NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)(共23頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 化工原理課程設(shè)計(jì)蒸發(fā)單元操作設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 班級(jí) 姓名 一、設(shè)計(jì)題目：NaOH水溶液 三效并流 加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、處理能力： 15000 kg/h NaOH水溶液2、物料條件NaOH水溶液的原料液（初始）濃度：X0= 12 %(w) ；濃縮（完成）液濃度： Xn= 38 %(w) ；加料溫度： 沸點(diǎn) 。（原料液溫度為第一效沸點(diǎn)溫度）3、操作條件加熱蒸汽壓強(qiáng)： 500 kPa 冷凝器壓強(qiáng)： 16 kPa 各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=1600W/（m2)，K2=1000W/（m2)，K3=600W/（m2)。各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出

2、。假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失。各效蒸發(fā)器中料液液面高度為：1.5m。 每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。廠址：寧波地區(qū)。三、設(shè)備型式蒸發(fā)器： 中央循環(huán)管式 蒸汽冷凝器：水噴射式冷凝器四、設(shè)計(jì)項(xiàng)目(說(shuō)明書(shū)格式)1、封面、任務(wù)書(shū)、目錄。2、設(shè)計(jì)方案簡(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。3、蒸發(fā)器的工藝計(jì)算：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。4、蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。5、主要輔助設(shè)備選型：物料泵、蒸汽冷凝器及氣液分離器（除沫器）等選型。6、繪制NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡(jiǎn)圖。7、對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)述。8、參考文獻(xiàn)成績(jī)?cè)u(píng)定 指導(dǎo)教師 專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目 錄1

3、 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.1 設(shè)計(jì)方案論證多效蒸發(fā)的目的是：通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程中的二次蒸汽再利用，以節(jié)約蒸汽的消耗，從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟(jì)性。目前根據(jù)加熱蒸汽和料液流向的不同，多效蒸發(fā)的操作流程可以分為平流、逆流、并流和錯(cuò)流等流程。本設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)和操作條件的實(shí)際需要，采用了并流式的工藝流程。下面就此流程作一簡(jiǎn)要介紹。并流流程也稱順流加料流程（如圖1），料液與蒸汽在效間同向流動(dòng)。因各效間有較大的壓力差，液料自動(dòng)從前效流到后效，不需輸料泵；前效的溫度高于后效，料液從前效進(jìn)入后效呈過(guò)熱狀態(tài)，過(guò)料時(shí)有閃蒸出現(xiàn)。此流程有下面幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：各效間壓力差大，可省去輸料泵；有自蒸發(fā)產(chǎn)生，在各效間不必設(shè)預(yù)熱管；由于輔助設(shè)備少，裝

4、置緊湊，管路短，因而溫度損失?。谎b置操作簡(jiǎn)便，工藝條件穩(wěn)定，設(shè)備維修工作減少。同樣也存在著缺點(diǎn)：由于后效溫度低、濃度大，因而料液的黏度增加很大，降低了傳熱系數(shù)。因此，本流程只適應(yīng)于黏度不大的料液。1.2 蒸發(fā)器簡(jiǎn)介隨著工業(yè)蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展，蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與型式亦不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，其種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)各異。根據(jù)溶液在蒸發(fā)中流動(dòng)情況大致可分為循環(huán)型和單程型兩類(lèi)。循環(huán)型蒸發(fā)器可分為循環(huán)式、懸筐式、外熱式、列文式及強(qiáng)制循環(huán)式等；單程蒸發(fā)器包括升膜式、降膜式、升降膜式及刮板式等。還可以按膜式和非膜式給蒸發(fā)器分類(lèi)。工業(yè)上使用的蒸發(fā)設(shè)備約六十余種，其中最主要的型式僅十余種。本設(shè)計(jì)采用了中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，下面就其結(jié)

5、構(gòu)及特點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器（如圖2）又稱標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器。其加熱室由一垂直的加熱管束（沸騰管束）構(gòu)成，管束中央有一根直徑較大的管子叫做中央循環(huán)管，其截面積一般為加熱管束截面積的40%100%。加熱管長(zhǎng)一般為12m，直徑2575mm，長(zhǎng)徑比為2040。其結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠，是大型工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛且歷史長(zhǎng)久的一種蒸發(fā)器。至今在化工、輕工等行業(yè)中廣泛被采用。但由于結(jié)構(gòu)上的限制，其循環(huán)速度較低（一般在0.5m/s以下）；管內(nèi)溶液組成始終接近完成液的組成，因而溶液的沸點(diǎn)高、有效溫差?。辉O(shè)備的清洗和檢修不夠方便。其適用于結(jié)垢不嚴(yán)重、有少量結(jié)晶析出和腐蝕性較小的溶液。并流加料三效蒸發(fā)的物料

