NAOH水溶液蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)說明書

1、 化化 工工 原原 理理 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 說說 明明 書書 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：NaOHNaOH 水溶液蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)水溶液蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者：班級(jí)：設(shè)計(jì)者：班級(jí)：過控過控 07020702姓名：姓名：黃建章黃建章日期：日期：2010-11-292010-11-29指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)成績(jī)：設(shè)計(jì)成績(jī)： 目目 錄錄符號(hào)說明符號(hào)說明.11 蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)任務(wù)書蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)任務(wù)書.11.1 設(shè)計(jì)題目 .21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 .21.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .22 前言前言.22.1 概述.22.1.1蒸發(fā)及蒸發(fā)流程.22.1.2蒸發(fā)操作的分類.32.1.3蒸發(fā)操作的特點(diǎn).32.1.4 蒸

2、發(fā)設(shè)備.33 蒸發(fā)器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算.43.1 蒸濃液濃度計(jì)算.43.2 溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定.53.2.1各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失.53.2.2各效由于溶液靜壓強(qiáng)所引起的溫度差損失.63.2.3由經(jīng)驗(yàn)不計(jì)流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失.63.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計(jì)算.73.4 蒸發(fā)器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數(shù) K 的確定.83.5 溫差的重新分配與試差計(jì)算.93.5.1重新分配各效的有效溫度差.93.5.2重復(fù)上述計(jì)算步驟.93.6 計(jì)算結(jié)果列表.114 蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算.114.1 加熱管的選

3、擇和管數(shù)的初步估計(jì) .114.1.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì).114.1.2循環(huán)管的選擇.124.1.3加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定.124.1.4分離室直徑與高度的確定.124.2 接管尺寸的確定.134.2.1溶液進(jìn)出口.134.2.2加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口.134.2.3冷凝水出口.135 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備.145.1 氣液分離器.145.2 蒸汽冷凝器.145.2.1冷卻水量LV.145.2.2冷凝器直徑D.155.2.3 淋水板的設(shè)計(jì).156 主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核.166.1 蒸發(fā)分離室和加熱室厚度設(shè)計(jì).167 課程設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)

4、心得.17符號(hào)說明符號(hào)說明 )./(/)./(22CmWKkgJhmhsmgfhkgFhkgDmDmdCkgkJcmb總傳熱系數(shù)，二次蒸汽的焓，高度，重力加速度，校正系數(shù)，無(wú)因次原料液流量，加熱蒸汽消耗量，直徑，加熱管的內(nèi)徑，比熱容，管壁厚度，英文字母誤差，無(wú)因次溫度損失，對(duì)流川熱系數(shù)，希臘字母質(zhì)量，單位體積冷卻水的蒸汽次溶質(zhì)的質(zhì)量分率，無(wú)因質(zhì)量流量，蒸發(fā)量，分離室的體積，流體得體積流量，蒸發(fā)體積強(qiáng)度，CCmWmkgXxhkgWhkgWmVsmVsmmUS)./(/)./(233333 飽和的秒污垢的壓力流速，溫度，管心距，溶液的溫度（沸點(diǎn)），傳熱面積，污垢熱阻，氣話潛熱，雷諾系數(shù)，無(wú)因次總傳

5、熱速率，熱通量，普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次絕對(duì)壓力，蒸發(fā)系統(tǒng)總效數(shù)，管數(shù)，溶液質(zhì)量，子周邊上的單位時(shí)間內(nèi)通過單位管長(zhǎng)度，SsspsmuCTmtCtmSWCmRkgkJrRWQmWqPPapnnsmkgMmLer/ ).(/)./(222壁面的水的體積的蒸汽的外側(cè)的最小的最大的平均的液體的冷凝器的內(nèi)側(cè)的沸騰的平均的下標(biāo)水流收縮系數(shù)，無(wú)因次因次管材質(zhì)的校正系數(shù)，無(wú)密度，表面張力，粘度，導(dǎo)熱系數(shù)，熱利用系數(shù)，無(wú)因次wwuvomLKiBavmkgmNsPaCmWminmax/.)./(31 蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)任務(wù)書蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目NaOH 水溶液蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件設(shè)計(jì)

