強(qiáng)烈推薦】NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)_化工原理畢業(yè)論文

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。㎞aOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)單位:設(shè)計(jì)者：設(shè)計(jì)日期:i設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1. 處理能力2.5X 104噸年NaOH水溶液2. 設(shè)備形式蒸發(fā)器3. 操作條件a. NaOH水溶液的原料液濃度為 10%(wt)，溫度為35C, 用預(yù)熱器加熱至第一效沸點(diǎn)溫度，再送進(jìn)蒸發(fā)器；完成液濃度 為 40%(wt)。b. 加熱蒸汽壓強(qiáng)為 500kPa (絕壓)，末效為真空，壓力為 15.5kPa (絕壓)。c. 各效傳熱系數(shù)分別為：K仁3000 W(m2 C )2K2=1500 W(m C

2、 )2K3= 750W(m C )d. 各效蒸發(fā)器中的液面高度：1.5-2.5m。e. 各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。假設(shè)各效傳熱面 積相等，并忽略熱損失。f. 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。設(shè)計(jì)項(xiàng)目1設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及蒸發(fā)器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。2蒸發(fā)器的工藝計(jì)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(jì)。4主要輔助設(shè)備選型，包括預(yù)熱器、汽液分離器及蒸汽冷凝器。5繪制NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器總 裝配圖。目錄1. 概述 11.1 蒸發(fā)操作的特點(diǎn) 11.2 蒸發(fā)設(shè)備及蒸發(fā)器 51.3 三效蒸發(fā)工藝流程 102. 工藝計(jì)算及主體結(jié)構(gòu)計(jì)

3、算 112.1三效蒸發(fā)工藝計(jì)算 112.1.1 三效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)流程 112.1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 132.2蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)計(jì)算 233. 蒸發(fā)裝置輔助設(shè)備選型 304. 探索使用Aspen Plus設(shè)計(jì)蒸發(fā)器方法 335. 后記 3531、概述1.1蒸發(fā)操作的特點(diǎn)蒸發(fā)是將非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液加熱沸騰，使溶劑氣話，溶液濃縮得 到濃溶液的過程。1.1.1蒸發(fā)的基本流程蒸發(fā)過程的兩個(gè)必要組成部分是加熱溶劑使水蒸氣汽化和不斷除去 汽化的水蒸氣，前一部分在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行，后一部分在冷凝器完成。蒸發(fā) 器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)換熱器，由加熱室和分離室兩部分組成，加熱室通常用飽 和水蒸氣加熱，從溶液中蒸發(fā)出來的水蒸氣在分離室

4、分離后從蒸發(fā)器引出, 為了防止液滴隨蒸汽帶出，一般在蒸發(fā)器頂部設(shè)有氣液分離用的除沫裝置 從蒸發(fā)器蒸出的蒸汽稱為二次蒸汽，在多效蒸發(fā)中，二次蒸汽用于下一效 的物料加熱。冷卻水從冷凝器頂加入，與上升的蒸汽接觸，將它冷凝成水 從下部排出，不凝氣體從頂部排出。通常不凝氣體來源有兩個(gè)方面，料液 中溶解的空氣和系統(tǒng)減壓操作時(shí)從周圍環(huán)境中漏入的空氣。料液在蒸發(fā)器中蒸濃達(dá)到要求后稱為完成液，從蒸發(fā)器底部放出，是 蒸發(fā)操作的產(chǎn)品。1.1.2蒸發(fā)的操作方法根據(jù)各種物料的特性和工藝要求，蒸發(fā)過程可以采用不同的操作條件 和方法。常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)根據(jù)操作壓力不同，蒸發(fā)過程可以分為常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)，常壓蒸 發(fā)是指冷凝

5、器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力為大氣壓或略高于大氣壓，此時(shí) 系統(tǒng)中的不凝氣依靠本身的壓力從冷凝器排出。減壓蒸發(fā)冷凝器和蒸發(fā)器 溶液側(cè)的操作壓力低于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝氣需用真空泵抽出。減壓蒸發(fā)較常壓蒸發(fā)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 在加熱蒸汽壓強(qiáng)相同的情況下，減壓蒸發(fā)時(shí)溶液的沸點(diǎn)低，傳 熱溫差可以增大，當(dāng)傳熱量一定時(shí)，蒸發(fā)器的傳熱面積可以相應(yīng)地減??； 可以蒸發(fā)不耐高溫的溶液； 可以利用低壓蒸汽或廢氣作為加熱劑； 操作溫度低，損失于外界的熱量也相應(yīng)地減小。但是，減壓蒸發(fā)也有一定的缺點(diǎn)，這主要是由于溶液沸點(diǎn)降低，黏度 增大，導(dǎo)致總的傳熱系數(shù)下降，同時(shí)還要有減壓裝置。單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)根據(jù)二次蒸汽是否用來作為另一

6、蒸發(fā)器的加熱蒸汽，蒸發(fā)過程分為單 效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)中加熱蒸汽在冷凝器中用水冷卻排出。多效 蒸發(fā)中，第一個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，第 二個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，以此類推，串 聯(lián)蒸發(fā)器的個(gè)數(shù)稱為效數(shù)。多效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性多效蒸發(fā)時(shí)，除末效外，各效的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的 加熱蒸汽加以利用，因而和單效相比，相同的生蒸汽量 D可蒸發(fā)更多的水 量W亦即提高了生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性 WD如前所述，在若干假定條件下，單 效時(shí)的WD勺為1。同理，雙效時(shí)約為2,三效時(shí)約為3,等等?？紤]實(shí)際 情況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不同效數(shù)時(shí)生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性大致如下表：表1-1生蒸汽經(jīng)

