化工原理課程設(shè)計說明書NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計

1、設(shè)計題目：naoh水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計設(shè)計者：設(shè)計日期： 年 月 日審核：2009級化工單元操作課程設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計題目naoh水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計二、 設(shè)計任務(wù)及操作條件1.處理能力 3.96104噸/年naoh水溶液2.設(shè)備形式 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器3.操作條件(1) naoh水溶液的原料液濃度為5%。完成液濃度為25%，原料液溫度為第一效沸點溫度，原料液比熱為3.7kj(kg)，各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度為：1=1014kg/m3，2=1060 kg/m3，3=1239 kg/m3；(2)加熱蒸氣壓強(qiáng)為500kpa（絕壓），冷凝器壓強(qiáng)為15 kpa（絕壓）：(3

2、)各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：1=1500/(m2)，2=1000/(m2)，3=600/(m2)；（4）各效蒸發(fā)器中頁面的高度：1.5m；（5）各效加熱蒸氣的冷凝液均在飽和溫度下下排出，假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失；（6）每年按330天計算，每天24小時運行。三、 設(shè)計項目（1）設(shè)計方案簡單，對確定的工藝流程及蒸發(fā)器形式進(jìn)行簡要論述；（2）蒸發(fā)器的工藝計算，確定蒸發(fā)器的傳熱面積；（3）蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計；（4）繪制naoh水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的流程及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖；（5）對本設(shè)計的評述1目錄（一）蒸發(fā)器的形式、流程、效數(shù)論證.（二）工藝計算.（三）蒸發(fā)器主要工藝尺寸的設(shè)計計

3、算.（四）設(shè)計感想.（五）設(shè)計圖紙.2（一）蒸發(fā)器的形式、流程、效數(shù)論證1.蒸發(fā)器的形式：中央循環(huán)管式2蒸發(fā)器的流程：三效并流加料3.效數(shù)論證：在工業(yè)中常用的加熱方式有直接加熱和間接加熱。直接加熱的優(yōu)勢是傳熱速率高，金屬消耗量小。劣勢是應(yīng)用范圍受到被蒸發(fā)物料和蒸發(fā)要求的限制；間接加熱是熱量通過間壁式換熱設(shè)備傳給被蒸發(fā)溶液而使溶液氣化。一般工業(yè)蒸發(fā)多采用這類。間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型兩大類，循環(huán)型分為中央循環(huán)管式、懸掛筐式、外加熱式、列文式及強(qiáng)制循環(huán)式；單程型有升膜式、降膜式、升降模式及刮板式。本次選用循環(huán)性的中央循環(huán)管式，因為此循環(huán)管結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、操作可靠、投資費用較少等優(yōu)點。蒸

4、發(fā)器的類型一般有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，單效蒸發(fā)是蒸發(fā)裝置中只有一個蒸發(fā)器，蒸發(fā)時產(chǎn)生的二次蒸汽直接進(jìn)入冷凝器不再利用；多效蒸發(fā)器是將幾個蒸發(fā)器串聯(lián)操作，使蒸汽的熱能得到多次利用，蒸發(fā)器的串聯(lián)個數(shù)稱謂效數(shù)。多效蒸發(fā)器的效數(shù)受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的限制。對于電解質(zhì)溶液采用2-3個效數(shù)，對于非電解質(zhì)可采用4-6個。根據(jù)情況本次采用多效蒸發(fā)器中的三效蒸發(fā)器。1多效蒸發(fā)器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和錯流加料。并流加料的優(yōu)點如下溶液從壓強(qiáng)和溫度高的蒸發(fā)器流向壓強(qiáng)和溫度低的蒸發(fā)器，溶液可依靠效間的壓差流動而不需泵送溶液進(jìn)入溫度和壓強(qiáng)較低的下一效時處于過熱狀態(tài)，因而會產(chǎn)生額外的氣化，得到較多的二次蒸汽。完

