畢業(yè)設(shè)計(jì)---燒堿蒸發(fā)工段工藝設(shè)計(jì)

1、75kt/a燒堿蒸發(fā)工段工藝設(shè)計(jì)目錄觀1觀31.1 纖31.2蒸發(fā)操作分類31.3蒸發(fā)操作的特點(diǎn)41.4蒸發(fā)設(shè)備42. 工藝流程的確定72.1選定工藝流程72. 2三效順流流程82. 2. 1、流程介紹82. 2. 2影響因素83. 蒸發(fā)過程工藝計(jì)算93.1物料衡算93.1.1計(jì)算依裾93. 1.2總物料衡算103.1.3第一效物料衡算113. 1.4第二效物料衡算123. 1.5第三效物料衡算133. 2溫差損失計(jì)算143.2.1估計(jì)各效二次蒸汽壓力143.2.2溶液中因溶質(zhì)濃度引起的溫度損失153. 2.3溶液液柱靜壓引起的溫度損失153. 2.4各效間管路阻力引起的溫度損失153. 2.

2、 5各效溶液沸點(diǎn)153. 3熱量衡算153.3.1蒸發(fā)水量163.3.2總的有效溫差及在各效中的分配173. 4迭代計(jì)算173. 4.1第一次迭代計(jì)算173. 4. 2第二次迭代計(jì)算223. 4. 3第三次迭代計(jì)算結(jié)果243.5計(jì)算各效加熱面積3.6最終計(jì)算結(jié)果2526 27 27 27 272727 28 29 333334353637384蒸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)計(jì)算4.1中央循環(huán)管式蒸發(fā)器4. 1. 1加熱管的直徑和長度4. 1.2循環(huán)管的尺寸4. 1.3加熱室直徑及管數(shù)4. 1.4分離室的高度4. 2蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備4. 2.1.汽液分離器4. 2.2冷凝器4. 2.3蒸發(fā)器接管尺寸計(jì)算5設(shè)備一

3、覽表設(shè)計(jì)評述參考文獻(xiàn)翻w摘要隔膜法電解制得的11%的堿液，采用三效順流蒸發(fā)使堿液濃度達(dá)到32%的要 求。木設(shè)計(jì)通過對整個(gè)蒸發(fā)過程進(jìn)行總物料衡算，各效物料衡算，溫差損失計(jì)算, 熱量衡算，并進(jìn)行多次迭代后達(dá)到一定的誤差要求后算得各效的傳熱面積。用物 料計(jì)算的結(jié)果并綜合考慮能耗和總費(fèi)用等問題，對工藝過程進(jìn)行一定的改進(jìn)和優(yōu) 化后，再對設(shè)備的主要工藝尺寸進(jìn)行計(jì)算，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；對輔助設(shè)備進(jìn)行 設(shè)計(jì)選型，選出適合的設(shè)備。最后繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，見附圖。關(guān)鍵字：蒸發(fā)器，三效順流，燒堿蒸發(fā)abstractdiaphragm electrolysis was 11% of the lye，the u

4、se of three-effect evaporation of the alkali concentration downstream 32% of the requirements. the design of the evaporation process by the total mass balance, the effective material balance， temperature loss calculations, heat balance，and multiple iterations required to achieve a certain degree of

5、error is considered after the effective heat transfer area. the calculated results with the material and considering issues such as energy consumption and total cost of process improvement and optimization of a certain， then the main process on the size of the device calculated to meet the design re

6、quirements; design and selection of auxiliary equipment to select the appropriate equipment. finally，with control points to draw out the flow chart，see attached.keywords: evaporator，three-way downstream, caustic soda evaporation1. 概述1.1蒸發(fā)蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì)(如鹽類)的溶液沸騰，除 去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。蒸

7、發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液，是化工、醫(yī)藥、食品 等工業(yè)中較為常見的單元操作?；どa(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：(1) 獲得濃縮的溶液產(chǎn)品；(2) 將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、抗生素、 糖等產(chǎn)rsi;(3) 脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進(jìn)行蒸發(fā)操作的 設(shè)備叫做蒸發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處 密度的差異而形成某種循環(huán)流動(dòng)，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)器 內(nèi)備有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當(dāng)形 式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應(yīng)將其在冷凝器中加以冷

8、 凝。蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱 做一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。1.2蒸發(fā)操作的分類按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn) 定操作的過程。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加 利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。若把二次蒸汽引至 另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，并把若干個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用， 這種操作稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)屮，二次蒸汽的潛熱得到丫較為充分的利用, 提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)：(1) 、在低壓

9、下操作，溶液沸點(diǎn)較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減 小蒸發(fā)器的傳熱面積；(2) 、可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；(3) 、有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)；(4) 、操作溫度低，熱損失較小。在加壓蒸發(fā)屮，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加 以利用。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作， 而后效則在真空下操作。1.3蒸發(fā)操作的特點(diǎn)蒸發(fā)時(shí)間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一 種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點(diǎn)：(1) 沸點(diǎn)升高蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在壓力下溶液的蒸氣壓 較同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱停谷芤旱姆悬c(diǎn)高于純?nèi)?/p>