7、濟(jì)性WD勺經(jīng)驗(yàn)值效數(shù)單效雙效三效四效五效WD0.911.752.53.333.70正由于多效蒸發(fā)時(shí)生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性較高，所以在蒸發(fā)大量水分時(shí)廣泛采用多效蒸發(fā)。但上表也說明，當(dāng)效數(shù)增加時(shí)，WDS雖然增加，但并不和效數(shù)成正比。多效蒸發(fā)的代價(jià)首先，多效蒸發(fā)時(shí)需要多個(gè)蒸發(fā)器，為便于制造和維修，各蒸發(fā)器的 傳熱面積常相同，此時(shí)，多效蒸發(fā)的設(shè)備費(fèi)近似和效數(shù)成正比。因此，多 效蒸發(fā)時(shí)生蒸汽經(jīng)濟(jì)性的提高是以設(shè)備費(fèi)為代價(jià)的。其次，當(dāng)生蒸汽的壓力（溫度）和冷凝器的壓力（溫度）給定時(shí)，不論單效或多效蒸發(fā)，其理論傳熱溫度差均為 tr=T- T 。這里，T和T 分別為加熱蒸汽和冷凝器處二次蒸汽的溫度。換句話說，理論傳熱溫

8、差與 效數(shù)無關(guān)，多效蒸發(fā)只是將上述傳熱溫度差按某種規(guī)律分配至各效。而且,多效蒸發(fā)的每一效都存在沸點(diǎn)上升或傳熱溫度差損失，因而各效有效傳熱 溫度差之和一一總有效傳熱溫度差必然小于單效時(shí)的有效傳熱溫度差，結(jié) 果導(dǎo)致多效時(shí)的生產(chǎn)能力小于單效。間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)間歇蒸發(fā)有兩種操作方法： 一次進(jìn)料，一次出料 連續(xù)進(jìn)料，一次出料工業(yè)上大規(guī)模的生產(chǎn)過程通常采用的是連續(xù)蒸發(fā)。1.1.3蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度與蒸汽的經(jīng)濟(jì)性（一）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與生產(chǎn)強(qiáng)度1、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力可用單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量來表示。由于蒸發(fā)水分量取決于傳熱量的大小，因此其生產(chǎn)能力也可表示為4、一蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力， kg Plu

9、s設(shè)計(jì)蒸發(fā)器方法設(shè)計(jì)思路：在Aspen Plus中，閃蒸器模型可以達(dá)到氣液分離的效果， 所以考慮使用FLASH2模型模擬三效蒸發(fā)器。根據(jù)已知條件，很容易確 定進(jìn)料流量，進(jìn)料壓強(qiáng)和蒸出量 W，由于是沸點(diǎn)進(jìn)料，所以進(jìn)料物流條 件容易確定，F(xiàn)LASH2模塊的限制條件選擇壓強(qiáng)和氣相分?jǐn)?shù)，且氣相分 數(shù)的數(shù)值應(yīng)為蒸出率。根據(jù)以上思路，建立模型如下：BHMB0|_步驟實(shí)施:1輸入組份，水、氫氧化鈉，通過電解質(zhì)向?qū)Т_定電離反應(yīng)以及粒 子相互作用關(guān)系；確定計(jì)算模型，由于有電解質(zhì)的存在，所以我選擇的 計(jì)算模型是ENRTL-RK 。2、建立如上的流程圖。3、輸入進(jìn)料物流。Flash Type:Temperature

10、PressurEState variablftsTemperature140,2cVPressure:346kPaVapor fradtiaii:Total flow basisMassTotalrate：3157kg/hr*Solvent* Specific alignsConn positionT gtal: 1由于是沸點(diǎn)進(jìn)料，溫度可由查表確定，也可以通過AspenPlus組件確定。4、輸入模型參數(shù)，以第一效為例：Flash specificationsFlash TypePressure Vapor fraction -TernpefatuireCPressure:33SL5kPa-Du

11、ty:Gcal/hrVapor f raction:0.2273Vlid ph礙Vapor-Liquid利用第一步試差計(jì)算出的數(shù)據(jù)，三相參數(shù)分別為：338.5kpa, 0.2273;仃7kpa，0.3235； 15.5kpa，0.5455。5、啟動(dòng)計(jì)算，以第一效為例，結(jié)果如下:Block results summaryOutlet temperature141.889C”O(jiān)utlet pressure：338.5kPaVapor fraction:02273Heat duty1.57654e*06U/hrTNet duty:kJ/hr1st liqui吐 / Total liquid:16、 根據(jù)熱負(fù)荷(Heat duty)計(jì)算蒸汽用量和換熱面積：D=Qr ,S=QK to7、根據(jù)重新計(jì)算出的D,W重復(fù)以上步驟。5、后記參考文獻(xiàn)1、 清華大學(xué)，化工原理M，北京：清華大學(xué)出版社，2009年。2、 華南理工大學(xué)編寫組，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)M，廣州：華南理工大學(xué)出版社，佃86年。3、 方利國(guó)等，化工制圖 AutoCAD實(shí)戰(zhàn)教程與開發(fā)M，