6、任務(wù)及操作條件（1）設(shè)計(jì)任務(wù)處理量（ ）： 7200 （kg/h）（6000，7200，24000）料液濃度（ ）： 10.6% （wt%）（4.7，10.6%，）質(zhì)量分率產(chǎn)品濃度（ ）： 23.7% （wt%）（23.7%，30%）質(zhì)量分率加熱蒸汽溫度（ ） 158.1 （）（151，158.1）末效冷凝器的溫度（ ） 59.6 （）（49，59.6）（2）操作條件加料方式： 三效并流加料 原料液溫度： 第一效沸點(diǎn)溫度 各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度：1=1014kg/m3，2=1060kg/m3，3=1239kg/m3 加熱蒸汽壓強(qiáng)： 500kPa（絕壓） ，冷凝器壓強(qiáng)為 20 kPa（絕壓）

7、 各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=1500W/（m2K） ，K2=1000W/（m2K） ，K3=600W/（m2K） 各效蒸發(fā)器中液面的高度： 1.5m 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。（3）設(shè)備型式 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 （4）廠 址 四 川 綿 陽(yáng) （5）工作日：每年 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)方案的簡(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，包括氣液分離及蒸氣冷凝器等（5）繪制工藝流程圖及蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

8、條件圖（6）設(shè)計(jì)結(jié)果匯總（7）對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論（8）編寫課程設(shè)計(jì)說明書。2 前言前言2.1 概述概述2.1.1 蒸發(fā)及蒸發(fā)流程蒸發(fā)及蒸發(fā)流程蒸發(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)品；(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

9、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(lái)的蒸汽叫做而次蒸汽。2.1.2 蒸發(fā)操作的分類蒸發(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

10、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)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)：（1） 、在低壓下操作，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(duì)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)中，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。2.

11、1.3 蒸發(fā)操作的特點(diǎn)蒸發(fā)操作的特點(diǎn)從上述對(duì)蒸發(fā)過程的簡(jiǎn)單介紹可知，常見的蒸發(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)，在港臺(tái)壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點(diǎn)高于純?nèi)芤旱姆悬c(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唇溶劑的純熱溫差，而且溶液的濃度越高，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

12、性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，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。2.1.4 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(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相分離。 蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進(jìn)一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時(shí)還需真空裝置。茲分述如下： 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。

13、對(duì)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）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， b.懸筐式蒸發(fā)器， c.外熱式蒸發(fā)器， d.列文式蒸發(fā)器， e.強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。其中，前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器。（2）單程型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液以液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

14、 a.升膜式蒸發(fā)器， b.降膜式蒸發(fā)器， c.升降膜式蒸發(fā)器，d.刮板式膜式蒸發(fā)器。本次設(shè)計(jì)采用的是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 ：結(jié)構(gòu)和原理：結(jié)構(gòu)和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。當(dāng)管內(nèi)液體被加熱沸騰時(shí)，中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大；而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動(dòng)。溶液的循環(huán)流動(dòng)提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強(qiáng)化了蒸發(fā)過程。這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，有標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器之稱。為使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積，一般為其余加熱管

15、總截面積的 40%100%；加熱管的高度一般為 12m；加熱管徑多為 2575mm 之間。但實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，其循環(huán)速度較低（一般在 0.40.5m/s 以下）；而且由于溶液在加熱管內(nèi)不斷循環(huán)，使其組成始終接近完成液的組成，因而溶液的沸點(diǎn)高、有效溫度差減??；設(shè)備的清洗和檢修也不夠方便。3 蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 蒸濃液濃度計(jì)算蒸濃液濃度計(jì)算多效蒸發(fā)的工藝計(jì)算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)目有：加熱蒸氣（生蒸氣）的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計(jì)算的已知參數(shù)有：料液的流量、溫度和組成，最終完成液的濃組成，加熱蒸氣的壓力和冷凝器中的

16、壓力等。（一）蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)步驟多效蒸發(fā)的計(jì)算一般采用迭代計(jì)算法。（）根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)） ，蒸發(fā)器的型式、流程和效數(shù)。（）根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的組成。（）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸氣通過各效的壓強(qiáng)降相等，估算個(gè)效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差。（）根據(jù)蒸發(fā)器的焓（熱量）衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱速率。（）根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應(yīng)根據(jù)各效傳熱面積相等的原則重新分配有效溫度差，重復(fù)步驟（3)至（5） ，直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預(yù)先給出的精度要求）為止。（二）蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算總蒸發(fā)量:

