论文总字数：23459字

摘 要

在海水淡化产业不断扩大的今天，低温多效淡化技术凭借高传热效率等优势，快速发展。水平管降膜蒸发器因传热效果好、蒸汽和水的消耗小、处理量大等优势，常用做低温多效蒸发系统的蒸发器。

本文设计了一套日产水180吨的三效顺流水平管降膜蒸发装置，装置中用前一效蒸发产出的水蒸气作为后一效的热源，以减少加热蒸汽用量从而减低成本。在查阅关于多效蒸发装置发展历史等基础上，根据GB/T151-2014《热交换器》等标准要求完成蒸发器的工艺计算、结构设计和强度校核。采用等换热面积法对三效降膜蒸发器进行的传热面积计算，得到F=120m²。在结构设计部分，对水平管降膜蒸发器进行了一个M型液体均匀布液器设计，使得液体分布更加均匀。运用 CAD 软件绘制了工艺流程图、设备装配图及主要结构零部件图等。最后从低温多效海水淡化装置的设备材料、制造加工成本等方面来估算出此设备的制水成本，并与居民的每月综合用水成本进行对比，进而完成产品经济评价。

关键词： 水平管降膜蒸发器 工艺设计 结构设计 M型均匀布液器

Abstract

With the continuous expansion of the seawater desalination industry, low-temperature multi-effect desalination technology has developed rapidly with its advantages of high heat transfer efficiency. Horizontal tube falling film evaporators are commonly used as evaporators for low-temperature multi-effect evaporation systems due to their advantages of good heat transfer effect, low steam and water consumption, and large processing capacity.

A three-effect down-flow horizontal tube falling film evaporation device with a daily output of 180 tons of water is designed,in this paper. The device uses the water vapor produced by the previous effect as the heat source of the latter effect to reduce the heating steam consumption and reduce the cost. On the basis of consulting about the development history of multi-effect evaporator, etc., according to the requirements of GB/T151-2014 "Heat Exchanger" and other standards, the process calculation, structural design and strength check of the evaporator are completed. The heat transfer area of the three-effect falling film evaporator was calculated by the equal heat exchange area method, and F=120m2 was obtained. In the structural design part, an M-type liquid uniform liquid distributor is designed for the horizontal tube falling film evaporator, which makes the liquid distribution more uniform. Using CAD software, the process flow chart, equipment assembly drawings and main structural parts drawings were drawn. Finally, the equipment cost and manufacturing cost of the low-temperature multi-effect seawater desalination device are estimated, and the water production cost of this equipment is estimated, and compared with the monthly comprehensive water cost of the residents to complete the economic evaluation of the product.

KEY WORDS：Horizontal-tube falling film evaporation；Process design; Uniform liquid distributor;

目录

摘 要 I

Abstract i

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外海水淡化技术的发展现状 1

1.3主要海水淡化技术介绍 2

1.3.1多级闪蒸 2

1.3.2多效蒸发技术 2

1.4 低温多效海水淡化技术 3

1.4.1 国内外技术应用 3

1.4.2研究进展 3

1.5 本文设计内容 4

第二章 低温多效蒸发装置工艺设计 5

2.1引言 5

2.2工艺流程设计 5

2.3蒸发器参数选定 5

2.3.1效数选择 5

2.3.2流程选择 6

2.3.3蒸发装置的顶温 6

2.4三效海水淡化蒸发的工艺计算 6

2.4.1 基本参数确定 6

2.4.2蒸发水量的计算 6

2.4.3各效压强的计算 7

2.4.4加热蒸汽消耗量计算 7

2.4.5 有效温度差的分配 9

2.4.6换热面积计算 10

2.5水平管降膜蒸发器工艺设计 11

2.5.1 热量衡算 11

2.5.2物料衡算 11

2.5.3计算传热面积 11

2.5.4换热管排布 12

2.5.5接管内径 12

2.5.6传热系数计算 12

2.5.7压降校核 14

2.5.8传热面积校核 14

2.6 冷凝器的工艺设计 15

2.7本章小结 17

第三章 蒸发器和冷凝器结构 19

3.1引言 19

3.2筒体设计 19

3.2.1筒体直径确定 19

3.2.2筒体壁厚设计 19

3.3 封头设计 19

3.4 接管设计 20

3.5法兰选型 20

3.5.1管箱法兰 20

3.6管板 21

3.6.1管板材料 21

3.6.2结构选型 21

3.7均匀布液器 22

3.7.1均匀布液的重要性 22

3.7.2布液喷头的选择 22

3.7.3 液体均匀布液结构 23

3.8 换热管设计 24

3.8.1材料选型及结构尺寸 24

3.8.2排布方式 24

3.9 换热管与管板连接形式 25

3.10鞍座 26

3.10.1支座工作载荷计算 26

3.10.2鞍座选型 26

3.11本章小结 27

第四章 强度计算 29

4.1 引言 29

4.2 设计参数 29

4.3筒体强度计算 29

4.3.1筒体厚度校核 29

4.4 封头强度校核 30

4.4.1 封头强度校核 30

4.4.2 压力试验应力校核 30

4.5 法兰强度校核 31

4.5.1 法兰螺栓强度计算 31

4.5.2法兰强度校核 32

4.6管板强度校核 33

4.6.1管板厚度校核 33

4.6.2管板应力校核 33

4.7开孔补强校核 34

4.8 本章小结 35

第五章 经济评价 37

5.1海水淡化成本计算 37

5.1.1设备成本计算 37

5.2海水淡化利润估算 37

5.2.1居民生活用水成本分析 37

5.2.2 海水淡化利润核算 38

5.3 海水淡化环保处理 38

5.4 降低成本的措施 38

第六章 总结与展望 39

6.1总结 39

6.2展望 39

参考文献 41

第一章 绪论

1.1研究背景

淡水一直扮演一种不可或缺的部分，随着人口的不断上升以及工、农业的快速壮大，未来对水资源的需求将日趋增大。如图1-1地球水资源分布状况所示，人类可以直接使用的淡水资源十分有限^[1]。20世纪曾经是石油危机，但在21世纪，水将会如同石油一样宝贵。淡水资源的开发将会是社会发展快速发展的一个推进器。

图1-1 水资源分布情况

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