年处理3万立方米废电解液蒸发车间的设计—本科毕业设计

《年处理3万立方米废电解液蒸发车间的设计—本科毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年处理3万立方米废电解液蒸发车间的设计—本科毕业设计（55页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、河北工业大学城市学院2014届本科毕业设计说明书河北工业大学城市学院毕业设计说明书 作 者： 学 号： 106336 系： 化工系 专业： 过程装备与控制工程 题 目： 年处理3万立方米废电解液蒸发车间的设计 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 年 月 日毕业设计（论文）中文摘要 题目：年处理3万立方米废电解液蒸发车间的设计摘要：废电解液是电解过程中产生的含有大量金属离子的废酸液，直接排放会严重影响水的质量，对环境有很大的污染。 目前废电解液的处理的主要方法有：废电解液除杂后制取硫酸铜和粗镍、脱去其中的镍回收酸等。 本课题主要针对废电解液浓缩问题，采用

2、多效真空蒸发的技术，使得二次蒸汽再次利用，达到节能的效果，降低能耗，同时回收利用其中有用物质，节约成本，提高经济效益。同时使废电解液中有害物质和重金属含量大大降低，减少了对环境污染。关键词：废电解液；多效蒸发；工艺计算；河北工业大学城市学院2014届本科毕业设计说明书毕业设计（论文）外文摘要Title Evaporation workshop design of waste electrolyte disposing 30000 cubic metersAbstract（三号黑体，居左）Waste electrolyte is contains a lot of metal ions gene

3、rated in electrolysis process of waste acid, direct emissions will seriously affect the quality of the water, there is a lot of pollution to the environment. At present the main method of the processing of waste electrolyte are: waste electrolyte after removing impurity for making copper and nickel,

4、 remove the nickel recovery acid, etc. This topic mainly aimed at the problem of waste electrolyte concentration, the multiple effect of vacuum evaporation technology, makes the secondary steam to use again, achieve the effect of energy saving, reducing energy consumption, and recycling of useful ma

5、terial, cost savings, improve the economic benefit. At the same time, the harmful substances in the waste electrolyte and heavy metal content is reduced greatly, and reduces the pollution to the environment.Keywords：Waste electrolyte ；Multiple-effect evaporation；Process calculation ； 1 引言 废电解液是电镀厂和冶

6、炼厂电解车间生产的含有大量铜等金属离子的强酸性溶液。目前处理电解废液的方法主要有中和沉淀法、电解法、铁屑置换法、溶剂萃取法及离子交换法等。中国对废电解液的处理状况并不理想。有的厂家虽然做了一定的处理,但是经济效益不佳;有的厂家直接将废液排出,不仅造成巨大的资源浪费,而且严重污染环境。废电解液经净化除杂后可用来制备硫酸铜、粗镍和碱式碳酸铜等化工产品,不但可以实现资源回收利用,变废为宝,还可以减少环境污染。各厂排放的电解废液成分差异很大,因此,必须选择科学的生产工艺才能生产出高质量的产品。目前对废电解液的浓缩多采用蒸发的方法，其蒸发设备多为敞开式间歇蒸发，这种蒸发设备的结构是在蒸发器的内部设环形加

7、热管对物料进行加热，并在设备顶部加装搅拌装置，以提高蒸发速度，这种设备虽然操作简单方便，但也有如下缺点：1、蒸汽消耗量大，由于常压下蒸发，溶液的沸点不同于蒸发纯水，加上传热效果不均匀，因此蒸汽的消耗量过大，通常这种设备蒸发 1 吨水需消耗约 1.35 吨的蒸汽。2、二次蒸汽不能循环使用，在蒸发过程中，产生的二次蒸汽全部进入空气中，热能浪费严重。3、由于采用的是蒸汽直接加废电解液，局部温度过高，易导致加热盘管局部结垢严重，传热效率急剧下降，蒸汽损耗大, 致使生产成本偏高。多效蒸发是通过利用前效蒸汽来对后效的废电解液进行加热大大节省了蒸汽的使用量。本课题采用多效真空蒸发的方法可以使二次蒸汽的到利用

8、，同时可以降低结垢的几率和废电解液对设备的腐蚀，从而提高经济效益。1.1 国内外发展的现状目前废电解液的处理的主要方法有：废电解液除杂后制取硫酸铜和粗镍、脱除杂质砷、锑、铋、脱去其中的镍回收酸等。1.1.1 废电解液除杂制取硫酸铜和粗镍 废电解液除杂制取硫酸铜和粗镍的工艺流程如图1所示2： 图1 工业试验流程示意图如图1所示，该法具有设备简单，操作容易，能够有效回收和分离溶液中铜和钴等。缺点是消耗大量的石灰和纯碱，产出大量的钙-铁渣需要过滤和堆场，且带走一定数量的铜，硫酸不能综合利用;后来采用锌焙砂处理铜电解废液，以制取工业纯七水硫酸锌。该方法可以回收重金属，且能够很好的利用废液中的硫酸。1.