17、 W=F (1-)=7200(1-)=3979.747 kg/h30 xx237. 0106. 0因并流加料，蒸發(fā)中無(wú)額外蒸汽引出,可設(shè) W1:W2:W3=1:1.1:1.2W=W1+W2+W3=3.3W1W1=1205.93 . 3474.3979W2=1.11205.9=1326.49W3=1.21205.9=1447.08x1=0.127310WFFx9 .12057200106. 07200 x2=0.1635210WWFFx49.13269 .12057200106. 07200 x3=0.2373.2 溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定設(shè)各效間的壓力降相等，則總壓

18、力差為： P= P1-PK=500-20=480 KPa Pi=160 KPa3P3480式中 Pi -各效加熱蒸汽壓力與二次蒸氣壓力之差 KPa， 1P -第一次加熱蒸氣的壓力 KPaPK -末效冷凝器中的二次蒸氣的壓力 Kpa各效間的壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力即 P1=P1-Pi=500-160=340 KPa P2=P1-2Pi=500-2160=180 KPa P3=Pk =20 Kpa由各效的二次蒸汽壓力，從手冊(cè)中查得相應(yīng)的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與下表中: 效數(shù)IIIIII二次蒸汽壓強(qiáng) Pi，KPa34018020二次蒸汽溫度 Ti，(即下一效加熱蒸汽溫度)137.7116.66

19、0.1二次蒸汽的汽化潛熱 ri，kJ/kg(即下一效加熱蒸汽的汽化潛熱)215522142355多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計(jì)算： t=(T1-TK)-式中 t-有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，；1T-第 I 效加熱蒸氣的溫度，；TK -冷凝器操作壓力下二次蒸氣的飽和溫度，；-總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，。 =+式中 - 由于溶液的蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高（溫度差損失） ，；-由于蒸發(fā)器紅溶液的靜壓強(qiáng)而引起的沸點(diǎn)升高（溫度差損失） ，；-由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降而引起的沸點(diǎn)升高（溫度差損失） ，。3.2.1 各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失各效由于溶液的蒸汽

20、壓下降所引起的溫度差損失根據(jù)各效二次蒸汽溫度(即相間壓力下水的沸點(diǎn))和各效完成液濃度 xi，由 NaOH 水溶液的杜林線圖查得各效溶液的沸點(diǎn) tAi分別為: tA1=141 tA2=122 tA3=72;則各效由于溶液蒸汽壓下降所引起的溫度差損失為 1=tA1-T1=141-137.7=3.3 2=tA2-T2=122-116.6=5.4 3=tA3-T3=72-60.1=11.9所以 =3.3+5.4+11.9= 各效由于液柱靜壓力所引起的沸點(diǎn)升高（溫度差損失各效由于液柱靜壓力所引起的沸點(diǎn)升高（溫度差損失）由于蒸發(fā)器中液柱靜壓力引起的溫度差損失 某些蒸發(fā)器在操作時(shí)，器內(nèi)溶液

21、需維持一定的液位，因而蒸發(fā)器中溶液內(nèi)部的壓力大于液面的壓力，致使溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)較液面處的為高，二者之差即為因液柱靜壓力引起的溫度差損失為簡(jiǎn)便起見，以液層中部點(diǎn)處的壓力和沸點(diǎn)代表整個(gè)液層的平均壓力和平均溫度，則根據(jù)流體靜力學(xué)方程，液層的平均壓力為2gLPPavav式中 蒸發(fā)器中液面和底層的平均壓強(qiáng)，Pa；avPp/二次蒸氣的壓強(qiáng)，即液面處的壓強(qiáng)，Pa； 溶液的平均密度，kg/m3； L-液層高度，m； g-重力加速度，m/s2。NaOH 水溶液密度(Kg/m3) 1=1014kg/m3，2=1060kg/m3，3=1239kg/m3 所以 =340+=347.461 KPa1avP25 . 18