10、劑的沸點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱 為溶液沸點(diǎn)的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時(shí)的傳熱溫差必 定小于加熱純?nèi)軇┑臒釡夭?，而ii溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。(2) 物料的工藝特性蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃 縮時(shí)可能析出晶體，或易于結(jié)垢：有些則具有較大的黏度或較強(qiáng)的腐蝕性等。 如何根據(jù)物料的特性和工藝耍求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此 必須要考慮的問題。(3) 節(jié)約能源蒸發(fā)時(shí)汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如 何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個(gè)問題。1.4蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完

11、成液，同時(shí)需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫和分離。蒸發(fā)設(shè)備主要伍括蒸發(fā)器，冷凝器和除沫器，工業(yè)上需要蒸發(fā)的物料有多種， 它們的物性各不相同，為了適應(yīng)不同物料的加工要求,形成了多種形式的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是由加熱室和分離室兩部分構(gòu)成。加熱室屮通常用飽和水蒸氣加熱， 從溶液中蒸發(fā)出的二次蒸汽在分離室中與溶液分離后引出。蒸發(fā)器頂部設(shè)有除沫 器，用以分離被氣流夾帶的液滴。二次蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝后直接排除。蒸發(fā)操作有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)兩種方式。若對產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用， 而是直接送往冷凝器被除去，為單效蒸發(fā)；若把在高壓下的蒸發(fā)器內(nèi)的二次蒸汽 直接送往另一壓力較低的蒸發(fā)器屮作為加熱蒸汽，如此類推

12、，把多個(gè)操作壓力大 小不同，并按順序排列的蒸發(fā)器連接起來，可組成多效蒸發(fā)。本設(shè)計(jì)采用的是三 效并流蒸發(fā)。由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。對常用的間壁傳熱 式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)情況，大致可分為以下兩大類1:(1) 循環(huán)型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動(dòng)，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完 成液的濃度。操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有a. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：也是標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器，它的加熱室由垂直管束組成，中間有一根直徑很大 的中央循環(huán)管，其余管徑較小的加熱管稱為沸騰管。由于中央循環(huán)管較大， 其單位體積溶液占有的傳熱面，比沸騰管內(nèi)單位溶液所占有的要小，即中 央循環(huán)管和其它加

13、熱管內(nèi)溶液受熱程度不同，從而沸騰管內(nèi)的汽液混合物 的密度要比中央循環(huán)管中溶液的密度小，加之上升蒸汽的向上的抽吸作用， 會(huì)使蒸發(fā)器中的溶液形成由中央循環(huán)管下降、由沸騰管上升的循環(huán)流動(dòng)。 這種循環(huán)，主要是由溶液的密度差引起，故稱為自然循環(huán)。這種作用有利 于蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果的提高。為了使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積一般為其它加熱管總 截面積的40100%;加熱管高度一般力12m;加熱管直徑在2575mm 之間。這種蒸發(fā)器由于結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等優(yōu)點(diǎn)， 應(yīng)用十分廣泛。但是由于結(jié)構(gòu)上的限制，循環(huán)速度不大。加上溶液在加熱 室中不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液的

14、沸點(diǎn)高，有 效溫度差就減小。這是循環(huán)式蒸發(fā)器的共同缺點(diǎn)。此外，設(shè)備的清洗和維 修也不夠方便，所以這種蒸發(fā)器難以完全滿足生產(chǎn)的要求。b. 懸筐式;蒸發(fā)器：為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結(jié)晶、易結(jié)垢且不易清洗等缺點(diǎn)， 對標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更合理的改進(jìn)，這就是懸筐式蒸發(fā)器。加熱室 懸掛在蒸發(fā)器殼體的t部，并且以加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁之間的環(huán)形孔 道代替中央循環(huán)管。溶液沿加熱管中央上升，而后循著懸筐式加熱室外壁 與蒸發(fā)器內(nèi)壁間的環(huán)隙向下流動(dòng)而構(gòu)成循環(huán)。由于環(huán)隙面積約為加熱管總 截面積的100至150%,故溶液循環(huán)速度比標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器為大，可達(dá)1.5m/s。 此外，這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進(jìn)行檢

15、修或更換，而且熱損失也 較小。它的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面積的金屬消耗較多。c. 列文式蒸發(fā)器：上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器，其循環(huán)速度不夠大，一般均在1.5m/s以下。 為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結(jié)晶或結(jié)垢嚴(yán)重的溶液，并提高溶 液循環(huán)速度以延長操作周期和減少清洗次數(shù)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在加熱室上增 設(shè)沸騰室。加熱室屮的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不 在加熱管內(nèi)沸騰，直到上升至沸騰室內(nèi)當(dāng)其所受壓力降低后冰能開始沸騰， 因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室，從而避免了結(jié) 晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。另外，這種蒸發(fā)器的循環(huán)管的截面積約為加 熱管的總截面積的23倍，溶液循環(huán)

