化工原理課程設(shè)計說明書naoh水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計

1、 學(xué)院： 化工學(xué)院 班級： 化學(xué)工程與工藝09-2班學(xué)生姓名： 袁海威 學(xué)號：200920508050 指導(dǎo)教師： 張 紅 霞 2009級化工單元操作課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)及操作條件1.處理能力 3.96104噸/年NaOH水溶液2.設(shè)備形式 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器3.操作條件(1) NaOH水溶液的原料液濃度為5%。完成液濃度為25%，原料液溫度為第一效沸點(diǎn)溫度，原料液比熱為3.7KJ(kg)，各效蒸發(fā)器中溶液的平均密度為：1=1014kg/m3，2=1060 kg/m3，3=1239 kg/m3；(2)加熱蒸氣壓強(qiáng)為500kPa（絕壓），

2、冷凝器壓強(qiáng)為15 kPa（絕壓）：(3)各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：1=1500/(m2)，2=1000/(m2)，3=600/(m2)；（4）各效蒸發(fā)器中頁面的高度：1.5m；（5）各效加熱蒸氣的冷凝液均在飽和溫度下下排出，假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失；（6）每年按330天計算，每天24小時運(yùn)行。三、設(shè)計項目（1）設(shè)計方案簡單，對確定的工藝流程及蒸發(fā)器形式進(jìn)行簡要論述；（2）蒸發(fā)器的工藝計算，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；（4）繪制NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的流程及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖；（5）對本設(shè)計的評述 1 目錄（一）蒸發(fā)器的形式、流程、效數(shù)論證.（二）工

3、藝計算.（三）蒸發(fā)器主要工藝尺寸的設(shè)計計算.（四）設(shè)計感想.（五）設(shè)計圖紙. 2 （一）蒸發(fā)器的形式、流程、效數(shù)論證1.蒸發(fā)器的形式：中央循環(huán)管式2蒸發(fā)器的流程：三效并流加料3.效數(shù)論證：在工業(yè)中常用的加熱方式有直接加熱和間接加熱。直接加熱的優(yōu)勢是傳熱速率高，金屬消耗量小。劣勢是應(yīng)用范圍受到被蒸發(fā)物料和蒸發(fā)要求的限制；間接加熱是熱量通過間壁式換熱設(shè)備傳給被蒸發(fā)溶液而使溶液氣化。一般工業(yè)蒸發(fā)多采用這類。間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型兩大類，循環(huán)型分為中央循環(huán)管式、懸掛筐式、外加熱式、列文式及強(qiáng)制循環(huán)式；單程型有升膜式、降膜式、升降模式及刮板式。本次選用循環(huán)性的中央循環(huán)管式，因為此循環(huán)管結(jié)構(gòu)簡單

4、、制造方便、操作可靠、投資費(fèi)用較少等優(yōu)點(diǎn)。蒸發(fā)器的類型一般有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，單效蒸發(fā)是蒸發(fā)裝置中只有一個蒸發(fā)器，蒸發(fā)時產(chǎn)生的二次蒸汽直接進(jìn)入冷凝器不再利用；多效蒸發(fā)器是將幾個蒸發(fā)器串聯(lián)操作，使蒸汽的熱能得到多次利用，蒸發(fā)器的串聯(lián)個數(shù)稱謂效數(shù)。多效蒸發(fā)器的效數(shù)受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的限制。對于電解質(zhì)溶液采用2-3個效數(shù)，對于非電解質(zhì)可采用4-6個。根據(jù)情況本次采用多效蒸發(fā)器中的三效蒸發(fā)器。 1 多效蒸發(fā)器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和錯流加料。并流加料的優(yōu)點(diǎn)如下溶液從壓強(qiáng)和溫度高的蒸發(fā)器流向壓強(qiáng)和溫度低的蒸發(fā)器，溶液可依靠效間的壓差流動而不需泵送溶液進(jìn)入溫度和壓強(qiáng)較低的下一效時處于過熱狀

5、態(tài)，因而會產(chǎn)生額外的氣化，得到較多的二次蒸汽。完成液在末效排出，其溫度最低，故總的熱量消耗較低。 缺點(diǎn)是：由于各效中溶液的濃度依次增高，而溫度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加熱室的傳熱系數(shù)依次下降，這將導(dǎo)致整個蒸發(fā)裝置生產(chǎn)能力的下降或傳熱面積的增加。由此可見并流加料流程只適用于黏度不大的料液的蒸發(fā)。逆流加料優(yōu)點(diǎn)是：溶液濃度在各效中依次增高的同時，溫度也隨之增高，因而各效內(nèi)溶液的黏度變化不大，這種流程適用于粘度隨濃度和溫度變化較大的溶液蒸發(fā)。缺點(diǎn)有：溶液在效間是從低壓流向高壓的，因而必須用泵輸送。溶液在效間是從低溫流向高溫，每一效的進(jìn)料相對而言均為冷液，沒有自蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽量少于并流

6、流程。完成液在第一效排出，其溫度較高，帶走熱量較多而且不利于熱敏性料液的蒸發(fā)。 2 分流加料其特點(diǎn)是溶液不在效間流動。適用于蒸發(fā)過程中有結(jié)晶析出的情況，或要求得到不同濃度溶液的場合。錯流加料流程中采用 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優(yōu)點(diǎn)。一般在末效采用并流，但操作比較復(fù)雜。綜上所述，本次選用并流加料流程3 （二）工藝設(shè)計1.估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度總蒸發(fā)量：3.96104噸/年=3.9610433024=5000kg/hx0(1-x)5000（1-0.1）3437.5kg/h 0.321因并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸汽引出，可設(shè)1: 2: 31.0:1.1:1.21233