22、1. 9014. 1 =180+=187.799 KPa2avP25 . 181. 906. 1 = 20+=29.116 KPa3avP25 . 181. 9239. 1根據(jù)各效溶液平均壓力查得對(duì)應(yīng)的飽和溶液溫度為: =138.6 ; =118.1; =66.01avpT2avpT3avpT根據(jù) = ipTTavi式中-根據(jù)平均壓力求取的水的沸點(diǎn)，-根據(jù)二次蒸氣壓力求得水的沸點(diǎn)avipTiT所以 9 . 07 .1376 .1381p11 TTav 5 . 16 .1161 .1182p22 TTav 9 . 51 .600 .663p33 TTav =0.9+1.5+5.9=8.3 3.2

23、.3 由經(jīng)驗(yàn)不計(jì)流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失由經(jīng)驗(yàn)不計(jì)流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失由于管道流體阻力產(chǎn)生的壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過程中由于管道阻力使其壓強(qiáng)降低蒸汽的飽和溫度也相應(yīng)降低由此引起的溫度差損失即為，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)其值 1 ，即=1，則 = 3321 根據(jù)以估算的各效二次蒸汽壓強(qiáng)1t及溫度差損失，即可由下式估算溶液各效溶液的沸點(diǎn) t所以總的溫度差損失為 =/+ + =20.6+8.3+3= 各效料液的溫度和有效總溫差各效料液的溫度和有效總溫差由各效二次蒸汽壓力 Pi及溫度差損失 i，即可由下式估算個(gè)料液的溫度

24、 ti，ti=Ti+i 1=1+1+1=3.3+0.9+1=5.2 2=2+2+2=5.4+1.5+1=7.9 3=3+3+3=11.9+5.9+1= 18.8所以各效料液的溫度為：=137.7+5.2=142.9 111 Tt=116.6+7.9=124.5 222 Tt =60.1+18.8=78.9333 Tt有效總溫度差 KSTTt由手冊(cè)可查得kPa 飽和蒸汽的溫度為、汽化潛熱為 2113 kJ/kg，所以 KSTTt 3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算第 i 效的焓衡算式為：01211(.) ()pwii ippwcipwiiiQDr

25、FcWcWW cttWr由上式可求得第 i 效的蒸發(fā)量iW.若在焓衡算式計(jì)入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時(shí)，尚需考慮熱利用系數(shù)一般溶液的蒸發(fā)，可取得 0.98-0.7x（式中x 為溶液的濃度變化，以質(zhì)量分率表示） 。 第 i 效的蒸發(fā)量iW的 計(jì)算式為10121(.)pwiiiiiippwcipwiirttWDFcWcWW crr式中 iD-第 i 效的加熱蒸汽量，當(dāng)無(wú)額外蒸汽抽出時(shí)iD= 1iW ir- 第 i 效加熱蒸氣的汽化潛熱 r-第 i 效二次蒸氣的汽化潛熱0pc-原料液的比熱 pwc-水的比熱it，1it-分別為 第 i 效及第 i-1 效溶液的沸點(diǎn)i-第 i 效的熱利用系數(shù)，無(wú)因

26、次對(duì)于加熱蒸氣消耗量，可列出各效焓衡算式并與式 W=Wi聯(lián)解而求得。第一效的熱量衡算式為:W1=1（+）111rrD0pFc110rtt對(duì)于沸點(diǎn)進(jìn)料，t0=t1，考慮到 NaOH 溶液濃縮熱的影響，熱利用系數(shù)計(jì)算式為1 =0.98-0.7xi，式中xi為第 i 效蒸發(fā)器中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。1 =0.98-0.7(0.1273-0.106)=0.9651由相關(guān)手冊(cè)查得 cp0=3.97KJ/(Kg.)，cpw =4.187 KJ/(Kg.)所以 (a)11111119463. 0215521139651. 0DDrrDW同理第二效的熱量衡算式為: 2211022122rttcWFcrrWWpw

27、p20.98-0.7(0.1635-0.1273)=0.9547 所以 2211022122rttcWFcrrWWpwp=22145 .1249 .142187. 497. 37200221421559547. 011WW =0.8961+226.5 (b)1W第三效的熱衡算式為: 33221033233rttcWcWFcrrWWpwpwp 20.98-0.7(0.237-0.1635)=0.9285所以 33221033233rttcWcWFcrrWWpwpwp =23559 .785 .124187. 4187. 497. 37200235522149285. 0212WWW =0.639