16、速度可達(dá)2.5至3 m/s以上，故總傳 熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是液柱靜壓尖效應(yīng)引起的溫度差損 失較大，為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外， 設(shè)備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠房等。除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器 外，在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時(shí)，還釆用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。在 這種蒸發(fā)器中，溶液的循環(huán)主要依靠外加的動(dòng)力，用泵迫使它沿一定方向 流動(dòng)而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制，一般在 2.5m/s以上。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的 明顯缺點(diǎn)是能量消耗大，每平方米加熱面積約需0.40.8kw。(2) 單程型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液以液

17、膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時(shí)間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較 小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、 結(jié)垢物料的蒸發(fā)。此類蒸發(fā)器主要有a. 升膜式蒸發(fā)器：其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為2550mm，管長 和管徑之比約為100150。料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加熱管內(nèi) 受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升，一般常壓下操作 時(shí)適宜的出u汽速為2050m/s,減壓下操作時(shí)汽速可達(dá)100至160m/s或 更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動(dòng)，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、液混合物在

18、分離器內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在 頂部導(dǎo)出。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達(dá)到上述 要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)它對粘度很大，易 結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用。b. 降膜式蒸發(fā)器：降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于，料液是從蒸發(fā)器的頂部加 入，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過程中蒸發(fā)增濃，在其底部 得到濃縮液。由于成膜機(jī)理不同于升膜式蒸發(fā)器，故降膜式蒸發(fā)器可以蒸 發(fā)濃度較高、粘度較大（例如在0.050.45ns/m2范圍內(nèi)）、熱敏性的物料。 但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小，仍不適 用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。由于

19、溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動(dòng)，因而 對流傳熱系數(shù)大為提高，使得溶液能在加熱室中一次通過不再循環(huán)就達(dá)到 要求的濃度，因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點(diǎn)。溶液不循環(huán)帶來好處 有：（1）溶液在蒸發(fā)器中的停留吋間很短，因而特別適用于熱敏性物料的 蒸發(fā)；（2）整個(gè)溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度， 因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點(diǎn)是：對進(jìn)料負(fù)荷的波動(dòng)相當(dāng) 敏感，當(dāng)設(shè)計(jì)或操作不適當(dāng)時(shí)不易成膜，此時(shí)，對流傳熱系數(shù)將明顯下降。c. 刮板式蒸發(fā)器：蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶冇加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝冇可旋轉(zhuǎn)的葉片即刮板。刮 板有固定式和轉(zhuǎn)子式兩種，前者與殼體閃壁的間隙為0.51.5mm,后者與 器壁的間

20、隙隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有 加至與刮板同軸的甩料盤上的）。由于重力、離心力和旋轉(zhuǎn)刮板刮帶作用， 溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部 排出。這種蒸發(fā)器是一種利用外加動(dòng)力成膜的.單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點(diǎn) 是對物料的適應(yīng)性很強(qiáng)，且停留時(shí)間短，一般為數(shù)秒或幾十秒，故可適應(yīng) 于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結(jié)晶、結(jié)垢、熱敏性的物料。但其結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，每平方米傳熱面約需1.53kw。此外，其處理量很小 且制造安裝要求高2. 工藝流程的確定2.1選定工藝流程電解堿液蒸發(fā)常在多效蒸發(fā)裝置中進(jìn)行，采用多效蒸發(fā)器的0的，是為了減 少加熱蒸汽的耗量

21、。在多效蒸發(fā)器屮，要求后一效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)較前 一效低，因此引入前一效的二次蒸汽作為加熱介質(zhì)，這樣僅第一效需要消耗生蒸 汽。這就是多效蒸發(fā)的操作原理。假設(shè)原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)室，并忽略熱損失、各種溫度差損失，以及不 同壓強(qiáng)下汽化潛熱的差別時(shí)，則理論上，在多效蒸發(fā)裝置中，每蒸發(fā)1公斤水需 要l/n公斤的加熱蒸汽2。但在實(shí)際蒸發(fā)a由于存在上述因素，則多效蒸發(fā)時(shí)， 便達(dá)不到上述的經(jīng)濟(jì)性。隨著效數(shù)的增加，所節(jié)右的生蒸汽量不斷減小，同吋各 效所分配到的有效溫差，隨著效數(shù)的增加而減小，生產(chǎn)能力和強(qiáng)度也不斷降低。 因此最佳效數(shù)要通過經(jīng)濟(jì)衡算決定。單位生產(chǎn)能力的總費(fèi)用為最低時(shí)的效數(shù)，即 為最佳效數(shù)。

22、溫度差損失是限制效數(shù)的主要因素。蒸發(fā)裝置屮效數(shù)越多，溫度差損失越大, 當(dāng)出現(xiàn)總溫度差損失等于或大于有效總溫度差時(shí)，蒸發(fā)操作就無法進(jìn)行了。若增 加有效總溫差，就需要壓力較高的蒸汽，因此效數(shù)也是由所供蒸汽的壓力來決定 的。電解堿液蒸發(fā)，由于起沸點(diǎn)升高較大，一般取34效。從基建投資、能耗 以及維修等綜合比較，裝置規(guī)模在口產(chǎn)燒堿450噸以上時(shí)才采用四效。選擇合適的蒸汽壓力與經(jīng)濟(jì)效數(shù)，可以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效果。堿液蒸發(fā)工藝過程。按堿液和蒸汽走向的相互關(guān)系，可分為順流，逆流和錯(cuò) 流流程。生產(chǎn)30%液堿，大多采用雙效順流，以及三效順流流程。生產(chǎn)42%液堿，也大多采用雙效順流、三效四體兩段以及三效順流部分強(qiáng)制