9、1.2 废电解液进行脱铜处理后制取硫酸镍 对废电解液进行脱铜处理后制取硫酸镍其工艺如图2所示4： 图2硫酸镍提取工艺流程图1.1.3 隔膜电解的方法 罗凯等5对铜冶炼厂的铜电解废液,采用了隔膜电解的方法在阴极上得到了质量优良的铜片、海绵铜和黑铜,阳极室内得到硫酸溶液,经扩散渗析法处理脱铜后液时得到较纯的稀硫酸和硫酸镍。其工艺流程如图3所示:图3隔膜电解法处理铜电解液的工艺流程图1.1.4 电积法 电解液中脱除铜及砷、锑、铋6:用电积法主对废电解液进行脱铜脱砷处理，该法操作简单除杂能力强，但是阴极上会产生砷使工作环境恶劣，污染环境，危害人体健康。后来加拿大诺兰达公司在 20 世纪70 年代末采用

10、周期反向电流电解法脱铜、砷并用于工业生产，此法能有效地减少阴极浓差极化超电势，砷化氢气体的析出量甚微，使工作环境得到大大改善。1.2 拟研究与解决的主要问题 1、 废电解液对设备有很大的腐蚀，采用什么样的材料才能满足要求。 2、 低浓度的废水蒸发至结晶浓度能耗过高，采用什么样的工艺才能降低能耗。 3、 多效蒸发效数的确定 4、 操作流程的确定 5、 选用什么形式的蒸发器1.3 拟采用的研究方法1.3.1 材料的选择 考虑到硫酸铜具有腐蚀性，参考腐蚀手册及设备投资与使用寿命等因素，选取钛材为本次设计设备的主要材质。1.3.2 效数的选择效数越多生蒸汽的经济性越好其关系如表1所示8： 表1效数与生

11、蒸汽的关系效数与生蒸汽经济性的关系（DW）的关系效数单效双效三效四效五效DW1.10.570.40.30.27 随着效数的增加生蒸汽的利用率越来越高，节省的生蒸汽量与增加效数的百分比如表2所示8 表2增加效数与节省生蒸汽量之间的关系增加效数与节省生蒸汽量之间的关系一效增加为二效二效增加为三效三效增加为四效四效增加为五效效数增加所节省的生蒸汽量%48302510 实际上，由于效数增加时，生蒸汽经济性提高的幅度越来越小，例如由单效变为双效，生蒸汽的经济性约提高了48% ，而自四效增加为五效，则仅提高10% ；而设备的投资费用却始终随效数的增加成比例地增加，所以，即使在相同生产能力条件下，也不可无限

12、制地增加效数。操作费用随着效数的增加，输入系统的新鲜蒸汽用量以倒数关系递减，操作费用降低其关系如图3所示9： 图3总投资费与效数的关系 基于上述理由，实际的多效蒸发过程，效数不是很多的，除特殊情况（如海水淡化等）外，一般来说，对于电解质溶液，如氯化钠、氯化钾等水溶液的蒸发，由于其沸点升高较大，故通常为23效；对于非电解质溶液，如糖的水溶液或其它有机溶液的蒸发，其沸点上升较小，所用的效数可为46效。而从传热的角度考虑，为使溶液的沸腾传热维持在核状沸腾阶段，在确定效数时，应注意使各效分配的有效温差不小于57度。所以本研究采用三效蒸发的工艺。 此外还可以采用真空蒸发工艺，加入大气冷凝器和真空泵使得蒸

13、发系统为真空蒸发16，这样降低了各效蒸发器内溶液的沸点，使其在较低温度下沸腾。由于真空度提高后，溶液的沸点随之下降，水分更容易由液相转变为汽相，当加热温度一定时，真空蒸发的蒸出速度就会提高7。1.3.3 操作流程的选择在多效蒸发器中，溶液的流程有并流、逆流、平流和错流。并流是溶液与蒸气成并流，不需要泵，成本低，但对粘度随浓度迅速增加的溶液不适宜；逆流是溶液与蒸气成逆流，适用于粘度随浓度变化较大的溶液，但对于热敏性溶液应采取相应措施；平流是每效都加入原料液，适用于蒸发过程中伴有结晶析出场合；错流是溶液与蒸气在有些效为并流，而在有些效间则为逆流，但是此法操作复杂，实际很少应用。本次研究的课题采用并