28、2+694.5 (c)1W 又 W1+W2+ W3=3979.747 (d) 聯(lián)立(a),(b),(c),(d)式,解得: W1=1206.46 Kg/h W2=1307.6 Kg/h W3=1465.7 Kg/h D1=1278.57 Kg/h3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數(shù)蒸發(fā)器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數(shù)K 的確定的確定任意一效的傳熱速率方程為Si=iiitKQ式中 iQ-第 i 效的傳熱速率，W。 iK-第 i 效的傳熱系數(shù)，W/（m2, ）. it-第 i 效的傳熱溫度差， Si-第 i 效的傳熱面積，m2W631111075. 03

29、60010211357.1278rDQ1t=T1-t1=151.7-142.9=8.8 26111182.568 . 815001075. 0mtKQSW632121072. 0360010215546.1206rWQ137.7-124.5=13.221222tTtTt26222255.542 .1310001072. 0mtKQSW63323108 . 036001022146 .1307rWQ=116.6-78.9=37.732333tTtTt26333337.357 .37600108 . 0mtKQS誤差為： 3775. 082.5637.3511maxminSS誤差較大，故應(yīng)調(diào)整各效

30、的有效溫度差，重復(fù)上述步驟。3.5 溫差的重新分配與試差計(jì)算溫差的重新分配與試差計(jì)算3.5.1 重新分配各效的有效溫度差重新分配各效的有效溫度差平均傳熱面積:233221184.427 .597 .3737.352 .1355.548 . 882.56mttStStSS重新分配有效溫度差: 67.118 . 884.4282.56111tSSt 81.162 .1384.4255.54222tSSt 13.317 .3784.4237.35333tSSt3.5.2 重復(fù)上述計(jì)算步驟重復(fù)上述計(jì)算步驟5.2.1 由所求各效蒸汽量求各效溶液濃由所求各效蒸汽量求各效溶液濃 1273. 0

31、46.12067200106. 07200101WFFxx 1629. 06 .130746.12067200106. 072002102WWFFxx 237. 03x5.2.2 計(jì)算各效溶液沸點(diǎn)計(jì)算各效溶液沸點(diǎn)末效溶液沸點(diǎn)和二次蒸汽壓力保持不變,各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為3t=78.9,而 /3t=31.13則第 III 效加熱蒸汽溫度（即第 II 效二次蒸汽溫度）為 .0311013.319 .783323ttTT6/由第 II 效二次蒸汽的溫度 T2/=110.03,再由第 II 效料液的濃度 X2=0.1629 查杜林線圖，可得第 II效料液的沸點(diǎn)為:

32、 106。由液柱靜壓力即流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失可視為不變，所以第2AtII 效料液的溫度為：108.5 15 . 11063222Att同理：由 t2=108.5 ，/2t=16.81得 31.12581.165 .1082212ttTT由第 I 效二次蒸汽的溫度 T1/ =125.31，再由第 I 效料液的濃度 X1=0.1273 查杜林線圖，可得第 I效料液的沸點(diǎn)為: 1321At則第一效料液的溫度為： 9 .13319 . 01321111 Att第一效料液的溫度也可以由 t1 = T1/1t=151.7-11.67=140.03 計(jì)算誤差為：1-0.0440.05，03.1409

33、.133說明溶液的各種溫度差損失變化不大，不必重新計(jì)算，故有效總溫度差不變，為t=59.7 溫度差重新分配后各效溫度情況列于下表:效數(shù)第一效第二效第三效溶液沸點(diǎn)溶液沸點(diǎn) ti133.9108.578.9加熱蒸汽的溫度加熱蒸汽的溫度()151.7125.31110.03有效溫度差有效溫度差()it11.6716.8.35.2.3 各效的熱量衡算各效的熱量衡算: 二次蒸汽的汽化潛熱和二次蒸汽溫度 Ti/() (即下一效加熱蒸汽)溫度 如下表： 效數(shù)第一效第二效第三效二次蒸汽溫度二次蒸汽溫度 Ti/()()(即下一效加熱蒸汽即下一效加熱蒸汽) )溫度溫度125.31110.03

