NaOH水溶液三效并流加料的蒸发装置——化工原理课程设计.doc

1、中南大学化工原理课程设计 设计题目 NaOH水溶液三效并流加料的蒸发装置学 院 化学化工学院专业班级 高级工程人才实验班学生学号 1507110128学生姓名 姚玉婷指导老师 邱运仁目 录1. 设计任务（3）2. 设计方案简介（4）3. 三效并流蒸发设计计算（5）4. 蒸发器的主要结构尺寸的计算（16）5. 蒸发装置的辅助设备的选用计算（19）6. 三效蒸发器结构尺寸确定（21)7. 附图（23)8. 参考文献（25）9. 后记（26）10CAD图（27）1.设计任务1.1设计条件 （1）处理能力 年产30000吨NaOH水溶液 （2）设备形式 中央循环式管式蒸发器 （3）操作条件NaOH水溶

2、液的原料浓度为10，完成液体浓度为40，原料液温度为第一效沸点温度。加热汽压力为500Kpa（绝热），冷凝器的绝压为15.5kpa热）。各效蒸发器的总传热系数分别为K1=3000 W/（m2*0C） K2=1500 W/（m2*0C） K3=750 W/（m2*0C）蒸发器中溶液的液面高度为2m。各效加热蒸发汽的冷凝液在饱和温度下排出，忽略热损失。每年按照330天计，每天24小时1.2附加说明 （1）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 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积 （3）蒸发器的主要结构尺寸设计 （4）主要辅助设备选型，包括气液分离器及蒸汽冷凝器等。 （5）

3、绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设备工艺简图 （6）对本设计进行评述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，以节约蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性。目前根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。本设计根据任务和操作条件的实际需要，采用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动。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，过料时有闪蒸出现。此流程有下面几点优点：各效

4、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；由于辅助设备少，装置紧凑，管路短，因而温度损失小；装置操作简便，工艺条件稳定，设备维修工作减少。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发展，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。根据溶液在蒸发中流动情况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。还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

5、六十余种，其中最主要的型式仅十余种。本设计采用了中央循环管式蒸发器，下面就其结构及特点作简要介绍。中央循环管式蒸发器（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，管束中央有一根直径较大的管子叫做中央循环管，其截面积一般为加热管束截面积的40100。加热管长一般为12m，直径2575mm，长径比为2040。其结构紧凑、制造方便、操作可靠，是大型工业生产中使用广泛且历史长久的一种蒸发器。至今在化工、轻工等行业中广泛被采用。但由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/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方便。其

6、适用于结垢不严重、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计算3.1估计各效蒸发量和完成液浓度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=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因为W= W1+ W2 + W3 计算出各效的蒸发量WiW1=861Kg/hW2=947Kg/hW3 =1033Kg/h由（1）式得 （2） 由（2）式得 计算出各效的浓度= = x3=0.4.估计各效液的沸点和有效总温差设各效间压力降相等，则各效间的平均压力差为（3） 式中 各效加热蒸汽压力与二次蒸汽压

7、力之差，； 第效加热蒸汽的压力，； 末效冷凝器中的压力，。则，平均压力差： 各效压力差可求得各效蒸发室的压力，即： 表1 有关资料列表效数二次蒸气压力, kPa338.517715.5二次蒸气温度Ti，(即下一效加热蒸汽温度)137.6116.354.6二次蒸气的气化潜热ri，KJ/Kg(即下一效加热蒸气的氢化热)215622152367.求各效因溶液沸点而引起的温度损失 根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tAi分别为tA1= 104.2 tA2 = 107.4 tA3= 128.4 则各效由于溶液沸点比水的沸点升高而引起的温差损失（4）（5

8、）1常 =4.22常 = tA2 T2=7.4 3常= tA3 T3=28.4 1=5.3 2=8.23=20.9= 5.3+ 8.2 + 20.9 = 34.4.求由于液柱静压力而引起的温度损失为方便起见，以液层中点处压力和沸点代表整个液层的平均压力和平均温度，根据流体静力学方程，液层的平均压力Pav = Pi + （其中l为液面高度，m）（6）所以 kPa kPa kPa由平均压力查得对应饱和温度为T Pav1 =138.8 T Pav2 =118.5 T Pav3=68.9所以 1= T Pav1 T1 = 138.8 137.6 = 1.2 2= T Pav2 T2 = 118.5 1

9、16.3 = 2.2 3= T Pav3 T3 = 68.9 54.6 = 14.3 故 = 1.2 +2.2 + 14.3= 17.7.由流动阻力引起的温差损失 取经验值1，即1=2=3 =1 ，则=3综合(1)(2)(3)步得总温度损失=+ + =34.4+17.7+3= 55.1.各效料液的温度和有效总温差各效温度损失i=1+1+ 1得1=1+1+1= 5.3+ 1.2+1=7.52=2+2+2=8.2+2.2+1=11.43=3+3+3=20.9+14.3+1=36.2各效料液的温度为 由ti=Ti+i t1=T1+1=137.6+7.5= 145.1 t2=T2+2=116.3+11

10、.4 = 126.9 t3=T3+3=54.6+36.2= 90.83. 加热蒸气消耗量和各效蒸发水量的初步计算 由热量衡算式Qi=Diri=(Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpw)(ti-ti-1)+Wi+（7）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), 热损失量,K由(7)式两边同时除以得: Wi=Diri/ +(Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpw)(ti

11、-ti-1)/ - /（8）由式(8)去掉- /,乘以热利用系数i，表示上式得:Wi=iDiri/ +( Fcp0-W1cpw-W2cpw-Wn-1cpw)(ti-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 (b) 同理得第效 (c) 又 W1+W2+W3=2841 (d)联解式(a)至(d),可得W1=1000.88Kg/h W2=991.85Kg/hW3=848.27 Kg/h D1=1064.77Kg/h .蒸发器传热面积估算 (9)式中 第效的传热面积，； 第效的传热速率，； 第效的传热系数，； 第效的传热温差，C。则： 误差，误差较大，应调整各效的有效温差，使三个蒸发器的传热面积尽量相等，重复上述计算过程。.有效温差的再分配取平均面积 若Q不变， 重新分配有效温差得： .重复上述步骤. 计算各效料液的质量分数 . 计算各效料液温度因末效完成液浓度和二次蒸发汽压力均不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液温度仍为90.8即 t3=90.8则第效加热蒸气的温度为 T3=T2= t3+t3= 90.8+24.5=115