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1、设计题目：NaOH 水溶液三效并流加料蒸发装置的设计设计者：设计日期： 年 月 日审核：2009 级化工单元操作课程设计任务书一、设计题目NaOH 水溶液三效并流加料蒸发装置的设计二、设计任务及操作条件1.处理能力 3.9610 4 吨/年 NaOH 水溶液2.设备形式 中央循环管式蒸发器3.操作条件(1) NaOH 水溶液的原料液浓度为 5%。完成液浓度为 25%，原料液温度为第一效沸点温度，原料液比热为 3.7KJ(kg)，各效蒸发器中溶液的平均密度为： 1=1014kg/m3， 2=1060 kg/m3， 3=1239 kg/m3；(2)加热蒸气压强为 500kPa（绝压） ，冷凝器压强
2、为 15 kPa（绝压）：(3)各效蒸发器的总传热系数： 1=1500/(m2)， 2=1000/(m2)， 3=600/(m2)；（4）各效蒸发器中页面的高度：1.5m；（5）各效加热蒸气的冷凝液均在饱和温度下下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失；（6）每年按 330 天计算，每天 24 小时运行。三、设计项目（1）设计方案简单，对确定的工艺流程及蒸发器形式进行简要论述；（2）蒸发器的工艺计算，确定蒸发器的传热面积；（3）蒸发器的主要结构尺寸设计；（4）绘制 NaOH 水溶液三效并流加料蒸发装置的流程及蒸发器设备工艺简图；（5）对本设计的评述1目录（一）蒸发器的形式、流程、效数论证.（
3、二）工艺计算.（三）蒸发器主要工艺尺寸的设计计算.（四）设计感想.（五）设计图纸.2（一）蒸发器的形式、流程、效数论证1.蒸发器的形式：中央循环管式2蒸发器的流程：三效并流加料3.效数论证：在工业中常用的加热方式有直接加热和间接加热。直接加热的优势是传热速率高，金属消耗量小。劣势是应用范围受到被蒸发物料和蒸发要求的限制；间接加热是热量通过间壁式换热设备传给被蒸发溶液而使溶液气化。一般工业蒸发多采用这类。间接加热蒸发器分为循环型和单程型两大类，循环型分为中央循环管式、悬挂筐式、外加热式、列文式及强制循环式；单程型有升膜式、降膜式、升降模式及刮板式。本次选用循环性的中央循环管式，因为此循环管结构简
4、单、制造方便、操作可靠、投资费用较少等优点。蒸发器的类型一般有单效蒸发和多效蒸发，单效蒸发是蒸发装置中只有一个蒸发器，蒸发时产生的二次蒸汽直接进入冷凝器不再利用；多效蒸发器是将几个蒸发器串联操作，使蒸汽的热能得到多次利用，蒸发器的串联个数称谓效数。多效蒸发器的效数受到经济和技术的限制。对于电解质溶液采用 2-3 个效数，对于非电解质可采用 4-6 个。根据情况本次采用多效蒸发器中的三效蒸发器。1多效蒸发器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和错流加料。并流加料的优点如下溶液从压强和温度高的蒸发器流向压强和温度低的蒸发器，溶液可依靠效间的压差流动而不需泵送溶液进入温度和压强较低的下一效时处于
5、过热状态，因而会产生额外的气化，得到较多的二次蒸汽。完成液在末效排出，其温度最低，故总的热量消耗较低。缺点是：由于各效中溶液的浓度依次增高，而温度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加热室的传热系数依次下降，这将导致整个蒸发装置生产能力的下降或传热面积的增加。由此可见并流加料流程只适用于黏度不大的料液的蒸发。逆流加料优点是：溶液浓度在各效中依次增高的同时，温度也随之增高，因而各效内溶液的黏度变化不大，这种流程适用于粘度随浓度和温度变化较大的溶液蒸发。缺点有：溶液在效间是从低压流向高压的，因而必须用泵输送。溶液在效间是从低温流向高温，每一效的进料相对而言均为冷液，没有自蒸发，产生的二次蒸汽量少于
6、并流流程。完成液在第一效排出，其温度较高，带走热量较多而且不利于热敏性料液的蒸发。2分流加料其特点是溶液不在效间流动。适用于蒸发过程中有结晶析出的情况，或要求得到不同浓度溶液的场合。错流加料流程中采用 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优点。一般在末效采用并流，但操作比较复杂。综上所述，本次选用并流加料流程3（二）工艺设计1.估算各效蒸发量和完成液浓度总蒸发量：3.96104 吨/年=3.9610 433024=5000kg/h (1- )5000（1- ）4000 kg/h10x25.0因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设 1: 2: 31.0:1.1:1.2 1 2
7、33.3 1解得 1 1212 kg/h3.40 212121.11333 kg/h 312121.21454 kg/h 0.0661x10WF2150. 0.1022x210x305.0.2532.估算各效溶液的沸点和有效温度差设各效间压强降相等，则总压强为： 500-15485 kPak1各效间的平均压强差为 161 kPai3485由各效的二次蒸汽压强，从书中查的相应的二次蒸汽温度和比汽化焓列于下表中：4 效数参数 1 2 3二次蒸汽压强 ，kPai339 178 15二次蒸汽温度 ，i（即下一效加热蒸汽温度）137.6 116.2 53.5二次蒸汽的比汽化焓 ，irkj/kg(即下一效