34、60.1二次蒸汽的汽化潛熱二次蒸汽的汽化潛熱(即下一效加熱蒸汽的即下一效加熱蒸汽的 ri/)219222312355第一效： 1 =0.980.7（0.12730.106）=0.9651 11111119303. 0219221139651. 0DDrrDW第二效： 20.98-0.7(0.1629-0.1273)=0.94442211022122rttcWFcrrWWpwp =22315 .1089 .133187. 497. 37200223121929444. 011WW =0.8828+307.741W第三效： =0.980.7(0.2370.1629)=0.9281333221033

35、233rttcWcWFcrrWWpwpwp =23559 .785 .108187. 4187. 497. 37200235522319281. 0212WWW =0.6839+589.751W因?yàn)椋?W 1+ W2+ W3=3979.747 Kg/h得： W 1=1201.25 Kg/hW2=1368.2 Kg/hW3 =1411.28 Kg/hD1=1291.25 Kg/h與第一次熱量恒算所得結(jié)果比較并計(jì)算誤差得1=|1-|=0.0043 25.120146.12062=|1-|=0.0443 2 .13686 .13073=|1-|=0.038628.14117 .1465相對(duì)誤差均在

36、0.05 以下，故計(jì)算的各效蒸發(fā)面積合理。其各效溶液濃度無(wú)明顯變化不必再算。 計(jì)算各效傳熱面積計(jì)算各效傳熱面積 W63111107579. 0360010211325.1291rDQ=11.67 2611113 .4367.111500107579. 0mtKQS W63112107314. 0360010219225.1201rWQ =16.81 2622225 .4381.161000107314. 0mtKQS W63223108479. 036001022312 .1368rWQ 13.313t 2633334 .4513.31600108479. 0mtKQS 誤差計(jì)算

37、得： 迭代計(jì)算結(jié)果合理05. 00463. 04 .453 .4311maxminSS所以取平均傳熱面積 S=44.07m23.6 計(jì)算結(jié)果列表計(jì)算結(jié)果列表效數(shù)效數(shù)123冷凝器冷凝器加熱蒸汽溫度加熱蒸汽溫度()151.7125.31110.0360.1操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng) Pi/ (KPa)2361462020溶液沸點(diǎn)溶液沸點(diǎn) ti133.9108.578.9完成液濃度完成液濃度(%)ix12.7316.2923.7蒸發(fā)水量蒸發(fā)水量 Wi （Kg/h）1201.251368.21411.28生蒸汽量生蒸汽量 D （Kg/h）1291.25傳熱面積傳熱面積 Si （m2）44.0744.0744.0

38、7表中 P1/ 按 T1/ =T2 =125.31查得, P2/按 T2/ =T3 =110.03 查得, Pk/P3/ =20KPa4 蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸（以下均以第一效為計(jì)算對(duì)象）4.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)4.1.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)蒸發(fā)器的加熱管通常選用25*2.5mm、38*2.5mm、57*3.5mm 等幾種規(guī)格的無(wú)縫鋼管?？紤]蒸發(fā)器的處理量較小，所以選38*2.5mm 規(guī)格。加熱管的長(zhǎng)度一般為 0.62m，但也有選用 2m 以上的管子。管子長(zhǎng)度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的

39、難以程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來(lái)考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液 的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子。可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們選?。篖=0.8M，38*2.5mm可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長(zhǎng)度初步估計(jì)所需的管子數(shù)，n =44.07/*0.038*（0.8-0.1）=528（根）n1 . 00LdS式中 S=-蒸發(fā)器的傳熱面積 m2，由前面的工藝計(jì)算決定；d0-加熱管外徑 m； L-加熱管長(zhǎng)度 m。因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，則計(jì)算 時(shí)的管長(zhǎng)應(yīng)用（L0.1）m.n4.1.2 循環(huán)管的選擇循環(huán)管的選擇循環(huán)管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減小的原則考慮的。

