姜伟[1]2006年在《用于72%片碱生产的蒸发装置设计研究》文中进行了进一步梳理蒸发工序是氯碱生产系统中的重要环节,它承担着把电解碱液浓缩成商品碱的重要任务,同时也是烧碱生产能耗较大的环节。在72%片碱生产的蒸发工序中,采用外热式自然循环蒸发器,这种蒸发装置由于具有结构紧凑、生产能力大、传热效率高、能耗低、操作和维修便利等优点,在氯碱工业生产中的应用范围正日益扩大。目前,对用于72%片碱生产的外热式自然循环蒸发器的研究和推广应用已经取得了一些进展。但由于多种因素的影响,蒸发器内的蒸发过程非常复杂,用于自然循环蒸发器设计的基础数据还不完善,产品设计具有较大的经验色彩。在国内外缺乏一套完整的设计计算方法。本文分别运用理论分析和CFD数值模拟方法,对不同操作参数、结构参数的蒸发器内的流体流动和传热性能进行研究,为蒸发器的结构改进和操作参数优化提供理论依据。论文主要研究工作及结论如下:(1)从流体力学和传热学的角度,运用理论分析方法研究用于72%片碱生产的外热式自然循环蒸发器的蒸发机理,由Clausius-Clapeyron方程导出汽化段高度的计算公式,从而建立蒸发过程的数学模型。用Visual Basic语言编制程序并采用牛顿迭代法进行求解,分析了不同操作参数和结构参数对循环推动力、循环流速、传热系数和蒸发速率的影响。模拟结果与工程应用结果的比较表明模型是合理的,可为蒸发器的结构改进和操作参数的优化设计提供理论依据。(2)总结了用于72%片碱生产的蒸发装置的工艺设计过程。根据流体力学和传热学理论分析的结果,在外热式自然循环蒸发器传统设计方法的基础上,采用Visual Basic平台开发了用于72%片碱生产的蒸发装置辅助工艺设计计算软件。(3)利用计算流体力学软件FLUENT6.1,采用VOF两相流模型和RNGκ?ε双方程湍流模型,对蒸发器二维模型内的沸腾流动和传热进行了数值模拟计算和分析。建立了沸腾时液体生成气体的质量传递方程,并使用C语言编写沸腾模型的UDF源程序,连接到Fluent求解器进行计算。数值模拟研究的结果表明:增大进料温度、操作真空度、加热蒸汽压力和在蒸发器的沸腾室顶部增加一管路至气液分离室的方法均有利于改善蒸发器的性能。(4)数值模拟取得的成果表明采用CFD技术对蒸发器内的流场和温度场进行模拟
廖吉林[2]2001年在《自然循环蒸发器循环推动力及传热研究》文中研究指明蒸发器是广泛应用于化工蒸发单元操作的化工设备,耗能巨大。传统蒸发器在运转过程中，加热管原料液侧容易出现析晶污垢，大大降低传热系数。论文首先介绍了污垢类型，结垢机理及影响结垢速度的主要因素，污垢所造成的经济损失及控制，防止和清洗方法。论文从结构上对蒸发器进行改进，改型后可算为一种新型蒸发器。其主要改进包括将加热室从原来的上升管内沸腾段的下方移到了循环管的中下部较好地利用了空间，降低设备高度；加装副加热室增加其汽化量，增大循环推动力；加装助推器以利启动，也是负压效保证循环流速所必需；添加纽带这种除垢防垢和传热强化元件。然后进行了纽带除垢防垢的可行性试验，得出了其在线防垢及强化传热功能能否发挥的关键－流速条件及纽带螺距等结构因素对纽带转动快慢的的影响。运用因次分析方法得出了插有纽带管段阻力计算准数关联式，并通过具体实验求出参数值，得出压力降的具体准数关联式表达式，据此调节阀门开度以模拟热态试验工况条件。冷态试验先假定沸腾段蒸发为平衡蒸发，在此前提下推导了理论循环计算压头公式。然后通过实测数据计算的压头与理论压头比较，得出沸腾段蒸发为不平衡蒸发的结论，且不平衡蒸发程度在35％-50％之间，并通过热态试验加以验证。热态试验中以常压效为例进行了试验，由于这种蒸发器是逆循环，又特别提出了具体操作步骤及注意事项。试验的结果表明不平衡蒸发程度为55％左右，证明了冷态模型确使较好的反映实际情况以及在常压效中纽带在无助推条件下可以平稳转动发挥其在线清洗和强化传热功能。
