单效降膜式蒸发器的设计

第45卷第7期 2009年7月

机 械 工 程 学 报

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.45 No.7 Jul. 2009

DOI：10.3901/JME.2009.07.284

基于分布参数模型的水平管式降膜蒸发器模拟

翟玉燕 黄兴华

(上海交通大学制冷与低温工程研究所 上海 200240)

摘要：建立水平管式降膜蒸发器蒸发换热的分布参数模型，考虑换热性能沿管子轴向、管排方向的变化，以及传热管发生干斑现象时对降膜蒸发的影响。对一降膜蒸发器的性能进行模拟分析，并考察管束布置、制冷剂液膜质量流量、管程布置以及满液位置对降膜蒸发器性能的影响。结果表明，计算结果和试验结果吻合良好，通过合理的设计管排方式和满液位置，可以减少或避免干斑现象的发生，提高降膜蒸发器性能。 关键词：降膜蒸发器　干斑　分布参数模型 中图分类号：TG156

Prediction of the Performance of Falling Film Evaporator with Horizontal

Tube Bundle Based on a Distributed Parameter Model

ZHAI Yuyan HUANG X

目 录

第一章 设计方案的确定............................................... 3

1.1 蒸发器的类型与选择 .......................................... 3 1.2 蒸发操作条件的确定 .......................................... 1

1.2.1 加热蒸汽压强的确定..................................... 1 1.2.2 冷凝器操作压强的确定................................... 2

第二章 蒸发工艺的设计计算........................................... 2

2.1 蒸发器的设计步骤 ............................................ 2 2.2 各效蒸发量和完成液浓度的估算 ................................ 2 2.3溶液沸点和有效温度差的确定................................... 3

2.3.1各效由于溶液的蒸汽压下

第45卷第7期 2009年7月

机 械 工 程 学 报

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.45 No.7 Jul. 2009

DOI：10.3901/JME.2009.07.284

基于分布参数模型的水平管式降膜蒸发器模拟

翟玉燕 黄兴华

(上海交通大学制冷与低温工程研究所 上海 200240)

摘要：建立水平管式降膜蒸发器蒸发换热的分布参数模型，考虑换热性能沿管子轴向、管排方向的变化，以及传热管发生干斑现象时对降膜蒸发的影响。对一降膜蒸发器的性能进行模拟分析，并考察管束布置、制冷剂液膜质量流量、管程布置以及满液位置对降膜蒸发器性能的影响。结果表明，计算结果和试验结果吻合良好，通过合理的设计管排方式和满液位置，可以减少或避免干斑现象的发生，提高降膜蒸发器性能。 关键词：降膜蒸发器　干斑　分布参数模型 中图分类号：TG156

Prediction of the Performance of Falling Film Evaporator with Horizontal

Tube Bundle Based on a Distributed Parameter Model

ZHAI Yuyan HUANG X

套管式蒸发器的设计

1. 套管式蒸发器的设计

1.1. 设计参数

根据上面确定的设计条件，以及热泵热水机的试验工况[17]，可知，套管式蒸发器设计的相关参数，如表4.1所示。

1.2. 设计热力计算 1.2.1. 热源水流量的计算

采用名义制热量及进出口５℃温差确定的水流量，由文献[17]可知，热泵热水机的试验工况。根据水的定性温度tm

t1 t220 15

17.5oC，由文献[16]查得，水的密度为22

=998.58kg/m3 ，水的比热容为cp=4.185kJ/(kg·K)。于是，热源水的流量。

体积流量

qv

质量流量

Qo19.24 0.00093m3/s （4.1）

cp t1998.58 4.185 20 15qm 0.00093 999.58 0.926kg/s （4.2）

1.2.2. 传热平均温差的计算

由上面的设计参数，可知，蒸发器中流体的温度变化如图4.1所示。

套管式蒸发器的设计

图4.1 蒸发器中流体的温度变化

由文献[20]可知，对数平均温度计算公式为

tlm

Vtmax Vtmin

lnmax

Vtmin

（4.3）

式中 Vtmax—进出口温差大者，℃；

Vtmi

套管式蒸发器的设计

1. 套管式蒸发器的设计

1.1. 设计参数

根据上面确定的设计条件，以及热泵热水机的试验工况[17]，可知，套管式蒸发器设计的相关参数，如表4.1所示。

1.2. 设计热力计算 1.2.1. 热源水流量的计算

采用名义制热量及进出口５℃温差确定的水流量，由文献[17]可知，热泵热水机的试验工况。根据水的定性温度tm

t1 t220 15

17.5oC，由文献[16]查得，水的密度为22

=998.58kg/m3 ，水的比热容为cp=4.185kJ/(kg·K)。于是，热源水的流量。

体积流量

qv

质量流量

Qo19.24 0.00093m3/s （4.1）

cp t1998.58 4.185 20 15qm 0.00093 999.58 0.926kg/s （4.2）

1.2.2. 传热平均温差的计算

由上面的设计参数，可知，蒸发器中流体的温度变化如图4.1所示。

套管式蒸发器的设计

图4.1 蒸发器中流体的温度变化

由文献[20]可知，对数平均温度计算公式为

tlm

Vtmax Vtmin

lnmax

Vtmin

（4.3）

式中 Vtmax—进出口温差大者，℃；

Vtmi

mvr蒸发器设计软件介绍

蒸发器设计平台------GESMDP5.0

MVR蒸发器设计软件（GESMDP5.0），是一款用于蒸发器系统快速、准确计算的软件。

产生背景

由于近几年国内环保事业发展迅速，尤其是对水处理的系统需求越来越多，蒸发系统在国内的需求日益增多，但是这个行业的技术水平还较低，各制造商的技术能力还良莠不齐。很多设计人员还是靠估算，设计出来的产品达不到要求，这就需要一款先进的、准确的设计软件来提高行业的设计能力。