23、循環(huán)的流程。生產(chǎn)42%液堿，不宜采用三效逆流，由于一效需要采鹽，一效蒸發(fā)器是正壓 操作罐，高溫高濃度堿，對泵的材質(zhì)及密封要求較高；若一效不采鹽，閃蒸效出 料的結(jié)晶量就要超過12%，會(huì)引起管道的嚴(yán)重堵塞。生產(chǎn)50%液堿，一般采用三效或四效逆流或錯(cuò)流流程，swenson和zarcmba是液 堿蒸發(fā)的兩大類蒸發(fā)技術(shù)，它們各有持點(diǎn)3。逆流加料流程的主要優(yōu)點(diǎn)是：隨著溶液的濃度逐效提高，溶液的溫度也在不斷 的提高，因此各效的粘度比較接近，各效的傳熱系數(shù)也大致相同。由于堿液與蒸 汽為逆流流向，這樣可以使低粘度的堿液在低溫下沸騰，高濃度、高粘度的堿液 在高溫下沸騰。從而提高y傳熱系數(shù)，減少丫設(shè)備的加熱面積，減

24、少丫投資。 缺點(diǎn)是效間需用泵輸送，能耗較大。并流流程的優(yōu)點(diǎn)是：后效蒸發(fā)室壓力較前效低，前效溶液可籍壓差流入后效， 無需用泵輸送。此外，后效較前效低，溶液自前效流入后效時(shí)，由于過熱而發(fā)生 自蒸發(fā)，從而蒸發(fā)更多的溶液。這種流程的缺點(diǎn)是：后效溶液的濃度較前較大， 而沸點(diǎn)又較低，其粘度則相對較大，使后效蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)較前效較小查閱和關(guān)資料后對各種蒸發(fā)流程做對比分析后知，順流蒸發(fā)時(shí)濃效液溫較低，對材質(zhì)要求較低，適合生產(chǎn)30-40%堿液的中小型企業(yè)。為滿足工藝要求， 本設(shè)計(jì)采用三效順流蒸發(fā)流程。2.2三效順流流程2. 2.1流程介紹電解液經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入一效蒸發(fā)器，自然循環(huán)加熱蒸發(fā)，濃縮后的堿液靠壓差 順次

25、過料到下一效，由三效出料至濃堿液貯槽，然后再進(jìn)行冷卻澄清。二、三效 蒸發(fā)器的鹽漿，分別送旋風(fēng)分離器增稠后，經(jīng)離心機(jī)分離氯化鈉結(jié)晶，再溶化 成冋收鹽水送鹽水工序。母液送二效蒸發(fā)器。生蒸汽進(jìn)入一效蒸發(fā)器，一效、二 效產(chǎn)生的二次蒸汽分別供給二效及三效，三效產(chǎn)生的三次蒸汽在大氣冷凝器屮， 由生產(chǎn)上水直接冷凝，不凝氣經(jīng)真空泵徘入大氣。2. 2. 2影響因數(shù)(1) 生蒸汽壓力4生蒸汽是電解堿液蒸發(fā)的熱源，較高的生蒸汽壓力可以使蒸發(fā)系統(tǒng)獲得較大 的溫差，使裝罝具有較大的生產(chǎn)能力。但對于內(nèi)沸式蒸發(fā)器來說，當(dāng)生蒸汽壓力升高到一定程度時(shí)，堿液由泡核沸 騰變?yōu)槟罘序v，汽膜的存在降低了堿液的傳熱系數(shù)，使裝置能力受到

26、影響。生蒸汽壓力偏低，蒸發(fā)器將不能維持良好的沸騰狀態(tài)，特別是對自然循環(huán)蒸 發(fā)器，由于料液循環(huán)速度小，管內(nèi)傳熱系數(shù)將按循環(huán)速度的0.8次方而降低。同樣，加熱蒸汽壓力也受到蒸發(fā)發(fā)過程不穩(wěn)定因素的影響而波動(dòng)，如進(jìn)料濃 度大、溫度高，使生蒸汽壓力將由于耗熱量少而升高。反之，則降低。所以將加 熱蒸汽壓力作為控制值，然后調(diào)節(jié)蒸汽量是很必要的。因此本設(shè)計(jì)選用加熱蒸汽壓力為0. 85mp，進(jìn)料溫度為第一效沸點(diǎn)。(2) 蒸發(fā)器液位控制保持蒸發(fā)器液面的正常和穩(wěn)定，對蒸發(fā)操作是十分重要的。對于自然循環(huán)蒸 發(fā)器，如液位過高，經(jīng)加熱室后過熱料液的閃蒸過程，可能大部分從沸騰室移至 蒸發(fā)室，不能充分利用循環(huán)管中無汽泡料液與