6、衡算和熱量衡算的示意圖如圖4-15所示。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度總蒸發(fā)量 因并流加料，蒸發(fā)中無(wú)額外蒸汽引出，可設(shè) 2.2 估算各效溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差 設(shè)各效間壓力降相等，則總壓力差為各效間的平均壓力差為由各效的壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力，即由各效的二次蒸氣壓力，從手冊(cè)中查得相應(yīng)的二次蒸氣的溫度和氣化潛熱列于下表中；表1-1 各效二次蒸汽物化數(shù)據(jù)效數(shù)二次蒸氣壓力，kPa 352.7185.418二次蒸氣溫度，（即下一效加熱蒸汽的溫度）138.9118.157.0二次蒸氣的氣化潛熱，kJ/kg(即下一效加熱蒸汽的氣化潛熱)2148.12214.02358.32.2.1

7、 各效由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失根據(jù)各效二次蒸氣溫度（也即相同壓力下的沸點(diǎn)）和各效完成液的濃度，由NaOH水溶液的杜林線圖可查得各效溶液的沸點(diǎn)分別為tA1=148tA2=132tA3=84則各效由于溶液蒸氣壓下降所引起的溫度差損失所以2.2.2 由于液柱靜壓力而引起的沸點(diǎn)升高（溫度差損失）查手冊(cè)得各效溫度、濃度下的NaOH密度，為簡(jiǎn)便計(jì)，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，1=1170 kg/m3，2=1240 kg/m3，3=1430kg/m3。則根據(jù)流體靜力學(xué)方程，液層的平均壓力為 所以 由平均壓力可查得對(duì)應(yīng)的飽和溫度為 =140 ，=119.3，=67.9 1

8、所以 2.2.3 由流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失取經(jīng)驗(yàn)值1，即，則故蒸發(fā)裝置的總的溫度差損失為2.2.4 各效料液的溫度和有效總溫差由各效二次蒸氣壓力及溫度差損失，即可由下式估算各效料液的溫度，各效料液的溫度為 有效總溫度差由手冊(cè)可查得500kPa飽和蒸汽的溫度為153.3 1、汽化潛熱為2103.9kJ/kg 1，所以2.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算第效的熱量衡算式為對(duì)于沸點(diǎn)進(jìn)料，=，考慮到NaOH溶液濃縮熱的影響，熱利用系數(shù)計(jì)算式為 式中為第效蒸發(fā)器中料液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。 所以(a)第效的熱量衡算式為(b)對(duì)于第效，同理可得 (c) 又 (d)聯(lián)解式(a)至式(d)，可得2

9、.4 蒸發(fā)器傳熱面積的估算 W誤差為，誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫差，重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程。2.5 有效溫差的再分配 重新分配有效溫度差得，2.6 重復(fù)上述計(jì)算步驟2.6.1 計(jì)算各效料液濃度由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的濃度，即2.6.2 計(jì)算各效料液的溫度因末效完成液濃度和二次蒸氣壓力均不變，各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為95.9，即t3=95.9 則第效加熱蒸汽的溫度（也即第效二次蒸氣溫度）為由第效二次蒸氣的溫度及第效料液的濃度查杜林線圖得第效溶液的沸點(diǎn)為。由液柱靜壓力及流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失可視為不變。故第效料液的溫度為同理由及第效料液的濃度查杜林線圖，得第效溶液

10、的沸點(diǎn)為143.8。則第效料液的溫度為第一效料液的溫度也可由下式計(jì)算說(shuō)明溶液的各種溫度差損失變化不大，不需重新計(jì)算，故有效總溫度差不變，即溫度差重新分配后各效溫度情況列于下表：效次加熱蒸汽溫度，有效溫度差，料液溫度（沸點(diǎn)），2.6.3 各效的熱量衡算 第效 第效 第效 又聯(lián)立解得 與第一次計(jì)算結(jié)果比較，其相對(duì)誤差為計(jì)算相對(duì)誤差均在以下，故各效蒸發(fā)量的計(jì)算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無(wú)明顯變化，不需重新計(jì)算。2.6.4 蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算 W誤差為，迭代計(jì)算結(jié)果合理，取平均傳熱面積。2.7 計(jì)算結(jié)果列表 效數(shù)冷凝器加熱蒸汽溫度153.3131.03115.5757操作壓力352.7185.4181

