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1、.化工原理课程设计蒸发单元操作设计任务书 班级 精化082 姓名 金玲敏 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、处理才能： 12000 kg/h NaOH水溶液2、物料条件NaOH水溶液的原料液（初始）浓度：X0= 12 %w ；浓缩（完成）液浓度： Xn= 40 %w ；加料温度： 沸点 ；（原料液温度为第一效沸点温度） 3、操作条件加热蒸汽压强： 510kPa 冷凝器压强： 16kPa 各效蒸发器的总传热系数：K1=1600W/（m2，K2=1000W/（m2，K3=600W/（m2；各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出；假设各效传热面积相等
2、，并忽视热缺失；各效蒸发器中料液液面高度为：1.5m； 每年按300天计，每天24小时连续运行；厂址：宁波地区；三、设备型式蒸发器： 中心循环管式 蒸汽冷凝器：水喷射式冷凝器四、设计项目说明书格式 1、封面、任务书、目录；2、设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述； 3、蒸发器的工艺运算：确定蒸发器的传热面积；4、蒸发器的主要结构尺寸设计； 5、主要帮助设备选型：物料泵、蒸汽冷凝器及气液分别器（除沫器）等选型； 6、绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图； 7、对本设计进行评述； 8、参考文献精品.成果评定 指导老师 杨春风、王志强 2011年 6月
3、 8 日2.设计方案简介 2.1 设计方案论证多效蒸发的目的是：通过蒸发过程中的二次蒸汽再利用，以节省蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性；目前依据加热蒸汽和料液流向的不同，多效蒸发的操作流程可以分为平流、逆流、并流和错流等流程；本设计依据任务和操作条件的实际需要，采纳了并流式的工艺流程；下面就此流程作一简要介绍；并流流程也称顺流加料流程（如图1），料液与蒸汽在效间同向流淌；因各效间有较大的压力差，液料自动从前效流到后效，不需输料泵；前效的温度高于后效，料液从前效进入后效呈过热状态，过料时有闪蒸显现；此流程有下面几点优点：各效间压力差大，可省去输料泵；有自蒸发产生，在各效间不必设预热管；由于帮
4、助设备少，装置紧凑，管路短，因而温度缺失小；装置操作简便，工艺条件稳固，设备修理工作削减；同样也存在着缺点：由于后效温度低、浓度大，因而料液的黏度增加很大，降低了传热系数；因此，本流程只适应于黏度不大的料液；2. 蒸发器简介随着工业蒸发技术的进展，蒸发设备的结构与型式亦不断改进与创新，其种类繁多，结构各异；依据溶液在蒸发中流淌情形大致可分为循环型和单程型两类；循环型蒸发器可分为循环式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；单程蒸发器包括升膜式、降膜式、升降膜式及刮板式等；精品.仍可以按膜式和非膜式给蒸发器分类；工业上使用的蒸发设备约六十余种，其中最主要的型式仅十余种；本设计采纳了中心循环管式蒸
5、发器，下面就其结构及特点作简要介绍；中心循环管式蒸发器（如图2）又称标准蒸发器；其加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构成，管束中心有一根直径较大的管子叫做中心循环管，其截面积一般为加热管束截面积的；加热管长一般为m，直径mm，长径比为；其结构紧凑、制造便利、操作牢靠，是大型工业生产中使用广泛且历史长期的一种蒸发器；至今在化工、轻工等行业中广泛被采纳；但由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在.m/s以下）；管内溶液组成始终接近完成液的组成，因而溶液的沸点高、有效温差小；设备的清洗和检修不够便利；其适用于结垢不严峻、有少量结晶析出和腐蚀性较小的溶液；3.三效并流蒸发设计运算3.1估量各效蒸发量
6、和完成液浓度Fx0=（F-W）x3（1）其中 F每小时的进料量，Kg/hW每小时的水份蒸发总量，Kg/h精品. WF（1）12000（1）8400Kg/h因并流加料，存在着自蒸发，又蒸发中无额外蒸气引出，可取W1：W2：W31: 1.1: 1.2由于W= W1+ W2 + W3 运算出各效的蒸发量WiW1=2545.45Kg/hW2=1.12545.45=2800 Kg/hW3 =1.22545.45=3054.55 Kg/h由（1）式得 （2） 由（2）式得 运算出各效的浓度x1= =0.1523x2= 0.2164x3=0.40.估量各效液的沸点和有效总温差设各效间压力降相等，就总压力差为