14、流的操作流程。1.3.4 蒸发器的选择降膜蒸发器是利用溶液的重力作用,使溶液经布膜装置,在加热壁面上形成薄膜,由于膜厚度小,蒸发的自由面大,因而蒸发器的传热系数高,蒸水能力大14。所以本次设计的蒸发系统中蒸发器采用降膜蒸发器，又因为采用了低温蒸汽加热和真空蒸发,使得总有效传热温差变小。降膜蒸发器是在较小的总传热温差下实现多效蒸发的一种较好的加热蒸发方式7。本课题采用三效降膜式蒸发其工艺流程如图所示：其流程简述如下：废电解液由泵输送到一效加热室经生蒸汽与二次蒸汽混和的蒸汽进行加热进入分离室进行分离；分离室出的较浓废电解液进入二效加热室被一效产生的二次蒸汽加热，经二效分离室分离;其中的浓废电解液进

15、入三效加热室，产生的二次蒸汽进入三效加热室加热浓废电解液，经分离室分离浓缩的废电解液进入储罐，三效产生的蒸汽经冷凝器后进入水箱。2 蒸发工段物料衡算与热量衡算2.1 物料衡算 已知条件：年处理3万立方米废电解液，工作时间为7200小时。硫酸铜溶液的初始浓度x0=8%，经计算其密度约为1086kg/m3故原料处理量：。三效总蒸水量： 2.2 热量衡算2.2.1计算各效蒸发器换热面积 a)计算各效溶液及蒸汽温度取末效蒸汽相对真空度为0.085MPa，查取水和水蒸气热力性质图标手册可知0.085MPa下的蒸汽温度为55。为了节能,采用热泵，假设进入一效加热室蒸的温度是110。(1) 总有效传热温差的

16、计算因为蒸发设备中有温差损失包括溶液的沸点升高、蒸发器内液柱静压的影响以及流体流过加热管时产生的阻力。本设计选用降膜蒸发器，由于三效蒸发器间隔距离较近，管道流动阻力较小，所以初步估计由液柱静压的影响以流体阻力产生的温差损失约为1。由杜林规则和实验测定：相对分子量大的溶质，其水溶液在高浓度时的沸点升高较小，结合生产经验，初步估算各效因不挥发溶质存在造成的沸点升高约为： 所以总的温差损失为：总有效传热温差为：平均温差，原料可经预热器预热到55由以上各条件可推知各效中溶液及蒸汽温度如表2.1所示: 表2.1 各效中溶液和蒸汽温度效数温度进入效效效溶液/55 95 7860蒸汽/110937555 b

17、)热泵性质计算（蒸汽喷射压缩器喷射系数计算方法研究 王权 向雄彪）热泵示意图如下根据原料液的温度以及热泵性能，查取水和水蒸气热力性质图标手册可知三个温度下的蒸汽的焓分别为：； ； （部分数值利用内插法算得）则喷射系数 则实际喷射系数 c)计算生蒸汽及各效二次蒸汽流量根据热量衡算方程（忽略热损失），列如下方程组：其中由于溶液浓度较小，其比热容可按等温度下的水的比热算即Cp1=4.23kJ/(kgK),Cp2=4.19kJ/(kgK),Cp3=4.18kJ/(kgK),又t0=55,t1=95,t2=78,t3=60，r0=2232.4kJ/kg ,r1=2275.84kJ/kg ,r2=2315

18、.7kJ/kg ,r3=2366.5 kJ/kg 代入数据解得 d) 计算闪蒸蒸汽量并校核蒸汽消耗指标设定由效进入效，效进入效的闪蒸蒸汽量分别为, 根据热量衡算方程（忽略热损失），列如下方程组： 其中Cp1=4.23kJ/(kgK),Cp2=4.19kJ/(kgK),Cp3=4.18kJ/(kgK),又t0=55,t1=95,t2=78,t3=60，r0=2232.4kJ/kg ,r1=2275.84kJ/kg ,r2=2315.7kJ/kg ,r3=2366.5 kJ/kg 代入数据解得总闪蒸量蒸汽消耗指标，符合设计技术要求。 e) 计算各效蒸发器换热面积根据传热速率方程，列如下方程组： 其

19、中,=110-95=15,=93-78=15,=75-60=15根据生产经验初定各效传热系数：=1200 W/(m2),=1000 W/(m2),=1000W/(m2)。 代入数据解得取效的换热面积为68m2，、效的换热面积为49m2 f) 换热系数K值核算1）换热系数计算公式 其中: o-管外流体传热膜系数W/(m2)i-管内流体传热膜系数W/(m2)ro-换热管外表面污垢热阻（m2）/Wri-换热管内表面污垢热阻（m2）/WAo-换热管内表面积m2Ai-换热管外表面积m2- -换热管厚度mw- -换热管导热系数2） 有相变时管外流体换热系数则W/(m2)3）管内有沸腾时换热系数W/(m2)