11、8溶液溫度（沸點(diǎn)）145.92128.295.9完成液濃度15.421.4833.6蒸發(fā)量2385.392399.972215.35蒸汽消耗量2574.35傳熱面積123.95123.95123.953 蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算3.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估算所需管子數(shù)= 其中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，mL加熱管長(zhǎng)度，m,取 L=2m, d0=57mm根3.2 循環(huán)管的選擇有經(jīng)驗(yàn)公式循環(huán)管內(nèi)徑因?yàn)镾較大，取取Di=0.604m3.3 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定按正三角形排列，管束中心在線管數(shù)=21.01=22根加熱室內(nèi)徑 Di=t(nc-1)+2其中

12、t為管心距，取0.07m, =1d0Di=0.07(22-1)+210.057=1.584m,取Di=1584mm3.4 分離室直徑和高度的確定分類(lèi)室的體積V= 其中W為某效蒸發(fā)器的二次蒸氣流量，為某效蒸發(fā)器的二次蒸氣的密度，kg/m3，U為蒸氣體積強(qiáng)度， 一般允許值為1.11.5m3/（m3s） 取W=W3=2215.35kg/h，=0.1240kg/m3 U=1.1m3/(m3s)。所以V=4.512分離室高度H與直徑D的關(guān)系：V=D2H, D=Di=1584mm求出H=2.29m3.5 接管尺寸的確定3.5.1 熱蒸汽進(jìn)口，二次蒸氣出口，其中Vs 為流體的體積流量流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按d=計(jì)

13、算因?yàn)榈谝恍У牧髁孔畲螅匀∑錇橛?jì)算量Vs= m3/s取u的流速為25m/s，d=取管為 則實(shí)際流速為u= m/s3.5.2 溶液進(jìn)出口，因?yàn)榈谝恍У牧髁孔畲?，所以取其為?jì)算量Vs= m3/s因?yàn)槠淞鲃?dòng)為強(qiáng)制流動(dòng)，u =0.8-15 m/s,所以取u = 3 m/s 則有d= m，取管為則實(shí)際流速為u= m/s3.5.3 冷凝水出口其中Vs 為流體的體積流量Vs=m3/s按自然流動(dòng)的液體計(jì)算，u=0.080.15 m/s,取u=0.12m/s，則計(jì)算出d=m取管 ，實(shí)際流體流速為u= m/s4 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備的選用計(jì)算4.1 氣液分離器4.1.1 本設(shè)計(jì)采用的是慣性式除沫器，其主要作用是

14、為了防止損失有用的產(chǎn)品或防止污染冷凝液體。其性能參數(shù)如表表 01 慣性式除沫器性能參數(shù)如表捕捉霧滴的直徑壓力降分離效率氣速范圍50m196588KPa8590 常壓1225m/s減壓25m/s4.1.2 分離器的選型由D0D1 D1：D2：D3：=1：1.5：2.0 H=D3H=（0.40.5）D1其中 D0二次蒸汽的管徑，m D1除沫器內(nèi)管的直徑，m D2除沫器外管的直徑，m D3除沫器外殼的直徑，m H除沫器的總高度，m H除沫器的內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m 所以 D1= D0=0.53 m D2=0.795m D3=1.06mH= D3=1.06m h=0.5D1=0.265m4.2 蒸汽

15、冷凝器的選型設(shè)計(jì)4.2.1 本設(shè)計(jì)采用的是多層孔板式蒸汽冷凝器，其性能參數(shù)如表表 02多層孔板式蒸汽冷凝器性能參數(shù)表水氣接觸壓強(qiáng)塔徑范圍結(jié)構(gòu)與要求水量面積大10672000Pa大小均可較簡(jiǎn)單較大4.2.2 蒸汽冷凝器的選型1.冷卻水量的確定查多孔板冷凝器的性能曲線得18kPa的進(jìn)口蒸汽壓力，冷卻水進(jìn)口溫度20,1m3冷卻水可冷卻蒸汽量為X=53Kg，得VL=m3/h 與實(shí)際數(shù)據(jù)比，VL偏小，故應(yīng)取VL=1.25，VL=52.25m3/h2.冷凝器的直徑取二次蒸汽的流速u(mài)=15m/s則D= m3.淋水板的設(shè)計(jì)因?yàn)镈500mm,取淋水板8塊淋水板間距以經(jīng)驗(yàn)公式Ln+1=0.7Ln 計(jì)算，取L末=0