姜伟, 李庆生[3]2005年在《72%片碱生产中蒸发器循环推动力及传热的研究》文中研究表明通过对72%片碱生产中采用的外热式自然循环蒸发器蒸发机理的研究,由Clausius-Clapeyron方程导出汽化段高度的计算公式,从而建立了蒸发过程的数学模型。用牛顿迭代法进行求解,获得在不同结构和操作参数下,循环推动力、循环流速、传热系数和蒸发速率的变化规律,为蒸发器的结构改进和操作参数的优化设计提供了理论依据。
刘阳平[4]2013年在《自然循环蒸发器流体动力往复螺旋清洗技术研究》文中研究说明蒸发器是食品、医药、冶金、石油化工等多行业的高能耗换热设备。在料液浓缩过程中，蒸发设备普遍存在着严重的结晶垢问题，大大降低了设备生产效率，同时对于强制循环蒸发器而言，循环泵的使用也大幅增加了能源的消耗。基于蒸发器自然循环流动特点，研究了一种可同时用于强制循环的往复螺旋在线清洗技术。该技术清洗机构由一段小弹性系数的往复弹簧和一根防除垢工作螺旋串联而成，依靠加热管内汽液两相流速度场脉动特性实现螺旋往复运动而达到完全清洗目的。为此，进行了如下研究：（1）往复螺旋动力学可行性及往复机构参数冷模优化试验：以空气和水为试验介质，建立单U型管自然循环试验台，对气体体积流量、循环流速、工作螺旋往复行程叁者间对应关系进行试验，论证了往复螺旋振动清洗技术方案的动力学可行性问题；然后在方案可行的基础上，初步优化往复弹簧弹性系数K，工作螺旋螺距P、工作螺旋外径D，在管规格为38×2×2000mm条件下，叁者较优参数为往复弹簧弹性系数K=7.6～8.2N/m、工作螺旋螺距P=10～11mm、外径D=25～27mm。（2）往复螺旋技术方案在实际蒸发器中的可行性研究：从当量推动力及动力温度两个角度对冷模结果进行理论分析，以判断实际蒸发器下技术方案是否可行。最后通过热模试验数据对理论可行性分析进行了验证，结果表明理论分析与试验结果吻合较好。（3）循环流量的关联计算式研究：采用量纲分析法，得到了描述自然循环过程的5个无量纲数；在单管常压蒸发试验数据的基础上，推导得到了计算循环流量的无量纲函数式0.9590.1680.0430.0430.39221345，经试验验证，满足常压蒸发条件下循环流量的计算要求。（4）自然循环流速数值模拟：从往复机构运动所需的流速条件入手，分别模拟了冷热态下系统可达的循环流速，以试验数据为比较基准，分析得到冷热态下的模拟值与试验值的相对误差都不高于20%，可有效作为试验设计依据。（5）往复螺旋动力学的热模中试试验：以水为试验介质，设计了共6根加热管的常压蒸发中试试验台，对冷模试验结果进行了验证及进一步的优化，并在优化参数的基础上得到了工作螺旋轴向往复行程、循环流速与传热温差之间的关联图表。结果表明，在加热管为38×2×2000mm的常压蒸发下，当往复弹簧弹性系数K在7.0～8.0N/m、工作螺旋螺距P与管内径之比在0.676～0.764，且传热温差大于18℃时，系统循环流速不低于0.57m/s，工作螺旋的往复行程已能稳定的大于一个螺距，满足均匀除垢的需求。
李宗会[5]2008年在《自然循环蒸发器自动清洗与强化传热的研究及设计》文中指出蒸发器是过程工业中的一种高能耗装备。本课题结合湖南湘维有限公司5万吨/年PVA多品种生产线的扩改工程,针对传统蒸发加热面结垢问题和强制循环泵的高能耗问题,研究一种适合蒸发器加热室自动清洗防垢及强化传热的旋转扭带技术和自然循环推动力强化技术的蒸发器新结构,并将研究结果应用到扩改工程的新型第一残渣蒸发器中。对PVA生产的新型第一残渣蒸发器的新技术研究,主要在两个方面:(1)热流体动力旋转扭带自动清洗防垢及对流传热强化;(2)强化自然循环动力的蒸发器新结构。