5、成液在末效排出，其溫度最低，故總的熱量消耗較低。缺點是：由于各效中溶液的濃度依次增高，而溫度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加熱室的傳熱系數(shù)依次下降，這將導(dǎo)致整個蒸發(fā)裝置生產(chǎn)能力的下降或傳熱面積的增加。由此可見并流加料流程只適用于黏度不大的料液的蒸發(fā)。逆流加料優(yōu)點是：溶液濃度在各效中依次增高的同時，溫度也隨之增高，因而各效內(nèi)溶液的黏度變化不大，這種流程適用于粘度隨濃度和溫度變化較大的溶液蒸發(fā)。缺點有：溶液在效間是從低壓流向高壓的，因而必須用泵輸送。溶液在效間是從低溫流向高溫，每一效的進(jìn)料相對而言均為冷液，沒有自蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽量少于并流流程。完成液在第一效排出，其溫度較高，帶走熱量較多

6、而且不利于熱敏性料液的蒸發(fā)。2分流加料其特點是溶液不在效間流動。適用于蒸發(fā)過程中有結(jié)晶析出的情況，或要求得到不同濃度溶液的場合。錯流加料流程中采用 部分并流加料和部分逆流加料，以利用逆流合并流流程各自的優(yōu)點。一般在末效采用并流，但操作比較復(fù)雜。綜上所述，本次選用并流加料流程3（二）工藝設(shè)計1.估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度 總蒸發(fā)量： 3.96104噸/年=3.9610433024=5000kg/h(1-)5000（1-）4000kg/h因并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸汽引出，可設(shè)1: 2: 31.0:1.1:1.21233.31解得 11212 kg/h212121.11333kg/h312121.2

7、1454kg/h0.0660.1020.252.估算各效溶液的沸點和有效溫度差 設(shè)各效間壓強(qiáng)降相等，則總壓強(qiáng)為： 500-15485 kpa 各效間的平均壓強(qiáng)差為 161 kpa由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)，從書中查的相應(yīng)的二次蒸汽溫度和比汽化焓列于下表中：4 效數(shù)參數(shù)123二次蒸汽壓強(qiáng)，kpa33917815二次蒸汽溫度，（即下一效加熱蒸汽溫度）137.6116.253.5二次蒸汽的比汽化焓，kj/kg(即下一效加熱蒸汽的比汽化焓)215522152370(1) 各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失根據(jù)各效的二次蒸汽溫度（亦即相同壓強(qiáng)下水的沸點）和各效完成液的濃度，由naoh水溶液的杜林線圖查

8、的各效溶液的沸點分別為: 138.5 123.1 65.3 則各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失為 -138.5-137.60.9 -123.1-116.26.9 -65.3-53.511.8 所以 0.96.911.819.5(2) 各效由于溶液靜壓強(qiáng)所引起的溫度差損失根據(jù) 得5339103346103pa346kpa178103186103 pa186kpa1510324103 pa24kpa根據(jù)各效溶液的平均壓強(qiáng)，由書中查得對應(yīng)的飽和溫度為：138.3 117.6 65.0從而得-138.3-137.60.7-117.6-116.21.4-65.0-53.511.5所以0.71.

9、411.513.6（3）由于流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失 根據(jù)經(jīng)驗取 1 所以 3（4）各效溶液的沸點和有效總溫度差 溶液的沸點 137.60.90.71140.2116.26.91.41125.553.111.811.5177.3有效總溫度差 （151.7-53.5）-（19.513.63）62.163.加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算 第一效的焓衡量式為： 因沸點進(jìn)料，故 0.98-0.7（-）0.98-0.7（0.066-0.05）0.968880.968880.9499 （a）第二效的焓衡量式為：0.98-0.7（-）0.98-0.7（0.102-0.066）0.9548

10、查表得 4.282 kj/(kg)0.9548 0.9018117.20.8566117.2 （b）7第三效的焓衡量式為：0.98-0.7（-） 0.98-0.7（0.25-0.102）0.8764查表得4.245kj/(kg)0.8764 0.8764（0.9346376.3-0.0871-0.0863） 0.7435329.8-0.07630.7435（0.8566117.2）329.8-0.07630.94990.5644416.9 （c）4000 （d）聯(lián)立（a）、（b）、（c）、（d）式，解得1462kg/h1389kg/h1369kg/h1242kg/h4.估算蒸發(fā)器的傳熱面積 8