27、沸騰室中汽液混合物的重度差所提 供的循環(huán)推動(dòng)力，會(huì)降低循環(huán)速度。根據(jù)不同型式的蒸發(fā)器。以及不同操作條件，制訂合理的液面高度，如對于 標(biāo)準(zhǔn)式自然循環(huán)蒸發(fā)器，一般把適宜的液位高度定在加熱室上花板以上50 cm 處。(3) 真空度真空度是一項(xiàng)重要控制指標(biāo)。由于真空度的逐步提高，二次蒸汽飽和溫度的降低 幅度變大，因此，提高真空度能增加總有效溫度差。真空度由大氣冷凝器下水排出溫度來調(diào)節(jié)，下水溫度過高，真空度難以保證.過 低時(shí)用水水量過多，則水耗上升。3. 蒸發(fā)過程工藝計(jì)算3.1物料衡算 3.1.1計(jì)算依據(jù)5(1) 產(chǎn)品 75kt/a (100%naoh)(2) 年作業(yè)時(shí)間 7100小時(shí)(3) 原料堿：隔

28、膜法電解工序來的原料液溫度第一效沸點(diǎn)72%h20及其它 67%naohnaclh20 及其它11%17%(4) 三效順流蒸出來的堿液naohnacl32%2%(5) 加熱蒸汽壓力：0.85mp (絕)(6) 末效二次蒸汽壓力：0.013mp (絕)(7) 產(chǎn)量 75kt/a (100%naoh)f=7.5x 1 oooox 1000/7100= 10563.38kg/h1一3效流程不意簡圖如下:不凝性氣體圖3-1三效順流流程簡3. 1.2總物料衡算(1) 以 10563.38kg/hl00%na0h 為計(jì)算基礎(chǔ)在蒸發(fā)過程屮由于堿液中的雜質(zhì)比較少可以忽略進(jìn)行計(jì)算，洗水一般為0. 5e進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)

29、的堿液量：fo=f/xo=lo563.38/o.l 1=96030.73 kg/h 其中：naohf= 96030.73x0.1 l=10563.38kg/hnacl fs=96030.73x0.17=16325.22 kg/hh2o fw=96030.73x (1-0.11-0.17) =69142.13kg/h(2) 出蒸發(fā)系統(tǒng)的堿液量：f3=f/x3=10563.38/0.32=33010.56kg/h則其屮的：naoh f=33010.56x0.32=10563.38 kg/hnaclfs3 = 33010.56x0.02=660.21 kg/hh2ofw3 =33010.56x0.6

30、7=22117.08 kg/h(3) 總蒸發(fā)水量：w=fw-fw3+0.5f=69142.13-22117.08+0.5 x 10563.38 =52306.74(4) 總的析鹽量為：ws= fs- fs3 = 16325.22-660.21 =15665.01 kg/h(5) 初步估計(jì)各效蒸發(fā)水量。三效順流蒸發(fā)水量一般可設(shè)wl： w2： w3=l： 1.1： 1.2 由w1+w2+w3=w得wl=w/3.3=52306.74/3.3=15850.53 kg/hw2=1.1w/3.3=1.1x 52306.74/3.3=17435.58 kg/hw3=w-wl-w2=52306.74-1585

31、0.53-17435.58=19020.63 kg/h(6) 各效洗滌水量的比例為1: 1.1: 1.2wp =0.5f/3.3=0.5x 10563.38/3.3=1600.51 kg/hw2' =0.5f x 1.1/33=0.5 x 10563.38 x 1.1/3.3=1760.56 kg/hw3z =0.5fx 1.2/3.3=0.5x 10563.38x 1.2/3.3=1920.61 kg/h進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)出蒸發(fā)系統(tǒng)電解堿液蒸發(fā)堿液naoh10563.38naoh10563.38nacl16325.22nacl660.21h2o69142.13h2o22117.08洗滌水量

32、5281.69蒸發(fā)水量52306.74析鹽量15665.01合計(jì)101312.42合計(jì)101312.423.1. 3第一效的物料衡算估算堿液的濃度為：xt=f/ (fo-wfb w/)=10563.38/ (96030.73-15850.53+1600.51)=0.1292則可由下列關(guān)聯(lián)式算出naoh的濃度：由于其溶液的沸點(diǎn)75 °c ,則釆用xsf0.285252-0.8860123x1-0.228191 x12+0.855736 x13貝 ijxs 1=0.1764由于在蒸發(fā)過程中nacl在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為： ws,=f/xoxxso-f/ x,x xs,=

33、10563.38/0.11x0.17-10563.38/0.1292x0.1764 = 1902.78kg/h核算堿液濃度:v =f/ (fo-w- ws- w")=10563.38/ (96030.73-15850.53-1902.78+1600.51)=0.1322假設(shè)相對誤差z=o.ooi,若i xr -xi i /xiz,則重新設(shè)xi=xi',代入 上式復(fù)上述計(jì)算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得三效的濃度和析鹽量。 計(jì)算結(jié)果如表2. 2表3-2計(jì)算數(shù)據(jù)參數(shù)一次計(jì)算一次迭代二次迭代三次迭代x,0.12920.13220.13310.1333xs,0.17640.1741