40、我們選用的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的 40%-100%。加熱管的總截面積可按計(jì)算。循環(huán)管內(nèi)徑以n表示，則1D 1(40% 100%)*44iDnd所以 0.8*528 *33678mm蒸發(fā)器加熱面積較小，取 80%。查標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格表：選取管子為：選取管子為：700*10mm700*10mm 循環(huán)管管長(zhǎng)與加熱管管長(zhǎng)相同為循環(huán)管管長(zhǎng)與加熱管管長(zhǎng)相同為 0.8m0.8m。按上式計(jì)算出的后應(yīng)從管規(guī)格表中選取管徑相近的標(biāo)準(zhǔn)管，只要 n 和相差不大，循環(huán)管1Dn的規(guī)格可一次確定。循環(huán)管的管長(zhǎng)與加熱管相等，循環(huán)管的表面積不計(jì)入傳熱面積中。4.1.3 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱

41、室直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、數(shù)目及在管板撒謊能夠的排列方式。 加熱管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圓排列。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)表加以比較我們選用三角形排列式。管心距 t 為相鄰兩管中心線之間的距離，t 一般為加熱管外徑的 1.251.5 倍， 確定加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)的具體做法是：先計(jì)算管束中心線上管數(shù) nc，管子安正三角形排列時(shí)， =1.1* n；其中 n 為總加熱管數(shù)。cn初步估計(jì)加熱室 Di=t(nc-1)+2,式中=(11.5)d0.然后由容器公稱直徑系列，試選一個(gè)內(nèi)bb徑作為加熱室內(nèi)徑并以該內(nèi)徑和循環(huán)管外徑作同心圓，在同心圓的環(huán)隙中，按

42、加熱管的排列方式和管心距作圖。所畫的管數(shù) n 必須大于初值，若不滿足，應(yīng)另選一設(shè)備內(nèi)徑，重新作圖，直至合適。n 由于加熱管的外徑為38mm，可取管心距為 48mm；以三角形排列計(jì)算26 ，=(11.5)d0=1.5*d0，bmmbntDc13145 .由=1400mm 和=700mm 做同心圓，在同心圓的環(huán)隙中，按加熱管的排列方式和管心距作圖，iD1D得管數(shù)為 523 根，與初值其相對(duì)誤差為|1-528/523|=0.00956，誤差較小，所以取加熱室直徑n1400 合適。選取加熱室殼體內(nèi)徑為選取加熱室殼體內(nèi)徑為 1400mm1400mm 壁厚為壁厚為 12mm12m

43、m4.1.4 分離室直徑與高度的確定分離室直徑與高度的確定分離室的直徑與高度取決于分離室的體積，而分離室的體積又與二次蒸汽的體積流量及蒸發(fā)體積強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積 V 的計(jì)算式為：3600*WVU式中 V-分離室的體積，m3 W-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h; P-某效蒸發(fā)器二次蒸汽量，Kg/m3 ， U-蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/(m3*s)，即每立方米分離室體積每秒產(chǎn)生的二次蒸汽量。一般用允許值為 U=1.11.5 m3/(m3*s)根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計(jì)算中得到的各效二次蒸汽量，再?gòu)恼舭l(fā)體積強(qiáng)度 U 的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個(gè)值，即可由上式算出分離室的體積。一般說來(lái)，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也

44、不相同，按上式計(jì)算得到的分離室體積也不會(huì)相同，通常末效體積最大。為方便起見，各效分離室的尺寸可取一致。分離室體積宜取其中較大者。確定了分離室的體積，其高度與直徑符合2*4VDH關(guān)系，確定高度與直徑應(yīng)考慮以下原則：（1）分離室的高度與直徑之比 H/D=12。對(duì)于中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其分離室高度一般不能小于1.8m，以保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也不能太小，否則二次蒸汽流速過大，導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。(2)在條件允許的情況下，分離室的直徑盡量與加熱室相同，這樣可使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便。（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場(chǎng)的安放。現(xiàn)取分離室中 U=1.5m3/（m3*s） 。各效二次蒸汽溫度查得各效蒸

45、汽密度為：1=1.9kg/m3，2=0.9635kg/m3，3=0.1307kg/m3各效蒸汽量分別為： W 1=1201.25 Kg/h ， W2=1368.2 Kg/h， W3 =1411.28 Kg/h按第三效計(jì)算 =1411.28/（3600*0.1307*1.1）=2.8 m3取 D= =1.4m，則由2*4VDH得 H=1.82m H/D=1.3 滿足要求 iD分離室高分離室高 H=1.82mH=1.82m，直徑，直徑 D=1.4mD=1.4m4.2 接管尺寸的確定接管尺寸的確定流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計(jì)算4SVdU式中 sV-流體的體積流量 m3/s U-流體的適宜流速 m/s 估