16、.15m即L7=0.15m.依次計(jì)算出： 弓型淋水板的寬度 B=0.8D=0.8649=519.2mmB=0.5D+50=0.5649+50=374.5mm其中B為最上面的一塊板，B為其它板淋水板堰高h(yuǎn)，取h=50mm淋水板孔徑 冷卻水循環(huán)使用，取8mm淋水板孔數(shù) 淋水孔流速u(mài)0=其中 -淋水孔的阻力系數(shù)，=0.950.98 -水孔收縮系數(shù)，=0.800.82h-淋水板堰高,m取=0.98 =0.82 計(jì)算u0=0.980.82孔數(shù)n=個(gè)考慮到長(zhǎng)期操作時(shí)易造成孔的堵塞，取最上層孔數(shù)為1.15n=1.15361=414個(gè)，其它各板孔數(shù)應(yīng)加大5%，即1.05n=1.05361=379個(gè)淋水孔采用正

17、三角形排列。4.3 泵的選擇(1) 真空泵真空度為0.7atm, 真空泵排氣量 -真空系統(tǒng)滲透空氣量;-蒸發(fā)過(guò)程中料液釋放的不凝性氣體量,常可以忽略;-每小時(shí)冷卻水能釋放的空氣量;-蒸發(fā)過(guò)程中流體的飽和蒸汽壓的當(dāng)量值;-不凝性氣體機(jī)械夾帶的生蒸汽量,常忽略; =0.45kg/h ；=0=+)=1.01(0.45+0+0.565)=1.015kg/h=0=+=.根據(jù)排氣量和所抽氣體基本上是空氣的前提條件,選用水噴射泵11/2BA-6系列功率極限真空度材料最大吸氣量1.5KW600mmHgA3鋼7.4kg/h(2) 離心泵 q=F/=10000/998.2=10.01m3/h查IS型單級(jí)單吸離心泵

18、性能表：選型號(hào)：IS50-32-125流量：12.5m3/h 揚(yáng)程20m 轉(zhuǎn)數(shù)：2900r/min 軸功率：1.13Kw電機(jī)功率：2.2Kw 效率60% 必須汽蝕余量：2.0m5 評(píng)述5.1 可靠性分析計(jì)算過(guò)程中有計(jì)算誤差或者人為誤差，沒(méi)有多次驗(yàn)算，而且有些設(shè)備的選擇不是很準(zhǔn)確，所以最后結(jié)果可靠性不是很強(qiáng)。5.2 個(gè)人感想經(jīng)歷了一個(gè)星期的設(shè)計(jì)與計(jì)算，本次化工原理課程設(shè)計(jì)也將告于段落，在這十幾天的時(shí)間里收獲了許多，是在平時(shí)的學(xué)習(xí)當(dāng)中所感受不到的。原本課程設(shè)計(jì)在想象中是一件很容易的事情，但是現(xiàn)在心里絕對(duì)不是這種想法了。理解了設(shè)計(jì)人員的不易，每一個(gè)數(shù)據(jù)的確定都要有它自己的依據(jù)，不能憑空捏造，更要明白每個(gè)數(shù)據(jù)存在的意義。更是自己對(duì)上學(xué)期的化工原理的應(yīng)用，讓我明白了化工原理的重要性，以及開(kāi)設(shè)這門(mén)課程的意義，它是我們化工生產(chǎn)中不可缺少的一部分，假如生產(chǎn)時(shí)人，那它就是人腳下的路。想要走好這條路，就必須先鋪好它。在整個(gè)過(guò)程中也考驗(yàn)了自己多方面的能力，比如計(jì)算的嚴(yán)謹(jǐn)，相信很多人在這方面是深有感觸也包括我自己在內(nèi)，每組數(shù)據(jù)的計(jì)算都在三到四遍那樣。還有對(duì)知識(shí)掌握的扎實(shí)程度，對(duì)公式的理解與運(yùn)用，都是很重要的，真有種牽一發(fā)而動(dòng)全身的感覺(jué)。還有就是電腦的運(yùn)用上，如公式編輯器，Word的應(yīng)用，AutoCAD的運(yùn)用都在這次課程設(shè)計(jì)中體現(xiàn)，。讓我