发展历程

本软件自2010年编制以来，耗时5年，通过调查蒸发器实际运行、参入实战、实际验证、引进国外计算方法、录入数据库等逐步完善，到今天已经能够满足各种蒸发系统的设计任务。

主要功能

GESMDP5.0蒸发器设计平台软件，是由北京春景辉节能环保科技有限公司自主开发的具有自主知识产权的软件，具有国际领先水平。本软件囊括了MVR蒸发器设计、压缩机计算、各种蒸发器传热系数计算、MVR蒸发器分离器优化设计、除雾器设计、多效蒸发器设计、真空系统设计、连续结晶器设计、OSLO结晶器设计、DTB结晶器设计、蒸汽洗涤塔设计、除气塔设计、GES脱水干燥机设计、离心泵、强制循环泵的流量和扬程计算、保温设计、容器强度校核、钢结构强度校核、支耳设计、资料

食品工程原理课程设计说明书 设计题目: 姓名: 班级: 学号: 指导教师: 日期: 任务书

设计任务及操作条件

含固形物16%(质量分率,下同的鲜牛乳,拟经双效真空蒸发装置进行浓缩,要求成品浓度为49%,原料液温度为第一效沸点(60℃,加热蒸汽压力为450kPa(表,冷凝器真空度为94kPa,日处理量为15吨/天,日工作时间为8小时,试设计该蒸发过程。

假定采用中央循环管式蒸发器,双效并流进料,效间流动温差损失设为1K,第一效采用自然循环,传热系数为900w/( m2·k,第二效采用强制循环,传热系数为1800w/( m2·k,各效蒸发器中料液液面均为1m,各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出,并假设各效传热面积相等,忽略热损失。

目录

1蒸发工艺设计计算--------------------------------------------------------1 1?1蒸浓液浓度计算--------------------------------------------------------1 1?2溶液沸点和有效温度差的确定--------------------------------------------1 1?2?1各效由

层叠式蒸发器通用技术标准

1 主题内容与适用范围

本标准规定了层叠式蒸发器芯体总成的技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输与贮存的要求。

本标准适用于层叠式蒸发器芯体总成（以下简称芯体）的制造、测试和检验。 2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。当这些文件被修订时，其最新版本将自动适用于本标准。 GB10125 人造气氛中的腐蚀试验 盐雾试验 3 结构

芯体采用全铝层叠式结构。

芯体由散热板、翅片、进出口管等组成。 4 技术要求 4.1 外观和尺寸

芯体的外观和尺寸应符合图纸的要求。除图纸要求外，零件的外观应遵守良好的商品惯例。

芯体翅片焊合率应大于98%；翅片倒伏不允许超过2处，且每处不能大于1cm2；不允许存在表面碰伤、擦伤等有损外观的缺陷。 经检验合格的产品才能使用。更新制造模具和设备时，应认可后方可使用。

4.2主要零件材料要求

材料应符合图纸及有关技术条件的要求。每批材料进厂必须按其技术条件或相关标准进行性能检验，合格后方可入库提供制造使用。凡采用新材料或代用材料，应通过试验鉴定并办理认可手续。 4.3性能 4.3.1换热量

芯体的换热量应满足图纸要

干式和满液式蒸发器的优缺点

满液式壳管蒸发器在管内走水，制冷剂在管簇外面蒸发，所以传热面基本上都与液体制冷剂接触。一般壳体内充注的制冷剂量约为筒体有效容积的55%~65%，制冷剂液体吸热气化后经筒体顶部的液体分离器，回入压缩机。

其优点是结构紧凑，操作管理方便，传热系数较高。其缺点是：

①制冷系统蒸发温度低于0℃时，管内水易冻结，破坏蒸发管；

②制冷剂充灌量大；

③受制冷剂液柱高度影响，筒体底部的蒸发温度偏高，会减小传热温差；

④蒸发器筒体下部会积油，必须有可靠的回油措施，否则影响系统的安全运行。

干式壳管式即非满液式蒸发器的制冷剂在管内流动，水在管簇外流动。制冷剂流动通常有几个流程，由于制冷剂液体的逐渐气化，通常越向上，其流程管数越多。为了增加水侧换热，在筒体传热管的外侧设有若干个折流板，使水多次横掠管簇流动。

其优点是：

①润滑油随制冷剂进入压缩机，一般不存在积油问题

②充灌的制冷剂少，一般只有满液式的1/3 左右；

③t0在0℃附近时，水不会冻结。

但使用这种蒸发器必须注意：

①制冷剂有多个流程，在端盖转弯处如处理不好会产生积液，从而使

进入下一个流程的液体分配不均匀，影响传热效果；

②水侧存在泄漏问题，由于折流板外缘与壳体间一般有1~3mm间隙，与传热管之间有2m

毕业设计（论文）

题目名称：50kW壳管式干式蒸发器设计

学院名称：能源与环境学院 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师：

2014年5月

50kW壳管式干式蒸发器设计

论文编号：201001124130

50kW tubular DX evaporator design

学院名称：能源与环境学院 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师：

2014年5月

中原工学院能源与环境学院毕业论文（设计）

摘 要

换热器是化工生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间传递热量的设备，其中壳管式换热器应用最为广泛。

本设计为壳管式干式蒸发器的设计，换热器类型选择为U型管式换热器。U型管式换热器仅有一个管板，两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，结构比较简单、价格便宜，适用于管、壳壁温差较大或者壳程介质易结垢需要清洗又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性强的物料。U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结