7、 kPa各效间的平均压力差为pi=164.67 kPa由各效压力差可求得各效蒸发室的压力，即 =P1-Pi =510164.67=345.33 kPa = P1- 2Pi =510-2164.67=180.66 kPa精品.= =16 kPa表1 有关资料列表效数二次蒸气压力, kPa345.33180.6616二次蒸气温度Ti，即下一效加热蒸汽温度138.8116.653.5二次蒸气的气化潜热ri，KJ/Kg即下一效加热蒸气的氢化热2152.32214.32370.0.求各效因溶液沸点而引起的温度缺失 依据各效二次蒸气温度和各完成液浓度xi，由NaOH水溶液杜林线图可得各效NaOH的沸点tA
8、i分别为tA1= 144 tA2 = 125 tA2 = 80 就各效由于溶液沸点比水的沸点上升而引起的温差缺失1 = tA1 - T1=144138.8 = 5.2 2 = tA2 T2=125116.6 = 8.4 3 = tA3 T3=8053.5 = 26.5 所以 =5.2+8.4+26.5=40.1.求由于液柱静压力而引起的温度缺失为便利起见，以液层中点处压力和沸点代表整个液层的平均压力精品.和平均温度，依据流体静力学方程，液层的平均压力Pav = Pi + （其中l为液面高度，m）（3）查表得原料液在三效中液体的平均密度分别为1110Kg/m3 、1170 Kg/m3 、1390
9、 Kg/m3；所以 Pav1 = P1+ =345.33 + =353.42 kPa Pav2 = P2+ =180.66 + =189.27 kPa Pav3 = P3+ = 16 + = 26.23 kPa由平均压力查得对应饱和温度为T Pav1 =139.1 T Pav2 =118.2 T Pav3=63.2所以 1 = T Pav1 T1 = 139.1138.8 = 0.3 2= T Pav2 T2 = 118.2116.6 = 1.6 3= T Pav3 T3 = 63.253.5 = 9.7 故 = 0.3 + 1.6 + 9.7 = 11.6 .由流淌阻力引起的温差缺失 取体会
10、值1，即1=2=3 =1 ，就=3综合123步得总温度缺失=+ + =40.1 + 11.6 + 3= 54.7.各效料液的温度和有效总温差各效温度缺失i=1+1 + 1得1=1+1+1= 5.2+ 0.3+1=6.52=2+2+2=8.4+1.6+1=11.0精品.3=3+3 +3=26.5+9.7+1=37.2各效料液的温度为 由ti=Ti+i t1=T1+1=138.8+6.5= 145.3 t2=T2+2=116.6+11.0= 127.6 t3=T3+3=53.5+37.2= 90.7因 =Ts-Tk- 由手册查得500kPa饱和汽温度为152.4，气化潜热为2110KJ/Kg,所以
11、= Ts-Tk-i= 152.4-53.5- 54.7 =44.23. 加热蒸气消耗量和各效蒸发水量的初步运算 由热量衡算式Qi=Diri=Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpwti-ti-1+Wi+（4）在4式，其中Di一第i效加热蒸气量,Kg/hri第i效加热蒸汽的汽化潜热,K/Kg-第i效二次蒸汽的汽化潜热, K/Kgcp0 原料液的比热容,K/Kg/cpw水的比热容, K/Kg/ti,ti-1分别为地i效和第i-1效溶液的温度沸点, 热缺失量,K由4式两边同时除以得: Wi=Diri/ +Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpwti-ti-1/ - /（5）精品.由式
12、5去掉- /,乘以热利用系数i，表示上式得:Wi=iDiri/ + Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpwti-ti-1/ - /对于沸点进料t0=t1,考虑到NaOH溶液浓度浓缩热影响，热利用系数算式为=0.98-0.7其中为第i效蒸发器中液料溶质质量分数的变化. 第效热衡算式为W1=1+= a 第效热衡算式为W2= =0.8776W1 + 338.16b 同理得第效 =0.7400W2-0.05551W1+599.77 c 又 W1+W2+W3=8400 kg/h d精品.联解式a至d,可得W1=2918.6Kg/h W2=2898.6Kg/hW3=2582.8Kg/h D1=3109.6Kg/h .蒸发器传热面积估算 , Qi=Diri Q=D1r1=1.823106 Wt1=T1- t1=152.4-145.3 =7.1S1= m2Q2=W1r2=1.745106 Wt2=T2- t2=T1t2=138.8127.6 =11.2S2= m2Q3=W2r3=106 Wt3=T3- t3=T2- t3=116.6 -90.7=25.9S3= m2误差，误差较大，应调整各效有效温差，使三个蒸发器的传热面积尽量相等；.有效温差的再安排取平均面积 m2如使各值保