7、.31解得13437.51041.67 kg/h 3.321041.671.11145.837kg/h31041.671.21250.004kg/hFx050000.1x1F-W15000-1041.670.126Fx050000.1x2F-W1-W25000-1041.67-1145.8370.178x30.322.估算各效溶液的沸點(diǎn)和有效溫度差設(shè)各效間壓強(qiáng)降相等，則總壓強(qiáng)為：DRR1-Rk600-15585 kPa各效間的平均壓強(qiáng)差為585195 kPa 33由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)，從書中查的相應(yīng)的二次蒸汽溫度和比汽化焓列于下表中：4 DRi DR (1)各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度

8、差損失D根據(jù)各效的二次蒸汽溫T度i（亦即相同壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)）和各效完成液的濃度xi，由NaOH水溶液的杜林線圖查的各效溶液的沸點(diǎn)tA,i分別為:tA,1150 tA,2130 tA,378 21（3）由于流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失根據(jù)經(jīng)驗取DDD 1231所以 DDDD33 3.加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算第一效的焓衡量式為： D1r1Fcp,0(t0-t1) W1=h1+rr11因沸點(diǎn)進(jìn)料，故t0=t1D1r1 W1h1r1h10.98-0.7（x1-x0）0.98-0.7（0.126-0.1）0.96182086D1W10.96180.9215D1 （a） 2155第二

9、效的焓衡量式為：W1r2(Fcp,0-W1cp,W1)(t1-t2)W2=h2+ rr22h20.98-0.7（x2-x1）0.98-0.7（0.178-0.126）0.9436查表得cp,W1=4.187 kj/(kg)W2.2W1(50003.7-4.187W1)(152.59-133.48)2137+0.9436 2200.82200.80.8819W1151.58（b） 第三效的焓衡量式為：W2r3(Fcp,0-W1cp,W1-W2cp,W2)(t2-t3)W3=h3+ rr33h30.98-0.7（x3-x2）0.98-0.7（0.32-0.178）0.8806查表得cp,W2=4.

10、187kj/(kgQ1725904.822S1=K1Dt118008.0849.91mQ2695959.552S2=m K2Dt2120011.4550.65Q3719248.022S3=m K3Dt360023.8550.26誤差估算 1-Smin/Smax0.05 49.911-=0.01460.0550.65 誤差結(jié)果合理S1+S2+S3S=3 49.91+50.65+50.26=50.27 =3 7計算結(jié)果列表m2 （三）蒸發(fā)器主要工藝尺寸的設(shè)計計算1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計選用d0=F382.5mm規(guī)格的無縫鋼管，長度為 L=3mn估算管子數(shù)Sn=pd0(L-0.1)55=158

11、.53.14381000(3-0.1)2循環(huán)管的選擇內(nèi)徑Di的計算公式p 4D=(0.41)n2ip4d20整理得Di=d0(0.41)n n因為n和相差不大，所以統(tǒng)一用一種規(guī)格的循環(huán)管。 Di=380.8159=429mm3加熱室直徑和加熱管數(shù)目的確定（1）管心距離： （2）計算管數(shù)中心線上管數(shù)正三角形：nc=1.1n12（nc為奇數(shù)） =1.1159（3）初估加熱室 Di12=13 15 =t(nc-1)+2b（b=(11.5)d0）=667.2mm =48(13-1)+21.238 （4）作圖，見第2張草圖 4分離室直徑與高度的確定 分離室體積的計算公式WV=3600rUV1=（U=2m

12、3/（m3s） W11174.34=0.0747m3 3600rU36002.1832W21172.05V2=0.154m3 3600rU36001.0562V3=W31091.11=1.595m3 3600rU36000.0952因為V3體積最大，所以選擇1.595m 由體積確定直徑 3V=取 p4D2HH=2 D解得 H=2.02mD=1.01m5接管尺寸的確定 流體進(jìn)出口接管的 d=pu蒸發(fā)器的主要接管有溶液進(jìn)出口、冷凝水進(jìn)出口、加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口（1） 溶液進(jìn)口第一效10% NaOH密度為r=1109 kg/mVs=Ws5000=0.00125m3/S r1109360040.

13、00125d=0.023m 3.143第二效Vs=Ws5000-1174.34=0.000935m3/S r1136360040.000935d=0.0199m 3.143第三效Vs=Wr5000-1174.34-1172.05=0.000617m3/S 1194360040.000617d=0.0162m 3.143因為第一效管子最大，所以選擇0.024m（2）溶液的出口第一效 5000-1174.34WVs=r11363600=0.000935m3/Sd=40.0009353.143=0.0199m 第二效Vs=Wsr5000-1174.34-1172.0511943600=0.00061

14、7m3/Sd=40.0006173.143=0.0162m第三效VWss=r5000-1174.34-1172.05-1091.1113493600=0.000322m3/Sd=40.0003223.143=0.0117m因為第一效管子最大，所以選擇0.0199m 3）冷凝水進(jìn)出口第一效 Vs=Ws1390r10003600=0.000386m3/S d=40.0003863.141.5=0.0181m第二效Vs1344s=Wr10003600=0.000373m3/S （ 40.000373d=0.0178m 3.141.5 第三效1369Vs=0.000380m3/S r10003600d=40.000380=0.0180m 3.141.5 （4）加熱蒸汽進(jìn)口第一效 Vs=W因為第一效管子最大，所以選擇0.0181m Ws1390=0.145m3/S r2.667360040.145d=0.0680m 3.1440第二效Vs=Ws1344=0.144m3/S r2.598360040.144d=0.0677m 3.1440第三效1369=0.214m/S Vs=0.7283600rW3d=40.214=0.0