46、算出內(nèi)徑后，應(yīng)從管規(guī)格表格中選用相近的標(biāo)準(zhǔn)管。各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度：1=1014kg/m3，2=1060kg/m3，3=1239kg/m34.2.1 溶液進(jìn)出口溶液進(jìn)出口 對(duì)于并流加料的三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設(shè)備尺寸一致的話，根據(jù)第一效溶液流量確定接管。取流體的流速 U 為 0.8 m/s；smFVS/00197. 010143600720031 mmmUVdS56056. 08 . 014. 300197. 044所以取 63.53.5mm 規(guī)格管。4.2.2 加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口 各效結(jié)構(gòu)尺寸一致二次蒸汽體積流量應(yīng)取各效中較大者。取 U=

47、30，按第三效計(jì)算： UVdS4357mmm357. 03014. 31307. 0360028.14114所以取 377X10mm 規(guī)格管。4.2.3 冷凝水出口冷凝水出口 冷凝水的排出一般屬于液體自然流動(dòng)，接管直徑應(yīng)由各效加熱蒸氣消耗量較大者確定。按第三效計(jì)算水的密度 948，取 U=0.15 UVdS459.3mmm0593. 015. 014. 3948360028.14114所以取 68X3.5mm 規(guī)格管。5 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備5.1 氣液分離器氣液分離器蒸發(fā)操作時(shí)，二次蒸汽中夾帶大量的液體，雖在分離室得到初步的分離，但是為了防止損失有用的產(chǎn)品或防止污染冷凝液，還

48、需設(shè)置氣液分離器，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽分離，故氣液分離器或除沫器。其類型很多，我們選擇慣性式除沫器，其工作原理是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。在慣性式分離器的主要尺寸可按下列關(guān)系確定：10DD 2:5 . 1:1:321DDD3DH 15 . 04 . 0DH 式中： -二次蒸汽的管徑，m 0D-除沫器內(nèi)管的直徑，m1D-除沫器外罩管的直徑，m 2D-除沫器外殼的直徑，m 3DH-除沫器的總高度，m h-除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m=0.357m=357mm0DUsV43014. 31307. 0360028.14114=357mm =5

49、35.5mm =714mm H=714mm h=0.5*=178.5mm1D2D3D1D選取二次蒸汽流出管：選取二次蒸汽流出管：377X10mm 除沫器內(nèi)管除沫器內(nèi)管 560X10mm 除沫器外罩管：除沫器外罩管：820X12mm5.2 蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當(dāng)二次蒸汽為有價(jià)值的產(chǎn)品需要回收或會(huì)嚴(yán)重地污染冷卻水時(shí)，應(yīng)采用間壁式冷卻器。當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時(shí)，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進(jìn)行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用?，F(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器現(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器. .5.2.1 冷卻水量冷卻水量LV 根據(jù)冷凝器入口蒸汽

50、壓強(qiáng)和冷卻水進(jìn)口溫度可由圖表 4-13 所示的版式蒸汽冷凝器的性能曲線查得。由冷凝器進(jìn)口蒸汽壓力 20Kpa 和冷卻水進(jìn)口溫度 25可查得 1 m3 冷卻水可冷卻的蒸汽量 X=46 Kg，則VLWVxLV-冷卻水量 m3/h； VW-所需冷凝的蒸汽量，Kg/h與實(shí)際數(shù)據(jù)相比，由圖 4-13 計(jì)算的LV值偏低，故設(shè)計(jì)時(shí)取LV=（1.2-1.25）VW/X hmxWVVL/82.362 . 14628.14112 . 13hmVL/82.3635.2.2 冷凝器直徑冷凝器直徑 D由計(jì)算可知,進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計(jì)算得到冷凝器的直徑 D 取 D=480mmD=480mmmm437m437. 02014. 31307. 0360028.141144UVDS5.2.3 淋水板的設(shè)計(jì)淋水板的設(shè)計(jì)(1)淋水板數(shù)： D500mm, 淋水板取淋水板取 6 塊塊(2)淋水板間距： D500mm，Ln+1=(0.50.7)Ln,