34、0.17340.1732ws,1902.782413.842563.462599.96x/0.13220.13310.13330.1334z0.0230.0070.0020.0008則其中:naohnaclh2o析鹽量由于 0.00080.001,所以 xi=0.1334f,=f/x,=10563.38/0.1334=79185.76kg/h fai=79185.76x0.1334=10563.38 kg/h fsi =79185.76x0.1732=13714.97 kg/h fwi =79185.76 x 0.6934=54907.41 kg/h wsi=fs- fsi=16325.22-

35、13714.97=2610.25 kg/h蒸發(fā)水量 wl=fw-fwl+wl，=69142.13-54907.41+1600.51=15835.23 kg/h表3-3第一效物料平衡（單位：kg/h）進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)山蒸發(fā)系統(tǒng)電解堿液蒸發(fā)堿液naoh10563.38naoh10563.38nacl16325.22nacl13714.97h2o69142.13h2o54907.41洗滌水量1600.51蒸發(fā)水量15835.23析鹽量2599.96合計(jì)97631.24合計(jì)97631.243. 1.4第二效進(jìn)行物料衡算估算第二效的堿液的濃度為x尸f/ (f,-w2+ w2o= 10563.38/ (791

36、85.76-17435.58+1760.56)=0.1663則可由下列關(guān)聯(lián)式算出naoh的濃度：由于其溶液的沸點(diǎn)75 °c ,則采用：xs2=0.285252-0.8860123x2+0.228191x22+0.855736x23 則x2=0.1482由于在蒸發(fā)過程中nacl在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為：ws2= fs,-f/x2xs2=13714.97- 10563.38x0.1482/0.1663 =4301.31 kg/h核算堿液濃度：x/ =f/ (f1-w2-ws2+w2,)=10563.38/ (79185.76-17435.58-4301.31+1760.56

37、) =0.1784假設(shè)相對誤差z=0.001,若i x2' -x2 i /x2> z,則重新設(shè)x2=x2',代入上式重復(fù)上述計(jì)算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得二效的濃度和析鹽量。表3-4計(jì)算數(shù)據(jù)參數(shù)一次計(jì)算一次迭代二次迭代三次迭代四次迭代x20.16630.17840.18200.18300.1833xs20.14820.13930.13670.13600.1358ws24301.315466.775780.835864.595888.97x?0.17840.18200.18300.18330.1833z0.07280.02020.00550.00200.0000由于

38、0.00000.001，則 x2=0.1833f2=f/x2=10563.38/0.1833=57628.92 kg/h其屮naoh fa2 = 57628.92x0.1833=10563.38kg/hnacl fs2 = 57628.92x0.1358=7826.00 kg/h h2o fw2= 57628.92x (1-0.1388-0.1358) =39239.53 kg/h則蒸發(fā)水量為：w2=fwi-fw2+ w=54907.41-39239.53+1760.56 =17428.44 kg/h對第二效列物料平衡表如表3-5表3-5第二效物料平衡(單位：kg/h)進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)出蒸發(fā)系統(tǒng)電

39、解堿液蒸發(fā)堿液naoh10563.38naoh10563.38nacl13714.97nacl7826.00h，o54907.41h2o39239.53洗滌水量1760.56蒸發(fā)水量17428.44析鹽量5888.97合計(jì)80946.32合計(jì)80946.32進(jìn)入蒸發(fā)器的物料: 其屮：3. 1.5第三效作物料衡算naoh10563.38 kg/hnacl 7826.00kg/h h2o39239.53kg/h洗滌水量 1920.61 kg/h離丌蒸發(fā)器的堿液其中:naoh10563.38kg/hnacl 660.21 kg/h h2o22117.08kg/h蒸發(fā)水量為：w3=39239.53+l

40、920.61-22117.08=19043.06 kg/h析鹽量為：ws3=7826.00-660.2 1 =7165.79 kg/h 表3-6第三效物料平衡（單位：kg/h）進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)出蒸發(fā)系統(tǒng)電解堿液蒸發(fā)堿液naoh10563.38naoh10563.38nacl7826.00nacl660.21h2o39239.53h2o22117.08洗滌水量1920.61蒸發(fā)水量19043.06析鹽量7165.79合計(jì)59549.52合計(jì)59549.523. 2溫差損失計(jì)算3. 2.1估算各效二次蒸汽壓力估算各效二次蒸汽壓力、溫度;選定加熱蒸汽壓力po=o.85mp （絕）和末 效壓力p3=0.0

41、13mp （絕），各效以等壓差進(jìn)行分配，即p= （p（）-p3） /3=0.279mpa pi=p0- ap=0.85-0.279=0.571mpa p2=p0- 2ap=0.85-2 x 0.279=0.292mpa p3=po-3 x ap=0.85-3x 0.279=0.013mpa根據(jù)化工原理查得6pfojtlmpa（絕）t/=156.7°cr/ =2097.5kj/kgp2=0.292mpa（絕）丁2'=132.2°cr/ =2170.9kj/ kgp3=0.013mpa（絕）t/=50.22°cr/ =2383.2kj/kg3.2. 2溶液中因