20、4）则W/(m2)则传热系数符合设计要求。 各效传热系数经核算后与原估计值相差很小，故计算结果可取。由于加热室底部冷凝水还占用面积，所以在算出来的面积上再加上20%的余量可得面积为:效的换热面积为82m2，、效的换热面积为59m23 蒸发器有关接管管径的计算3.1 各效浓度的计算三效出来的浓物料经冷却结晶剩余的母液进入一效继续蒸发。经查得在55时硫酸铜的溶解度为37其质量分数为27%；结晶温度大约为30，此时硫酸铜的质量分数为x4=19.6%。所以一效到三效总共的蒸水量为解得F母=1217.5kg/h则各效效浓度为3.2 一效蒸发器有关接管管径的计算3.2.1 蒸汽进出口直径的计算a) 进口由

21、不同介质流速范围查得生蒸汽压力P=0.6MPa1MPa(绝压)时，流速介于1520m/s，取u=20m/s，一效生蒸汽进口的流量，生蒸汽密度查取水和水蒸气热力性质图标手册可知，则体积流量。又根据公式，求得查压力容器手册选用规格为DN200 2195的接管。b) 出口蒸汽利用时流速介于1530m/s，取u=15m/s，流量，二次蒸汽密度。 体积流量 根据公式,求得选用规格为DN350 3776的接管3.2.2 料液进出口直径的计算a) 进口 料液由离心泵吸入管路，经过两效预热器预热，一般情况下流速介于0.5-1.5之间，则取u=1m/s，流量，查取化学化工物性数据手册-无机卷中水溶液在不同温度和

22、浓度下料液密度为。 体积流量 根据公式，求得选用规格为的DN40 452接管。b) 出口 取流速u=1m/s，料液密度查取如上则。 体积流量根据公式，求得选用规格为DN40 452的接管。3.2.3 分离室二次蒸汽出口直径的计算 二次蒸汽利用时流速介于1530m/s，取u=15m/s，流量，二次蒸汽密度 体积流量 根据公式,求得 选用规格为DN400 4266的接管。3.2.4 冷凝水出口直径的计算流速介于0.2-0.5之间，取u=0.2m/s，流量，密度。体积流量根据公式，求得d=0.06678m选用规格为DN90 893的接管。3.2.5 料液循环口接管直径的计算a) 循环接口进泵喷淋密度

23、q=0.50.7L/(ms），取q=0.5L/(ms）体积流量F=ndq=1213.14380.510-6=0.07218m3/s根据公式，且流速介于0.5-1.5之间，取u=1.5m/s，求得d=0.0784m选用规格为DN100 1084的接管。b) 循环接口出泵喷淋密度q=0.50.7L/(ms），取q=0.5L/(ms）体积流量F=nd q=1213.14380.510-6=0.01187m3/s根据公式，且流速介于1.5-2之间，取u=1.5m/s求得d=0.0784m选用规格为DN100 1084的接管。3.2.6 其他相关接管 由经验值分析选取不凝气接管DN50 573.5，排净

24、口接管DN25 323.5，压力表接管DN20 253，温度计接管M272。3.3 二效蒸发器有关接管管径的计算3.3.1 蒸汽出口蒸汽利用时流速介于1530m/s，取u=15m/s，流量，二次蒸汽密度。体积流量 根据公式,求得选用规格为DN350 3775的接管。3.3.2 物料出口 取流速u=1m/s，料液密度查取如上则。 体积流量根据公式，求得 选用规格为DN40 452的接管。3.3.3 冷凝水出口直径的计算流速介于0.2-0.5之间，取u=0.2m/s，密度。体积流量根据公式，求得d=0.0428m选用规格为DN50 573的接管。3.3.4 料液循环口接管直径的计算a) 循环接口进

25、泵喷淋密度q=0.50.7L/(ms），取q=0.5L/(ms）体积流量F=ndq=913.14380.510-6=0.05429m3/s根据公式，且流速介于0.5-1.5之间，取u=1.5m/s，求得d=0.0678m选用规格为DN80 893的接管。b) 循环接口出泵喷淋密度q=0.50.7，取q=0.5体积流量F=nd q=913.14380.510-6=0.01187m3/s根据公式，且流速介于1.5-2之间，取u=1.5m/s求得d=0.0678m选用规格为DN80 893的接管。3.4.5 其他相关接管 由经验值分析选取不凝气接管DN50 573.5，排净口接管DN25 323.5