研究方法是在现有蒸发器污垢处理技术基础上,确定热流体动力旋转扭带自动清洗防垢技术方案,重点对具有自动清洗防垢功能和强化传热功能的旋转扭带进行基本原理分析,以保障旋转扭带可靠自转清洗的动力矩强化为首要目标和兼顾传热强化功能,在扭带结构优化实验基础上再进行管内结晶盐垢自动清洗功能考核性的模拟实验。在分析影响蒸发器结垢速度因素和治理蒸发器结垢的现有技术基础上,确定热流体动力旋转扭带自动清洗防垢及其强化传热作为提高蒸发生产效率的措施。以自动清洗防垢为目标,新设计的蒸发器加热室采用具有强化传热和在线防垢除垢双功能流体动力旋转扭带技术。从流体动力旋转扭带技术的力学原理,推导得出旋转扭带自转清洗的动力矩计算式,分析探讨理论对工程应用的指导作用,研究自转力矩强化的新结构旋转扭带—斜齿扭带。分别对光滑旋转扭带和斜齿旋转扭带进行了动力学与传热强化结构优化研究。实验表面:斜齿旋转扭带的强烈涡流效应使对流传热过程得到非常有效强化,斜齿旋转扭带能够在管内流速0.80m/s下可靠自转,其阻力比光滑扭带高近一倍。以强化逆向自然循环推动力为主要目标,设计了蒸发器沸腾室的新型结构。与传统蒸发器沸腾室结构比较,其主要特点是:流程改为逆向流的自然循环:新沸腾室的横截面积比传统结构的增大156%;沸腾室的出口段截面扩大了63.8%;将加热室从原来的上升管内沸腾段的主体部分下移到加热室下方的中心,与中心循环管结为一体,既可加大沸腾室的深度和截面,又降低了设备高度:加装助推器以便逆向流自然循环的启动。采用过饱和盐热溶液冷却结晶的方法,对光滑旋转扭带自动清洗防垢能力进行考核性的模拟实验。实验结果表明:传热管中安装光滑旋转扭带后,清洗效果明显,管内壁结晶盐垢厚度降低了65%,总传热系数值比安装光滑旋转扭带前提高了一倍多。在第一残渣蒸发器设计中,采用自动清洗防垢能力加强型的旋转扭带技术。这种新型蒸发器具有提高产能、降低消耗、可以连续生产的优点。
刘萌[6]2011年在《新型双管程多室蒸发器的性能研究》文中研究表明蒸发是化工、制药、冶金及水处理等行业中重要的生产环节,也是能耗较大的单元操作,因此,开发新型蒸发设备、提高设备传热系数是节能降耗的有效措施之一。对于粘度随浓度变化较大的物料,在目前的工业蒸发操作中普遍存在传热系数低的问题,对此,河北工业大学张少峰等提出了一种新型多室双管程蒸发器。为了便于研究多室双管程蒸发器的操作和传热特性,本文将一个分离室利用隔离板分割成为两个分室,各分室分别采用串联双管程加热室操作的模式,以此构建了双室双管程蒸发器,并搭建了热模实验装置。通过配制不同比例的甘油-水溶液,在较宽的粘度范围内,对新型蒸发器的操作与传热性能进行了热态实验研究,详细考察了热通量及物料粘度等条件对双室双管程蒸发器性能的影响,并与传统单室单管程、双室单管程自然循环蒸发器进行了对比。结果表明,双室双管程蒸发器可以在较宽的粘度范围内实现稳定运行;平均传热系数随加热室热通量的增加而增加,随物料粘度的增加而降低;两个分室的传热系数随加热管1和加热管4热通量的增加而增大,分室传热系数的差值随加热管2和加热管3热通量的增加而增大;在相同热通量的情况下,平均传热系数按照单室单管程、双室单管程、双室双管程流程的顺序依次增高,在本实验所涉及的蒸发物料粘度范围内,双室双管程流程的平均传热系数较单室单管程流程提高15%～20%;通过对实验数据的回归分析,建立了双室双管程蒸发器平均传热系数的经验关联式,平均相对误差在18%以内。在本课题实验条件下,讨论了出料浓度与时间的关系,结果表明相比于单室操作,双室蒸发操作可以有效缩短蒸发时间,提高生产效率。