42、溶質(zhì)濃度引起的溫度損失常壓下溶液的沸點(diǎn)升高為：（/ =2.671111 -39.64219x+445.4087x2-448.1834x3算得 （/ =4.2452（）/ =7.6097（）/ =20.9094二次蒸汽壓力下沸點(diǎn)升高的修正系數(shù)為：f=0.0162(t' +273)2/r二次蒸汽壓力下溶液沸點(diǎn)升高為： ' =faoz則/ =6.rc? =9.3 °c / =14.8°c3.2.3因溶液液柱靜壓引起溫差損失因溶液液柱靜壓引起溫差損失(蒸發(fā)器操作時(shí)，溶液常呈氣液混合狀態(tài)， 密度比較小，理論計(jì)算結(jié)果往往偏高，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用： 二=2.0°c3

43、.2.4各效之間管路助力引起的溫差損失由于各效之間管路阻力引起的溫差損失：一般每兩效之間的損失可取為rc3.2.5各效溶液的沸點(diǎn)蒸發(fā)器內(nèi)溶液的沸點(diǎn)等于蒸發(fā)室二次蒸汽溫度加上沸點(diǎn)升高值，則i 效:tl=t" +/ +/，=156.7+6.1+2=164.8°cii 效:t2=t2, +八2 +八2" =132.2+9.3+2=143.5°ciii 效：t尸t/ +/ +/' =50.22+14.8+2=67.02°c3. 3熱量衡算在蒸發(fā)過程中，naoh溶液濃縮熱、鹽結(jié)晶析出熱與鹽泥帶出熱與總的熱量消 耗相比約為1%左右，所以在計(jì)算時(shí)這部

44、分熱量作為熱損失考慮。3. 3. 1蒸發(fā)水量對于第一效進(jìn)行熱量衡算。進(jìn)入蒸發(fā)器熱量：新鮮蒸汽帶入熱量：d()h0 料液帶進(jìn)熱量：(fcpocpw/xocpw) to洗滌水帶入熱量：wcpwt0cp。、cpw分別為料液、水的定壓比熱容，kj/ (kg. °c)cp。、cpw查化工工藝手冊分別為 4.062 kj/ (kg. °c)、4.220 kj/ (kg. °c) 出蒸發(fā)器的熱量：二次蒸汽帶出熱量：wnh,蒸汽冷凝水帶出熱量：docpw to出料液帶出熱量：(fcpo/xocpw-wu+w! ) cpwti根據(jù)熱量平衡，進(jìn)入蒸發(fā)器的等于離開蒸發(fā)器的熱量，則有d(

45、)h()+ (fcp()/xocpw+wi )cpw to= w"hi+(fcp()/x()cpw-wii+wi ' )cpw t()+d()cpwto則 wi=do(ho-cpwto)/(hi-cpwti )+(fcp0/x0cpw+wi z )cpw(t0-ti vchrcpwti)令：(h0-cpwt0) / (hi-cpwti) = rd/ri(t()-ti) / (hj-cpwti) = (to-ti) /ri=nj同理：(hrcpwh) / (h2-cpwt2)= r1/r2(h2cpwt2 ) / ( h3cpvt3) = r2/r3 (11 -t2 ) / r

46、_2=n2(t2_t3 ) / r3 n3考慮熱損失，溶液濃縮熱等都記入熱損失中，故取熱利用系數(shù)為3n =0.96 0.98：取經(jīng)驗(yàn)值為 n 2= n 3= n =0.97一效蒸發(fā)水量為：w=d rd/r, + (fcpo/xocpw+w, z ) cpwn,ni 同理二、三效蒸發(fā)水量為：wi2= wnr,/r2 + (fcpo/xocpw-wn+w, z ) cpw n2 q2 wi3= w12r2/r3 + (fcpo/xocpw- wn- w12+ w3, ) cpw n3 n3由于rd/r 產(chǎn)2044.5/2097.5=0.9747r,/r2=2097.5/2170.9=0.9662

47、r2/r3=2170.9/2383.2=0.9109沸點(diǎn)進(jìn)料ni=0n2= (164.8-143.5) /2170.9=0.00981 n3= (143.5-67.02) /2383.2=0.03209將其數(shù)代入前面的式子得：wn=0.97x0.9747dw12= wnr! + (fcp0/x0cpw+wi z ) cpwn2 n2 w,3= wi2r2/r3 + (fcpo/xocpw- w- wi2+ w3 x ) cpwn3解之上述方程組的：d=14282.41kg/h w,i=13503.43kg/h w12=15895.46kg/h wi3=22907.85kg/h3.3.2總的有效

48、溫差及其在各效的分配(1) 總有效溫差等于新鮮蒸汽與三效二次蒸汽的溫差與總的溫差損失之差，即zat=t0-tk-zaz -za,z = 172.8-50.22-30.2-6-3 =83.38°c(2) 各效傳熱量：一效：q!=d.ro =14282.41 x 2044.5=29200383.4w二效q2=wh.ri=13503.43x2097.5=28323447.2w三效：qs=w,2.r2=22907.85 x 2170.9=49730640.7w(3) 蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)f21:k,=1745w/ (m2k)k2=1163w/ (m2k)k3=930w/ (m2k)由于

