摘 要

金属废水是在化工生产过程中产生的含有残余金属成分的工业废水。当含重金属（铜、铬、镍、汞等）的废水直接排放时会对当地自然环境造成严重的污染。因此，对金属废水进行无害化、减量化技术研究实现资源回收再利用，具有节能环保、绿色健康的重要社会价值。在金属废水处理工艺中，环保节能型蒸发设备是其核心装置，而水平管蒸发器具有蒸发效率高、不易堵塞优点，本文根据硫酸铜金属废水的特性，设计了一套采用水平管蒸发器的双效蒸发系统，以满足实际工厂的废水处理要求。

本文所设计的蒸发系统用以处理年排放量为2万吨的含硫酸铜金属废水，在确定了蒸发流程以及工艺计算基础上完成了相应的结构设计，得到：该金属废水双效蒸发系统Ⅰ效蒸发强度q=25.97kg/m²·h，蒸发面积A=17.16㎡；Ⅱ效蒸发强度q=24.86.kg/m²·h，蒸发面积A=16.58㎡。水平管降膜蒸发器的蒸发室换热管采用的0Cr18Ni9钢管,管束采用正方形排列，管心距为48mm，按照气液流速控制确定了其主要的结构尺寸,并设计了相应的附属设备——含硫酸铜金属废水的进料预热器以及冷凝器。根据GB150-2011、 GB/T151-2014等标准提出设计、制造等技术要求，并对整套设备进行了经济核算，运用sw6软件对蒸发器进行强度校核。共完成6张A1图纸。

关键词：金属废水 水平管 蒸发器 双效蒸发

Design of Evaporator for Concentration of Two - effect Horizontal Pipe in Metal Wastewater

Abstract

Metal wasted water is discharged during the process of industrial production with residual metal wasted water, especially heavy metals (Cr, Ni, Hg) wasted water is discharged directly on the serious environmental pollution,this is harm to human health. Therefore, harmless conduction technique is studied for the metal waste recycling of resources, energy conservation and environmental protection green health an important social value.

Environmental protection energy-saving evaporation equipment is the core device, the structure design to carry out the process has a certain engineering value In this paper an annual handling capacity of 20000 tons (folded hundreds) containing metallic mercury wasted water evaporation system is designed and the evaporation process, the pipe type falling film evaporator structure size are determined: the tube type falling film evaporator evaporation intensity q=25.97kg/㎡, tube type falling film evaporator for evaporation area A=17.16㎡, evaporation chamber of the heat exchange pipes made by 0Cr18Ni9 steel pipe, tube with positive triangular arrangement, tube heart away from the 48mm, according to the gas-liquid flow control to determine the dimension of separation chamber, and design the ancillary equipment - metal mercury wasted water containing feed preheat . According to GB150-2011, GB/T151-2014 and other standards proposed design, manufacturing and other technical requirements, the use of SW6 software for the evaporator and feed preheat respectively, the strength calculation ,A total of 6 A1 drawings are Completed.

key words： Mercury containing metal waste water ; Evaporation; Falling film; Evapo

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

目录 Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2本次设计任务 2

第二章 工艺计算 3

2.1蒸发工艺选择 3

2.1.1金属废水特性及蒸发条件 3

2.1.2蒸发流程、蒸发器的选择 3

2.2 蒸发工艺计算 4

2.2.1蒸发水量和完成液浓度计算 4

2.2.2料液沸点和有效总温度差计算 4

2.2.3 蒸汽消耗量和蒸发水量的初步计算 6

2.2.4 蒸发器的传热面积计算 8

2.3 本章小结 9

第三章 结构设计 10

3.1蒸发器的选择以及主体结构设计 10

3.1.1 蒸发器加热管的管数确定 10

3.1.2壳体及其内部管束的设计 11

3.1.3 蒸发器管板的设计 12

3.1.4蒸发器封头的设计 12

3.1.5蒸发器法兰的设计 12

3.1.6蒸发器各类管径的设计 13

3.2预热器的结构设计 14

3.2.1 原始数据分析 14

3.2.2 预热面积计算 14

3.2.3 预热器主体结构设计 15

3.3 气液分离器的结构设计 16

3.4 蒸气冷凝器的结构设计 17

3.4.1 冷凝器主要类型及选择 17

3.4.2 冷却水量 17

3.4.3 冷凝器直径 17

3.5 蒸发器布液装置设计 18

3.5.1 确定水平主管和垂直主管管径 18

3.5.2 确定直列排管管径 18

3.5.3 孔间距 18

3.6 附属结构选型 18

3.6.1泵的选型 18

3.6.2支座的选型 18

3.7 本章小结 18

第四章 金属废水蒸发装置强度校核 19

4.1 蒸发器强度校核 19

4.1.1 壳体校核 19

4.1.2 封头校核 19

4.2 冷凝器的校核 20

4.2.1 筒体校核 20

4.2.2 封头校核 20

4.3 管板的校核 21

4.4 开孔补强的校核 21

4.5 本章小结 21

第五章 经济评价 22

5.1金属废水处理装置的投资估算 22

5.1.1单元设备价格估算 22

5.1.2总投资估算 22

5.2总成本费用估算与分析 23

5.2.1原材料 23

5.2.2外购燃料 23

5.2.3外购动力 23

5.2.4工资 23

5.2.5职工福利费 23

5.2.6固定资产折旧费 23

5.2.7修理费 24

5.2.8税金 25

5.2.9固定成本与变动成本 25

5.3盈利能力分析 25

5.4盈亏平衡分析 26

5.5本章小结 26

第六章 总结与展望 27

参考文献 28

致谢 30

附录 SW6校核计算说明书

第一章 绪论

1.1引言

在现有的蒸发工业中，根据内部液体的物理运动方式和装置的组成结构，将蒸发器分为两个大的种类,即采用升、降膜方式蒸发的的单程型和不采用膜蒸发技术的自然或者强制循环型。在循环型蒸发器中，料液在器体内部作往复运动，这种来回的流动方式变相地增加了换热面积，从而有效地加强了蒸发器的传热效果，且不易产生积垢。但此类蒸发器的缺点是短时间内加热室内滞料量大，不适于蒸发热敏性物料^[1]。

膜式蒸发器^[2]的主要工作原理是用成膜器将废液处理成膜，这种膜状的废液在蒸发室中仅需一次蒸发就能达到要求，以致提高了废液在蒸发处理过程的效率。依据金属废液在膜式蒸发器中物理流向的不一致，我们将其划成三类：升膜蒸发器；降膜蒸发器；升-降膜蒸发器。