26、，压力表接管DN20 253，温度计接管M272。3.4 三效蒸发器有关接管管径的计算3.4.1 蒸汽出口蒸汽利用时流速介于1530m/s，取u=15m/s，流量，二次蒸汽密度。体积流量 根据公式,求得选用规格为DN5005306的接管。3.4.2 物料出口 取流速u=1m/s，料液密度查取如上则。体积流量根据公式，求得选用规格为DN25322的接管。3.4.3 冷凝水出口直径的计算流速介于0.2-0.5之间，取u=0.2m/s，密度。体积流量根据公式，求得d=0.0447m选用规格为DN50 573的接管。3.4.4 料液循环口接管直径的计算a) 循环接口进泵喷淋密度q=0.50.7L/(m

27、s），取q=0.5L/(ms）体积流量F=ndq=913.14380.510-6=0.05429m3/s根据公式，且流速介于0.5-1.5之间，取u=1.5m/s，求得d=0.0678m选用规格为DN80 893的接管。b) 循环接口出泵喷淋密度q=0.50.7L/(ms），取q=0.5L/(ms）体积流量F=nd q=913.14380.510-6=0.01187m3/s根据公式，且流速介于1.5-2之间，取u=1.5m/s求得d=0.0678m选用规格为DN80 893的接管。3.4.5 其他相关接管由经验值分析选取不凝气接管DN50 573.5，排净口接管DN25 323.5，压力表接管

28、DN20 253，温度计接管M272。三效计算数据如下表3.1所示: 表3.1 各效接管参数效数接口管 性质流速（m/s）密度（kg/m3）体积流量（m3/s）直径（m）接管规格效蒸汽进口201.11990.580.197DN200 2195蒸汽出口150.47151.1590.3137DN350 3776料液进口110860.001160.03847DN40 452料液出口111800.000880.033DN40 452冷凝水 出口0.29620.00670.3137DN350 3776二次蒸汽出口150.47151.1590.370DN400 4266料液循环进口1.50.072180.

29、784DN100 1084料液循环出口1.50.072180.784DN100 1084效蒸汽进口150.47151.1590.3137DN350 3776蒸汽出口150.2411.250.325DN350 3775料液进口111800.000880.033DN40 452料液出口112350.00060.0277DN40 452冷凝水 出口0.29730.000290.0428DN50 573二次蒸汽 出口150.2411.250.325DN350 3775料液循环进口10.011870.0678DN80 893料液循环出口1.50.011870.0678DN80 893效蒸汽进口150.2

30、411.250.325DN350 3775蒸汽出口150.1042.960.500DN5005306料液进口111800.000880.033DN40 452料液出口112510.000350.0211DN25322冷凝水 出口0.2983.20.0003060.0477DN50 573 二次蒸汽 出口蒸汽出口150.1042.960.500料液循环进口10.011870.0678DN80 893料液循环出口1.50.011870.0678DN80 8934 蒸发器加热室结构设计4.1 加热室中换热管的排布及壳体直径的计算4.1.1 换热管数的计算加热管管长L选 6m，管径382mm ，查参考

31、文献2取相应的换热管中心距t= 48mm，换热管伸出长度上下均取为2 mm，管板厚度 30mm。换热管有效长度= 6-0.064=6.946mm单管换热面积a=d0=换热管根数本蒸发器中换热管按正六边形排列，通过查GB151并为了获得较大的操作弹性，选择所需管子总数最大为127根的排列方式，其正六边形的数目为7，对角线上换热管数为13，一效壳体内径根据标准圆整得其内径为600mm二效三效选择所需管子总数最大为91根的排列方式，其正六边形的数目为5，对角线上换热管数为11，壳体内径根据标准圆整得其内径为600mm4.1.2 换热管布管实际布管情况如表3.1所示： 表3.1 各效实际布管参数 效数

32、效数数据筒体内径管外径中心距实际布管直径管数换热面积效600384857612185.8效60038484809164.6效60038484809164.6则符合要求4.2 加热室筒体及封头厚度的计算4.2.1 一效1) 筒体（钛材）的厚度计算 筒体的计算厚度 式中：d计算厚度，mm ；设计压力，MPa；焊接接头系数（局部焊，取0.85）， 壳体在设计温度下的许用应力。设计厚度, C厚度附加量（C=C1+C2）;C1负偏差的附加余量，C2腐蚀裕量，对于钛材C1=0.09mm，C2=0mm 假设筒体的厚度10毫米其壳体在150的许用应力为90MPa所以，按筒径取筒体厚度，则有效厚度2） 封头（钛

