最新《化工原理课程设计年产量11吨NaOH水溶液蒸发装置的设计》Word文档下载推荐.docx
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评审要素
评审内涵
满分
指导教师实评分
评阅教师实评分
设计说明书，40%
格式规范
设计说明书是否符合规定的格式要求
5
内容完整
设计说明书是否包含所有规定的内容
设计方案
方案是否合理及符合选定题目的要求
10
工艺计算
过程
工艺计算过程是否正确、完整和规范
20
设计图纸，40%
图纸规范
图纸是否符合规范
标注清晰
标注是否清晰明了
与设计吻合
图纸是否与设计计算的结果完全一致
图纸质量
设计图纸的整体质量的全面评价
平时成绩，10%
上课出勤
上课出勤考核
制图出勤
制图出勤考核
答辩成绩，10%
内容表述
答辩表述是否清楚
回答问题
回答问题是否正确
100
综合成绩成绩等级
指导教师评阅教师答辩小组负责人
（签名）（签名）（签名）
年月日年月日年月日
说明:
评定成绩分为优秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69）和不及格（<
60）
1前言…………………………………………………………
（1）
2设计任务……………………………………………………
（2）
2.1设计任务………………………………………………
（2）
2.2操作条件………………………………………………
（2）
3设计条件及设计方案说明…………………………………（3）
4物性数据及相关计算………………………………………（3）
4.1估计各效蒸发量和完成液浓度………………………（3）
4.2估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差…………（4）
4.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算………（7）
4.4蒸发器传热面积的估算………………………………（8）
4.5有效温度的再分配……………………………………（8）
4.6重复上述计算步骤……………………………………（9）
4.7计算结果列表………………………………………（12）
5主体设备计算和说明……………………………………（12）
5.1加热管的选择和管数的初步估计…………………（13）
5.2循环管的选择………………………………………（13）
5.3加热管的直径以及加热管数目的确定……………（13）
5.4分离室直径和高度的确定…………………………（15）
5.5接管尺寸的确定……………………………………（16）
6附属设备的选择…………………………………………（18）
6.1气液分离器…………………………………………（18）
6.2蒸汽冷凝器…………………………………………（18）
7三效蒸发器主要结构尺寸和计算结果…………………（20）
8参考文献…………………………………………………（22）
9后记及其他………………………………………………（22）
10附录…………………………………………………（23）
1前言
蒸发器可广泛用于医药、食品、化工、轻工等行业的水溶液或有机溶媒溶液的蒸发,特别适用于热敏性物料（例如中药生产的水、醇提取液等）。
同时，蒸发操作也可对溶剂进行回收。
蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。
蒸发有它独特的特点：
从传热方面看，原料液和加热蒸气均为相变过程，属于恒温传热；
从溶液特点分析，有的溶液有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合、粘度高，腐蚀性强；
从传热温差上看，因溶液蒸气压降低，沸点增高，故传热温度小于蒸发纯水的温度差；
从泡沫夹带情况看，二次蒸气夹带泡沫。
需用辅助仪器除去；
从能源利用上分析，可以对二次蒸气重复利用……这就要求我们从五个方面考虑蒸发器的设计。
随着工业蒸发技术的发展，蒸发器的结果和型式也不断的改进。
目前，蒸发器大概分为两类：
一类是循环型，包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；
另一类是单程型，包括升膜式、降膜式、升—降膜式等。
这些蒸发器型式的选择，要多个方面综合得出。
现在化工生产实践中，为了节约能源、提高经济效益，很多厂家采用的蒸发设备是多效蒸发。
因为这样可以降低蒸气的消耗量，从而提高蒸发装置的各项热损失。
多效蒸发流程可分为：
并流流程、逆流流程、平流流程以及错流流程。
在选择型式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。
通过上学期学习《化工原理》和本学期学习《化工原理课程设计》，我对蒸发器有了一定的了解和熟悉。
我相信这些基础理论知识能帮助我很好的完成本次课程设计任务。
虽然不可避免地会遇到很多的问题与困难，但是我将在解决问题中收获很多！
我一定认真地完成好，让自己可以有更大的提高！
2.设计任务
2.1设计任务
（1）蒸发器处理能力为年产112000吨NaOH水溶液；
（2）每年按照300天计，每天24小时；
（3）NaOH水溶液的原料浓度为12％，完成液体浓度为30％；
（4）蒸发器的设备形式为中央循环式管式蒸发器；
（5）厂址选为长沙地区。
2.2操作条件
（1）加热汽压力为500kPa（绝热），冷凝器的绝压为20kPa（绝热）；