49、 z t=q1/k1a1+q2/k2a2+q3/k3a3設(shè)三效的傳熱面積和等比其al=a2二a3則(qk.wkz+qa/ks) /a解之得：t1=14. 80°ct2=21. 47°cat3=47. 15°c(4) 各效溶液的沸點(diǎn)及各效的二次蒸汽溫度。i 效溶液沸點(diǎn)：t1=t0-at1=172.8-14.8=158°ci效二次蒸汽溫度 ii效溶液沸點(diǎn)：ii效二次蒸汽溫度 iii效溶液沸點(diǎn)：t尸tr/ -=158-6.1-2=149.9°c t2=t, 1-at2= 149.9-1-21.47=127.4 °c t2=t2-a2, -k

50、" =127.4-9.3-2=116.c t3=t2- 1-al3=116.1-1-47.15=67.95 °c相應(yīng)的二次蒸汽壓強(qiáng)杳化工原理得p/ =0.4762mpap2' =0.1756mpa由于第三效的二次蒸汽的壓力知為0. 013mp,溫度為50. 22°c誤差條件：i pi' -pi i /pi<zi , i p2z -p2 i /p2<zi , i wu-w, | /wi<z2 , i wl2-w2 | /w2z2 , i wl3-w3 i /w3z2，z、分別為計(jì)算精度，可以 是0.001，也可以是0.01?，F(xiàn)在定為

51、0.01。由于i pz-pi i爪瓜所以進(jìn)行重新計(jì)算.則重新設(shè)pfp/，p2=p2'，wfwbwfwu, w3=we3代入前面式幵始重復(fù)上述計(jì)算，直至誤差全部在允許范圍內(nèi)為止。3.4迭代計(jì)算3.4.1第一次迭代計(jì)算(1) 第一效的物料衡算：估算堿液的濃度為：xi=f/ (fo-wi+w/)= 10563.38/ (96030.73-13503.43+1600.51)=0.1256則可由下列關(guān)聯(lián)式算出naoh的濃度由于其溶液的沸點(diǎn)75 °c ,則采用xsi=0.285252-0.8860123xl-0.228191 x12+0.855736 x13貝 ijxsi=0.1793由

52、于在蒸發(fā)過程中nacl在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為： ws!=f/xoxxso-f/xix xs,= 10563.38/0.11 x0.17-10563.38/0.1256x0.1793 =1245.49kg/h核算堿液濃度： x/ =f/ (fo-w,- wsi-w/)=10563.38/ (96030.73-13503.43-1245.49+1600.51) =0.1275假設(shè)相對誤差z=0.001,若| x/ -xi | /x0 z，則重新設(shè)xfx/,代入上 式復(fù)上述計(jì)算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得三效的濃度和析鹽量。計(jì)算結(jié)果：得x,=0.1281則f尸f/x 尸 1056

53、3.38/0.1281=82461.99kg/h其中： naoh fai=82461.99x 0.1281=10563.38 kg/hnacl fs, = 82461.99x0.1774=14628.76 kg/h h2o fw, =82461.99 x 0.6934=57269.85 kg/h析鹽量wsi=fs- fsi= 16325.22-14628.76= 1696.47 kg/h蒸發(fā)水量 wffw-fwi+w/ =69142.13-57269.85+1600.51=13472.79kg/h表3-7第一效的物料平衡（單位：kg/h）進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)出蒸發(fā)系統(tǒng)電解堿液蒸發(fā)堿液naoh10563

54、.38naoh10563.38nacl16325.22nacl14628.76h2o69142.13h2o57269.85洗滌水量1600.51蒸發(fā)水量13472.79析鹽量1685.04合計(jì)97631.24合計(jì)97631.24(2) 第二效進(jìn)行物料衡算：估算第二效的堿液的濃度為x2=f/ (f,-w2+ w/)=10563.38/ (82461.99-15895.46+1760.56)=0.1546則可由下列關(guān)聯(lián)式算出naoh的濃度：由于其溶液的沸點(diǎn)75 °c ,則采用：xs2=0.285252-0.8860123x2+0.228191x2+0.855736x2貝 ijx2=0.1

55、569由于在蒸發(fā)過程中nacl在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為：ws2= fsrf/x2xs2=14628.76-10563.38x0.1569/0.1546=3908.22kg/h核算堿液濃度：x/ =f/ (f1-w2-ws2+w2,)=10563.38/ (82461.99-15895.46-3908.22+1760.56) =0.1640假設(shè)相對誤差z=0.001，若| x? -x2 i /x2z,則重新設(shè)x2=x2',代入 上式重復(fù)上述計(jì)算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得二效的濃度和析鹽量。 計(jì)算得：則x2=0. 1678f2=f/x2=10563.38/0.1678=62952.21kg/h 其中naohfa2 = 62952.21 x0.1678=10563.38kg/hnaclfs2 =62952.21x0.1471=9260.27 kg/hh2ofw2 = 6