33、材）的厚度计算 选用标准椭圆形封头：计算厚度 查取封头在150许用应力为90MPa，焊接接头系数=0.85设计厚度, 钛材C1=0.09mm，C2=0mm。所以 取封头壁厚与筒体的壁厚相同，则有效厚度。封头的其余各参数：容积，质量，总深度H=175mm4.2.2 二效1）筒体（钛材）的厚度计算 假设筒体的厚度10毫米其壳体在100的许用应力107MPa按筒径取筒体厚度，则有效厚度2）封头（钛材）的厚度计算 选用标准椭圆形封头：计算厚度 查取封头在100许用应力为107MPa，焊接接头系数=0.85 设计厚度, 钛材C1=0.09mm，C2=0mm。 所以 取封头壁厚与筒体的壁厚相同，则有效厚度

34、。封头的其余各参数：容积，质量，总深度H=175mm4.2.3 三效1）筒体（钛材）的厚度计算 三效和二效真空容器且尺寸相同，故需按外压圆筒进行稳定性校核由于换热管为6000mm，则为保证足够的余量取，有效长度 ，查得A=0.00016，E=2.0105， 符合要求2) 封头（钛材）的厚度计算椭圆封头采用钛材，设计压力P= -0.1MPa，查的弹性模量E=107.7GPa取=6mm，C1=0.09mm ，C2=0mm，所以 查得系数K1=0.9则当量球壳外直径 ，符合要求。4.3 加热室强度计算4.3.1 一效加热室水压试验及其壳体应力校核计算 1) 水压试验:试验压力式中： 内压容器试验压力

35、，MPa； 试验温度下材料的许用应力； 设计压力； 设计温度下材料的许用应力=123 MPa，=98 MPa则试验压力 2) 试验压力下的筒体的薄膜应力 ，：常温下材料的屈服极限， 则筒体的薄膜应力所以试验安全。4.3.2 二效加热室水压试验及其壳体应力校核计算 1) 水压试验试验压力=123 MPa，=116 MPa则试验压力 2) 试验压力下的筒体的薄膜应力 ，：常温下材料的屈服极限， 则筒体的薄膜应力所以试验安全。4.3.3 三效加热室水压试验及其壳体应力校核计算 1) 水压试验试验压力=123 MPa，=121 MPa则试验压力 2) 试验压力下的筒体的薄膜应力 ，：常温下材料的屈服极

36、限， 则筒体的薄膜应力所以试验安全各效试验压力和筒体的薄膜应力如表3.2所示 表 4.2 各效强度计算参数PT一效0.2211.11二效0.18959.72三效0.1829.334.4 折流板设计一效：由GB151-1999规定，折流板间距h=（0.21）Di,Di=600mm则取h=600mm。换热管管长按6m计算，则需7块折流板，板间最大跨度1700mm1900mm,符合要求。查得折流板最小厚度为12mm，折流板名义外直径为DN-4.5。折流板为单弓形，缺口高度h=0.2Di，即h=0.2600=120mm。各效折流板数据如表4.3所示：效数性质折流板间距 （mm）筒体直径(mm)折流板厚

37、度 (mm)名义内直径缺口高度(mm)一效80060016DN-4.5120二效80060016DN-4.5120三效80060016DN-4.51204.5 拉杆设计 查得共需一效4根拉杆，则实际布管数n=n1-4=121-4=117根,符合规范，拉杆直径d=16mm。二效三效4根拉杆，实际布管数为n=n2-4=91-=87根，符合规范，拉杆直径d=16mm。4.6 膨胀节的设计为减少蒸发器器壁内的热应力，需给蒸发器安装波形膨胀节，选择无内衬套的ZDL型膨胀节。4.7 开孔补强设计4.7.1 补强及补强方法的判别蒸汽出口接管外直径为DN350 3776，需考虑补强，选用等面积补强法开孔直径4

38、.7.2 开孔所需补强面积1 筒体计算厚度2 开孔补强所需面积削弱系数，接管有效厚度为开孔所需补强面积4.7.3 有效补强范围1 有效宽度故B=700.36mm2 有效高度外侧有效高度 h1=45.84mm 内侧有效高度 h2=0mm 4.7.4 有效补强面积1 筒体多余金属面积有效厚度多余金属面积2 接管多余金属面积3 接管区焊缝面积4 有效补强面积则不需要另行补强蒸汽出口接管外直径为DN500 5306，需考虑补强，选用等面积补强法开孔直径4.7.5 开孔所需补强面积3 筒体计算厚度4 开孔补强所需面积削弱系数，接管有效厚度为开孔所需补强面积4.7.6 有效补强范围3 有效宽度故B=100

