NaOH水溶液三效并流蒸发系统设计Word文档下载推荐.doc
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导
教
师
评
语
建议：
从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。
签名：
20年月日
化工原理课程设计任务书
专业化学工程与工艺班级XXX班姓名XXX
设计题目：
设计时间：
2011年X月X日到2011年X月X日
指导老师：
杨则恒，王道银
设计任务：
年处理4.5万吨NaOH水溶液体系。
1.年工作日320天，每天24小时连续运行。
2.原料液：
含10%NaOH（wt%，下同），20oC进料。
3.完成液：
35%NaOH溶液。
4.间接蒸汽加热，压力为0.4MPa（表压）。
5.蒸发器热损失为本效加热蒸汽供热的3～5%。
6.末效真空度：
81KPa。
7.当地大气压：
101.3KPa。
8.冷却水温度：
进口20oC，出口40oC。
设计成果
1.设计说明书一份。
2.设计图纸：
带控制点工艺流程图一张（3#图纸）；
一效蒸发器总装图一张（1#图纸）。
[中文摘要]蒸发可广泛应用于医药、食品、化工、轻工等行业的水溶液或者有机溶液的浓缩。
其中中央循环管式又由于其标准化的设计和自然循环流动而受到广泛的重视。
本次设计中采用中央循环管式蒸发器三效并流将4.5×
104吨，10%的NaOH水溶液浓缩到35%。
其目的是通过蒸发过程中的二次蒸汽再利用，以节约蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性。
本次设计主要是通过计算机编程优化，求得三效传热面积分别为S1=40.61m2、S2=49.73m2、S3=70.34m2的蒸发器，并计算得到辅助设备的工艺尺寸，然后进行设计、选型和校核，最后使用计算机辅助设计绘制出管道仪表流程图和蒸发器的装配图。
关键词：
蒸发中央循环管三效并流氢氧化钠
[Abstract]Evaporationiswidelyusedfortheconcentrationofaqueousandorganicsolutionsinfieldssuchasmedicine,food,chemicalandlightindustries.Amongvariousevaporators,theevaporatorwithverticaltubesandlargecentraldowncomerdrawsextensiveattentionduetoitsstabledesignandnaturalcirculation.Thisdesignusesthree-effectevaporationsystemtoconcentrate4.5×
104t/yearof10%NaOHsolutionto35%,andtheevaporatorwithcentralcirculationdowncomerischosen.Thepurposeistoreusetheproducedsteamtosavetheconsumptionofsteamandimprovetheeconomicalefficiencyofevaporationprocess.Programmedoptimizationisdonetogettheheattransferareasofthreeevaporatorsas40.61m2,49.73m2and70.34m2.Inadditiontheselectionofauxiliaryequipmentsandthestrengthcheckofthemajorequipmentareaccomplished.Finallythepipeandinstrumentdiagram（PID）andtheevaporatorassemblydrawingarecompletedwiththeaidofAutoCAD.
KeyWords:
Evaporation;
Centralcirculationdowncomer;
Three-effectforwardfeedevaporation;
NaOH
目录
第一章概述 1
1.1蒸发操作的特点 1
1.2蒸发操作的分类 1
1.3蒸发设备的分类 2
1.4蒸发的流程示意图 3
第二章蒸发工艺设计计算 5
2.1完成液浓度的计算 5
2.1.1附有参数的三效蒸发器流程图 5
2.1.2各效蒸发量和溶液浓度的估算 6
2.2各效溶液的沸点和总有效温度差的估算 7
2.2.1各效的压力及温度 7
2.2.2总有效温度差的估算 8
2.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 12
2.4传热系数的确定 14
2.5有效温度差在每一效的分配 15
2.5.1重新分配各效温度差 15
2.5.2重复上述的计算 16
2.6蒸发器的传热面积优化设计 19
2.6.1估算蒸发器的传热面积 19
2.6.2蒸发器的传热面积的优化 20
第三章蒸发器的主要结构尺寸 22
3.1接热管的选择和管数的确定 22
3.2循环管的选择 22
3.3加热室直径和加热管数的确定 23
3.4分离室的直径和高度的确定 23
3.4.1分离室体积的计算 23
3.4.2分离室直径及高度的确定 25
3.5接管尺寸的确定 25
3.5.1溶液进出口 25
3.5.2加热蒸气进口与二次蒸汽出口 26
3.5.3冷凝水出口 26
第四章蒸发装置的辅助设备 28
4.1气液除沫器 28
4.2蒸汽冷凝器 28
4.2.1冷却水量VL 29
4.2.2冷凝器的直径 29
4.2.3淋水板的设计 29
4.3真空泵的选型 30
4.4预热器的选型 32
4.5封头的选型 33
4.6管数的确定及加热室壳体的选定 33
第五章主要设备的强度计算和校核 34
5.1加热室 34
5.2蒸发室 34
第六章设计总结 36
6.1设计结果汇总表 36
6.1.1蒸发器的主要结构尺寸的确定 36
6.1.2气液分离器主要结构尺寸的确定 36
6.1.3蒸汽冷凝器主要结构尺寸的确定 37
6.1.4主要数据计算结果汇总 37
6.2设计评价 38
6.3心得体会 38
附录一：
编程优化过程 40
附录二：
氢氧化钠物性全集 43
参考文献 45
第一章概述
1.1蒸发操作的特点
常见的蒸发是壁两侧分别为蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。
但和一般的传热过程相比，蒸发操作又有如下特点:
（1）沸点升高蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在相同压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的蒸汽压低，使溶液的沸点高于纯溶液的沸点，这种现象称为溶液沸点的升高。
在加热蒸汽温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂时的传热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。
（2）节约能源蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。
如何充分利用热量，提高加热蒸汽的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。
（3）物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析出晶体，或易于结垢；
有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。
如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作必须要考虑的问题。
1.2蒸发操作的分类
按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。
按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。
若把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。
多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。
按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。
真空蒸发有许多优点：
（1）在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温差，减小蒸发器的传热面积；
（2）可以利用低压蒸汽作为加热剂；
（3）有利于对热敏性物料的蒸发；
（4）操作温度低，热损失较小。
在加压蒸发中，所得到的二次蒸汽温度较高，可作为下一效的加热蒸汽加以利用。
因此，单效蒸发多为真空蒸发，多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。
1.3蒸发设备的分类
蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分汽化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸汽，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。
蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。
蒸发的辅助设备包括：
使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器，减压操作时还需真空装置。
由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。
目前常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的停留的情况，大致可分为循环型蒸发器和单程型蒸发器。
（1）循环型蒸发器
特点：
溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于完成液的浓度。
操作稳定。
此类蒸发器主要有：
中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、外热式蒸发器、列文式蒸发器、强制循环蒸发器。
其中，前四种为自然循环蒸发器。
（2）单程型蒸发器
特点：
溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。
优点：
溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；
温度差损失较小，表面传热系数较大。
缺点：
设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；
不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。
此类蒸发器主要有：
升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、刮板式蒸发器。
本次设计采用的是中央循环管式蒸发器。
结构和原理：
其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。
当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；
而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。
在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。
溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。
这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有"
标准蒸发器"
之称。
为使溶液有良好的循环，中央
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