11、146221133089206138921552993295136922153032335151.7-140.211.5137.6-125.512.1116.2-77,338.949.7568.7236.08誤差估算 所以需調(diào)整各效的有效溫度差 5.重新分配各效的有效溫差 44.929即12.7418.5231.246.重復(fù)上述計算步驟（1）由所求得的各效蒸汽量。求各效溶液的濃度。他們分別為： 0.0690.112（2）計算各效溶液沸點 因末效完成液濃度和二次蒸汽壓強(qiáng)不變，各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的沸點不變。則第三效加熱蒸汽溫度（即第二效二次蒸汽溫度）為： 77.3+31.24=1

12、08.5由第二效的二次蒸汽溫度及查杜林線圖得第二效溶液的，且由于靜壓強(qiáng)引起的溫差損失及由于流體阻力引起的溫差損失可視為不變，故第二效溶液的沸點為： 115.4+1.4+1=117.810同理 125.5+18.52=144.0由、查杜林線圖得第一效溶液的 137.5+0.7+1=139.2溫差重新分配后各效溫度情況如下： 效數(shù)參數(shù)123加熱蒸汽溫度，151.9136.3108.5溫度差，12.718.531.2溶液沸點，139.2117.877.3蒸汽的比汽化焓，kj/kg211321592236比熱容，kj(kg)4.3184.279（3）各效的焓恒算，kj(kg)0.98-0.7（-） 0

13、.98-0.7（0.069-0.05）=0.96670.9667=0.9667 （a）0.98-0.7（-） 0.98-0.7（0.112-0.069）=0.9499110.94990.9499（0.9787+183.4-0.0428）0.8890+174.20.8594+174.2 （b）0.98-0.7（-） 0.98-0.7（0.25-0.112）=0.88340.8834 0.8834（0.9656+335.1-0.0782-0.0775） 0.9947+296.0-0.06910.5735+489.8 （c）4000 （d）12聯(lián)立（a）、（b）、（c）、（d）得 1390kg/h1

14、344kg/h1369kg/h1287kg/h（4）計算蒸發(fā)器的傳熱面積139021132937070134421132839872136921592955671151.7-139.212.518.531.243.542.643.9誤差估算 13誤差結(jié)果合理 7計算結(jié)果列表 效數(shù)參數(shù)123冷凝器加熱蒸汽溫度，151.9136.3108.553.5操作壓強(qiáng)，kpa503.23325.68136.5715溶液沸點，139.2117.877.3完成液濃度，%6911225蒸發(fā)水量，kg/h134413691287生蒸汽量，kg/h1390傳熱面積，43.542.643.914（三）蒸發(fā)器主要工藝尺寸

15、的設(shè)計計算1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計選用d0=mm規(guī)格的無縫鋼管，長度為 l=2m估算管子數(shù) 2循環(huán)管的選擇 內(nèi)徑的計算公式 整理得 因為和相差不大，所以統(tǒng)一用一種規(guī)格的循環(huán)管。 m3加熱室直徑和加熱管數(shù)目的確定（1）管心距離： mm（2）計算管數(shù)中心線上管數(shù)正三角形：（為奇數(shù)） 15（3）初估加熱室內(nèi)徑 （） m（4）作圖，見第2張草圖4分離室直徑與高度的確定分離室體積的計算公式 （m3/（m3s）m3m3m3因為體積最大，所以選擇2.394m3由體積確定直徑 取解得 h=1.45md=1.45m 165接管尺寸的確定 流體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑計算公式 蒸發(fā)器的主要接管有溶液進(jìn)出口、冷凝水進(jìn)

16、出口、加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口（1） 溶液進(jìn)口第一效5% naoh密度為1054 kg/m0.00132m3/sm第二效0.001m3/sm第三效0.0006m3/sm因為第一效管子最大，所以選擇0.024m（2）溶液的出口第一效0.021m3/sm17第二效0.0006m3/sm第三效0.000224m3/sm因為第一效管子最大，所以選擇0.0206m（3）冷凝水進(jìn)出口第一效 0.000386m3/s m 第二效0.000373m3/sm第三效0.000380m3/sm因為第一效管子最大，所以選擇0.0181m18（4）加熱蒸汽進(jìn)口第一效 0.145m3/s m 第二效0.144m3/sm第三效0.214m3/