彭德其, 张宜文, 支校衡, 俞秀民[7]2006年在《齿带强化传热自然循环蒸发器的优化设计》文中指出以斜齿动力学理论为指导、以动力矩强化为目标结构设计的短管加热室,能够在低流速(0．6m/s左右)下实现加热管(Φ38mm×3mm×2000mm或Φ32mm×3mm×2000mm)的自动清洗防垢；传热系数得以成倍强化,循环母液的进出口温度提高值达到自然循环推动力要求的3℃以上,并且阻力在5kPa以下。以自然循环推动力强化为目标进行沸腾室结构设计,自然循环推动力可以达到10kPa以上,足以保证取消强制循环泵后加热室自动清洗防垢的自然循环推动力需要。因此,这种新型结构能够成功地解决蒸发器周期性停车清洗和循环泵高电耗两大问题,实现高产节能高效益。
俞秀民, 彭德其, 俞天兰, 刘跃平[8]2005年在《新型自然循环自动清洗式蒸发器及设计原理》文中研究表明以高效蒸发器为目标,旨在以自然循环替代高能耗的强制循环泵、以自动清洗取代加热面盐垢的周期性停车清洗.主要研究沸腾室内的不平衡汽化过程机理,提出动力温度的新概念,采用显热与汽化热转换平衡的研究方法,得到自然循环推动力的工程设计计算式,并且由此引出推动力强化的基本原则,进而获得中试的成功.还提出加热室必须采用能够低流速下自转清洗又高效传热强化的螺旋齿带,才能保障循环总阻力低于推动力.
刘跃平, 俞秀民, 彭德其, 俞天兰, 支校衡[9]2004年在《自然循环自动清洗式高产高效节能蒸发器的设计研究》文中提出研究设计的自然循环自动清洗式高产高效节能新型蒸发器 ,加热室内安装有自动清洗螺旋 ,循环总阻力能够降低到 1 1 0 0 0 Pa以下。沸腾室的特殊设计使循环母液能够在较大的深度处开始汽化 ,并且停留时间较长 ,比较充分地汽化 ,大幅度地降低出口动能损失 ,使自然循环的有效推动力高达 1 2 0 0 0 Pa以上 ,不仅省去高能耗的强制循环泵 ,而且能够使蒸汽消耗大幅度降低 ,蒸发能力提高 3 0 %以上。
彭德其, 刘桂英, 俞秀民, 金俊杰[10]2006年在《自转清洗式平带传热强化自然循环蒸发器的研究》文中研究表明为了解决传统蒸发器结垢需要频繁的停车清洗和强制循环泵高电耗两大难题,研究的新型蒸发器结构特点主要是加热室比较短、采用具有高效传热强化和较低流速下自转清洗功能的平带,沸腾室是大横截面的中心循环管,而且出口段截面为渐扩形。试验研究表明:这种平带的对流传热强化幅度可以达到92.3%,并且能够在传热管内流速大于0.35 m/s时开始自转;这种蒸发器能够为可靠自动清洗要求的自然循环设计流速0.70 m/s提供所需的推动力,并且对各种蒸发工艺条件具有良好的适应性。
参考文献：
[1]. 用于72%片碱生产的蒸发装置设计研究[D]. 姜伟. 南京工业大学. 2006
[2]. 自然循环蒸发器循环推动力及传热研究[D]. 廖吉林. 湘潭大学. 2001
[3]. 72%片碱生产中蒸发器循环推动力及传热的研究[J]. 姜伟, 李庆生. 氯碱工业. 2005
[4]. 自然循环蒸发器流体动力往复螺旋清洗技术研究[D]. 刘阳平. 湘潭大学. 2013
[5]. 自然循环蒸发器自动清洗与强化传热的研究及设计[D]. 李宗会. 湘潭大学. 2008
[6]. 新型双管程多室蒸发器的性能研究[D]. 刘萌. 河北工业大学. 2011
[7]. 齿带强化传热自然循环蒸发器的优化设计[J]. 彭德其, 张宜文, 支校衡, 俞秀民. 盐业与化工. 2006
[8]. 新型自然循环自动清洗式蒸发器及设计原理[J]. 俞秀民, 彭德其, 俞天兰, 刘跃平. 力学与实践. 2005
[9]. 自然循环自动清洗式高产高效节能蒸发器的设计研究[J]. 刘跃平, 俞秀民, 彭德其, 俞天兰, 支校衡. 化工装备技术. 2004
[10]. 自转清洗式平带传热强化自然循环蒸发器的研究[J]. 彭德其, 刘桂英, 俞秀民, 金俊杰. 热科学与技术. 2006