39、0.36mm4 有效高度外侧有效高度 h1=54.77mm 内侧有效高度 h2=0mm 4.7.8 有效补强面积5 筒体多余金属面积有效厚度多余金属面积6 接管多余金属面积7 接管区焊缝面积8 有效补强面积则不需要另行补强 根据经验可知其他接管也不需要开孔补强4.8 支座的选取 选用B型耳式支座，不锈钢密度，钛材密度4.8.1 一效加热室（a）计算支座承受的实际载荷加热室质量充满加热室所需水质量加热室内管板、换热管、折流板等结构的质量为 总质量 加热室实际安装4个支座，但考虑支座安装形式和承重的影响，按3个支座计算。则每个支座承受载荷根据容器支座手册JB/T4712.32007，选用B2型耳式

40、支座。 （b）计算支座处圆筒所受支座弯矩ML根据筒体有效厚度和压力查表可知 则符合设计要求选用B2型耳式支座。（JB/T4712.32007）4.8.2 二效和三效参数一致（a）二效加热室质量充满加热室所需水质量加热室内管板、换热管、折流板等结构的质量为 总质量 加热室实际安装4个支座，但考虑支座安装形式和承重的影响，按3个支座计算。则每个支座承受载荷 选用B2型耳式支座（b）计算支座处圆筒所受支座弯矩ML 根据筒体有效厚度和压力查表可知: 则符合设计要求选用B2型耳式支座。（JB/T4712.32007）5 蒸发器分离室结构设计 汽液分离室为圆筒形容器，顶部是标准椭圆形封头，底部是锥形封头。

41、5.1 一效分离室尺寸的确定5.1.1 筒体高度及直径的确定 分离室的大小主要取决于汽液分离所需要的空间，包括直径和高度参数。直径要大些，以能维持较低的气速，在此速度下保证上升气流不致携带过量的雾滴。此速度可按下式计算： 式中：蒸发室中蒸汽平均上升速度，m/s； 、料液和蒸汽的密度，kg/m3； 雾沫携带因子， 查得， 所以 根据公式 其中 计算得，圆整取D=1.4m 圆筒高度H=1.5D=1.51.4=2.1m 圆整取H=3m。5.1.2 外压圆筒的稳定性校核 1）确定圆筒的当量长度Le 参考文献JB/T4746-2002，分离室上封头选用标准椭圆封头，根据筒体直径选择封头尺寸，总深度，计算

42、曲边长度，直边长度。下封头选择折边锥形封头（CHA），查得参数，则当量长度2) 确定许用外压假设圆筒名义厚度，则圆筒外径为，有效厚度（其中负偏差腐蚀余量），（长圆筒），。查得A=0.000098（设备设计书P119） 设计温度为Tc=100，由于A的值设计温度曲线的最大值，则，其中，则 ，不符合要求，故需要在筒体上设置加强圈。3)设置加强圈后的计算 设置加强圈后，查表得A=0.00053，设计温度为T c=100，由于A的值设计温度曲线的最大值，则=35.3MPa，符合要求。5.1.3 封头设计a) 分离室上封头（椭圆封头）（外压）一效标准椭圆封头采用钛材，设计压力P=-0.1MPa，用内插法

43、算出弹性模量E=107GPa（GB/T4742002钛制焊接容器） 设，取C1=0.09， C2=0 则; 查得系数K1=0.90 （设备设计书P126）则当量球壳外直径故有 许用应力故取符合要求。 封头的其余各参数：容积v=0.3977m3，质量m=102.9kg，H=375mmb) 分离室下封头（锥形封头）锥形封头采用钛材，选择半锥角为30的CHA型带折边锥形封头。设，当量长度，（GB150-2011），E=107GPa查的A=0.00032，B=45.2MPa，符合要求。锥形封头采用钛材，选择半锥角为30的CHA型带折边锥形封头。封头的其余各参数：H=1294mm 容积，质量5.1.4支

44、座的选取选用B型耳式支座，不锈钢密度，钛材密度1 一效分离室质量 充满分离室所需水质量 总质量 分离室实际安装4个支座，但考虑支座安装形式和承重的影响，按3个支座计算。 则每个支座承受载荷 选用B3型耳式支座。2 计算支座处圆筒所受支座弯矩ML 根据筒体有效厚度和压力查表可知 则符合设计要求选用B4型耳式支座。（JB/T4712.32007)5.2 二效分离室尺寸的确定5.2.1筒体高度及直径的确定 分离室的大小主要取决于汽液分离所需要的空间，包括直径和高度参数。直径要大些，以能维持较低的气速，在此速度下保证上升气流不致携带过量的雾滴。此速度可按下式计算： 式中：蒸发室中蒸汽平均上升速度，m/

