+0.05 mB1=0.4m B2=B3=B4=B5=B6=B7=0.3 m淋水板堰高h：当D＜500mm时，h=40mm；当D≥500mm时，h=50～70mm。这里我们取较小值50mm较为合适。淋水板孔径：若冷却水质较好或冷却水不循环使用时，d可取4～5mm；反之，可取6～10mm。这里为防止堵塞，我们选用5mm较为合适.淋水板孔径：淋水孔流速u0可采用下式计算：u0 =——淋水板的阻力系数，=0.95～0.98——水流收缩系数，=0.8～0.82h——淋水板堰高，mu0 ==0.95×0.8×=0.75 m淋水孔数 n= = =1430考虑到长期操作时易造成孔的堵塞，最上层板的实际淋水孔数应加大10%～15%，其他各孔板数应加大5%。淋水板采用正三角形排列。3.7 本章小结本章进行了蒸发器流程的设计，通过计算及查表完成了包括蒸发装置的设计与选用、预热器及冷凝器的设计与选用。第4章 太阳能集热装置的设计与选用在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。

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