（2）各效蒸发器的总传热系数分别为
K1=1800W/（m2·
℃）、K2=1200W/（m2·
℃）、K3=600W/（m2·
℃）；
（3）三效蒸发器中各效平均密度依次为
1120kg/m3、1290kg/m3、1460kg/m3；
（4）原料液的比热容为3.77KJ/（Kg/0C），原料液温度为第一效沸点温度；
（5）蒸发器中溶液的液面高度为1.2m；
（6）各效加热蒸发汽的冷凝液在饱和温度下排出，忽略热损失。
3设计条件及设计方案说明
本次设计要求采用中央循环管式蒸发器，在工业上被称为标准蒸发器。
其特点是结构紧凑、制造方便、操作可靠等。
它的加热室由一垂直的加热管束构成，在管束中央有一根直径较大的管子，为中央循环管。
在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，每一效的温差不能小于5～7。
通常，对于沸点升高较大的电解质溶液，应采取2～3效。
由于本次设计任务是处理NaOH溶液。
这种溶液是一种沸点升高较大的电解质，故选用三效蒸发器。
另外，由于NaOH溶液是一种粘度不大的料液，故多效蒸发流程采用并流操作。
多效蒸发器工艺设计的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。
计算的主要项目有：
加热蒸气的消耗量，各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积等。
多效蒸发器的计算一般采用迭代计算法。
4物性数据及相关计算
4.1估计各效蒸发量和完成液浓度
年产量：
112000吨，且每年按照300天计算，每天24小时。
总蒸发量：
因并流加料，蒸发中无额外蒸气引出，可设
4.2估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差
设各效间压力降相等，则总压力差为
各效间的平均压力差为
由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，即
由各效的二次蒸气压力，从手册中可查得相应的二次蒸气的温度和气化潜热列于下表中。
表4.1二次蒸气的温度和气化潜热
效数
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
二次蒸气压力
340
180
二次蒸气温度
（即下一效加热蒸汽的温度）
137.7
116.6
60.1
二次蒸气的气化潜热
（即下一效加热蒸汽的气化潜热）
2155
2214
2355
（1）各效由于溶液沸点而引起的温度差损失
根据各效二次蒸气温度（也即相同压力下水的沸点）和各效完成液的浓度，由水溶液的点杜林线图可查得各效溶液的沸点分别为
则各效由于溶液蒸气压下降所引起的温度差损失为
所以
（2）由于液柱静压力而引起的沸点升高（温度差损失）
为简便计算，以液层中部点处的压力和沸点代表整个液层的平均压力和平均温度，则根据流体静力学方程，液层的平均压力为
所以
由平均压力可查得对应的饱和温度为
（3）由流动阻力而引起的温度差损失
取经验值,即,则
故蒸发装置的总温度差损失为
（4）各效料液的温度和有效总温差
由各效二次蒸气Pi＇及温度差损失，即可由下式估算各效料液的温度，
有效总温度差
由手册可查得500kPa饱和蒸汽的温度为、气化潜热为，所以
4.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算
第Ⅰ效的热量衡算式为
对于沸点进料,，考虑到NaOH溶液浓缩热的影响，热利用系数计算式为
所以
第Ⅱ效的热量衡算式为
对于第Ⅲ效，同理可得
又因为
联解上面各式，可得
4.4蒸发器传热面积的估算
误差为，误差较大，应调整各效的有效温度差，重复上述计算过程。
4.5有效温度的再分配
重新分配有效温度差，可得
4.6重复上述计算步骤
（1）计算各效料液
由所求得的各效蒸发量，可求各效料液的浓度，即
（2）计算各效料液的温度
因末效完成液浓度和二次蒸气压力均不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液的温度仍为,即
则第Ⅲ效加热蒸汽的温度（也即第Ⅱ效料液二次蒸气温度）为
由第Ⅱ效二次蒸气的温度（）即第Ⅱ效料液的浓度（0.196）查杜林线图，可得第Ⅱ效料液的沸点为.有液柱静压力及流动阻力而引起的温度差损失可视为不变，故第Ⅱ效料液的温度为
同理
由第Ⅰ效二次蒸气的温度（）及第Ⅰ效料液的浓度（0.148）查杜林线图，可得第Ⅱ效料液的沸点为。
则第Ⅰ效料液的温度为
第Ⅰ效料液的温度也可由下式计算
说明溶液的各种温度损失变化不大，不需要重新计算，故有效总温度差不变，即
温度差重新分配后各效温度情况列于下表：
表4.2三效蒸发器各效的温度
效次
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
加热蒸汽温度，0C
T1=151.7
T'
1=136.8
2=112.9
有效温度差，0C
料液温度（沸点），0C
t1=143.8
t2=124.5
t3=86.8
（3）各效的热量衡算
第Ⅰ效
第Ⅱ效
第Ⅲ效
又因为
联解上面各式得
与第一次计算结果比较，其相对误差为
计算相对误差均在0.05以下，故各效蒸发量的计算结果合理。
其各效溶液无明显变化，不需要重新计
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