45、s； 、料液和蒸汽的密度，kg/m3； 雾沫携带因子， 查得， 所以 根据公式 其中 计算得，圆整取D=1.2m 圆筒高度H=1.5D=1.51.2=1.8m 圆整取H=3m。5.2.2 外压圆筒的稳定性校核 1）确定圆筒的当量长度Le 参考文献JB/T4746-2002，分离室上封头选用标准椭圆封头，根据筒体直径选择封头尺寸，总深度，计算曲边长度，直边长度。下封头选择折边锥形封头（CHA），查得参数，则当量长度2）确定许用外压假设圆筒名义厚度，则圆筒外径为，有效厚度（其中负偏差腐蚀余量），（长圆筒），。查得A=0.00012（设备设计书P119） 设计温度为Tc=100，由于A的值设计温度曲

46、线的最大值，则，其中，则 ，不符合要求，故需要在筒体上设置加强圈。3)设置加强圈后的计算 设置加强圈后，查表得A=0.0005，设计温度为T c=100，由于A的值设计温度曲线的最大值，则=35.1MPa，符合要求。5.2.3 封头设计a) 分离室上封头（椭圆封头）（外压）一效标准椭圆封头采用钛材，设计压力P=-0.1MPa，用内插法算出弹性模量E=107GPa（GB/T4745-2002钛制焊接容器）设，取C1=0.09， C2=0则; 查得系数K1=0.90 （设备设计书P126）则当量球壳外直径故有 许用应力故取符合要求。 封头的其余各参数：容积v=0.2545，质量m=76.4kg，H

47、=325mmb) 分离室下封头（锥形封头） 锥形封头采用钛材，选择半锥角为30的CHA型带折边锥形封头。 设，当量长度，（GB150-2011），E=107GPa查的A=0.0003，B=45.2MPa，符合要求。锥形封头采用钛材，选择半锥角为30的CHA型带折边锥形封头。封头的其余各参数：H=1112mm 容积，质量5.2.4支座的选取选用B型耳式支座，不锈钢密度，钛材密度1）二效分离室质量 充满分离室所需水质量 总质量 分离室实际安装4个支座，但考虑支座安装形式和承重的影响，按3个支座计算。 则每个支座承受载荷 选用B2型耳式支座。2）计算支座处圆筒所受支座弯矩ML 根据筒体有效厚度和压力

48、查表可知 则符合设计要求选用B3型耳式支座。（JB/T4712.32007）5.3 三效分离室尺寸的确定5.3.1筒体高度及直径的确定 分离室的大小主要取决于汽液分离所需要的空间，包括直径和高度参数。直径要大些，以能维持较低的气速，在此速度下保证上升气流不致携带过量的雾滴。此速度可按下式计算： 式中：蒸发室中蒸汽平均上升速度，m/s； 、料液和蒸汽的密度，kg/m3； 雾沫携带因子， 查得， 所以 根据公式 其中 计算得，圆整取D=2.6m 圆筒高度H=1.5D=1.52.6=3.9m 圆整取H=4m。5.3.2 外压圆筒的稳定性校核 1）确定圆筒的当量长度Le 参考文献JB/T4746-20

49、02，分离室上封头选用标准椭圆封头，根据筒体直径选择封头尺寸，总深度，计算曲边长度，直边长度。下封头选择折边锥形封头（CHA），查得参数，则当量长度2）确定许用外压假设圆筒名义厚度，则圆筒外径为，有效厚度（其中负偏差腐蚀余量），（长圆筒），。查得A=0.00015（设备设计书P119） 设计温度为Tc=100，由于A的值设计温度曲线的最大值，则，其中，则 ，不符合要求，故需要在筒体上设置加强圈。 设置加强圈后，查表得A=0.0006，设计温度为T c=100，由于A的值设计温度曲线的最大值，则=42.8MPa，符合要求。5.3.3 封头设计a) 分离室上封头（椭圆封头）（外压）三效标准椭圆封头采用钛材，设计压力P=-0.1MPa，用内插法算出弹性模量E=107GPa（GB/T4745-2002钛制焊接容器）设，取C1=0.09mm， C2=0mm则; 查得系数K1=0.90 （设备设计书P126）则当量球壳外直径故有 许用应力故取符合要求。 封头的其余各参数：容积v=2.513m3，质量m=586.8kg，H=690mmb) 分离室下封头（锥形封头）锥形封头采用钛材，选择半锥角为30的CHA型带折边锥形封头。设，当量长度，（GB150-129），E=107GPa查的A=0.0006，B=64.3MPa，符合要求。锥形封头采用钛材，选择半锥角为30的CHA型带折边