8、加热蒸汽的比汽化焓)2155 2215 2370(1)各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失 根据各效的二次蒸汽温度 （亦即相同压强下水的沸点）和各效完成液的浓度 ，由 NaOH 水溶i ix液的杜林线图查的各效溶液的沸点 分别为:iAt,138.5 123.1 65.31,At 2, 3,At则各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失为 - 138.5-137.60.911,AtT - 123.1-116.26.922, - 65.3-53.511.8 33,At所以0.96.911.819.5(2)各效由于溶液静压强所引起的温度差损失 根据 m2gl得533910 3 34610 3
9、Pa346kPa1,m25.1890417810 3 18610 3 Pa186kPa2, 61510 3 2410 3 Pa24kPa3,m.1根据各效溶液的平均压强，由书中查得对应的饱和温度为：138.3 117.6 65.01,mT2,mT3,mT从而得 - 138.3-137.60.711, - 117.6-116.21.422,mT - 65.0-53.511.533,所以 0.71.411.513.6123（3）由于流体阻力产生压强降所引起的温度差损失根据经验取 1123所以 312（4）各效溶液的沸点和有效总温度差溶液的沸点 137.60.90.71140.21tT1 116.2
10、6.91.41125.522 53.111.811.5177.33t3有效总温度差t1kT（151.7-53.5）-（19.513.63）62.163.加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算第一效的焓衡量式为：10,11 rtFcrDWp因沸点进料，故 0t11r0.98-0.7（ - ）1 1x00.98-0.7（0.066-0.05）0.968880.96888 0.9499 1W2153D1（a）第二效的焓衡量式为： 221,10,212 )(rtcWFrpp0.98-0.7（ - ）2 2x10.98-0.7（0.102-0.066）0.9548查表得4.282 kj/(kg)1,Wp
11、c0.95482 2155.12.40)8.47.350(21 W0.9018 117.210.8566 117.2 D（b）7第三效的焓衡量式为： 332,2,10,323 )(rtcWcFrWppp0.98-0.7（ - ）x20.98-0.7（0.25-0.102）0.8764查表得4.245kj/(kg)2,Wpc0.87643W 23703.75.12)45.8.47.350(371 1W0.8764（0.9346 376.3-0.0871 -0.0863 ）2 1W20.7435 329.8-0.07632 10.7435（0.8566 117.2）329.8-0.07630.94
12、991D1D0.5644 416.9 （c）1 4000 W23（d）联立（a） 、 （b） 、 （c） 、 （d）式，解得1462kg/h1D1389kg/h1369kg/h2W1242kg/h34.估算蒸发器的传热面积iiiitKQS81462211311rDQW138921552W1369221523r151.7-140.211.511tTt137.6-125.512.1222 t116.2-77,338.9333tt 49.7511tKQS5.1.508962m 68.7222t .32. 2 36.0833tKQS5.38.9602m误差估算05.maxin/1S.47.02.683
13、所以需调整各效的有效温度差5.重新分配各效的有效温差 ttStS321 9.381.25.19.380676875.49S 44.92 2m9即 12.7411tSt5.192.47 18.5222tt . 31.2433tSt5.192.476.重复上述计算步骤（1）由所求得的各效蒸汽量。求各效溶液的浓度。他们分别为： 0.069101WFx1389505. 0.1122102xx 13690.5.3（2）计算各效溶液沸点因末效完成液浓度和二次蒸汽压强不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液的沸点 不变。则第三效加热蒸汽温度（即第二效二次蒸汽温度）为：3t323tT77.3+31.24=108.5由第二效的二次蒸汽温度 及 查杜林线图得第二效溶液的 ，且由2x 2,At于静压强引起的温差损失 及由于流体阻力引起的温差损失 可视为不变，故第二效溶液的沸点为：22,At115.4+1.4+1=117.810同理212ttT125.5+18.52=144.0由 、 查杜林线图得第一效溶液的1Tx1,At1,At137.5+0.7+1=139.2温差重新分配后各效温度情况如下：效数参数 1 2 3加热蒸
