化工原理设计说明书-三效并流蒸发器.docx

设计题目：NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计设计者：设计日期：年月日审核：2009级化工单元操作课程设计任务书一、设计题HNaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计二、设计任务及操作条件1 .处理实力3.96×IO4吨/年NaOiI水溶液2 .设备形式中心循环管式蒸发器3 .操作条件(1) NaOH水溶液的原料液浓度为5%完成液浓度为25%,原料液温度为第效沸点温度，原料液比热为3.7KJ(kgC),各效蒸发器中溶液的平均密度为：P1=IOMkgZm3,P2=1060kgm,.P3=1239kgm,5(2)加热蒸气压强为50OkPa(绝压)，冷凝器压强为15kPa(绝印)：(3)各效蒸发器的总传热系数:Jf1=1500W(1.n2cC),Ky1.OOOW/加2C),K3=6OOW/(m2C);(4)各效蒸发器中页面的高度：1.5叱(5)各效加热蒸气的冷凝液均在饱和温度卜.卜.排出，假设各效传热面枳相等，并忽视热损失：(6)每年按33。天计算,每天24小时运行。三、设计项目(1)设计方案简洁，对确定的工艺流程及蒸发器形式进行简要论述：(2)蒸发器的工艺i1.噌，确定蒸发器的传热面积：C3)蒸发器的主要结构尺寸设计；(4)绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程及蒸发淞设备工艺简图：(5)对本设计的评述书目（一）蒸发器的形式、流程、效数论证（二）工艺计算（三）蒸发器主要工艺尺寸的设计计算（四）设计感想（五）设计图纸(一)蒸发器的形式、流程、效数论证1 .蒸发器的形式：中心循环管式2 .蒸发器的流程：三效并流加料3 .效数论证：在工业中常用的加热方式有干脆加热和间接加热。干脆加热的优势是传热速率高，金属消耗量小。劣势是应用范围受到被蒸发物料和蒸发要求的限制；间接加热是热量通过间壁式换热设备传给被蒸发溶液而使溶液气化。一般工业蒸发多采纳这类。间接加热蒸发器分为循环型和单程型两大类，循环型分为中心循环管式、悬挂筐式、外加热式、列文式及强制循环式：单程型有升膜式、降膜式、升降模式及刮板式。本次选用循环性的中心循环管式，因为此循环管结构简洁、制造便利、操作牢靠、投资费用较少等优点。蒸发器的类型一般有单效蒸发和多效蒸发，单效蒸发是蒸发装置中只有一个蒸发器，蒸发时产生的二次蒸汽干脆进入冷凝器不再利用；多效蒸发器是将几个蒸发器串联操作，使蒸汽的热能得到多次利用，蒸发器的串联个数称谓效数。多效蒸发器的效数受到经济和技术的限制。对于电解质溶液采纳2-3个效数，对于非电解质可采纳4-6个。依据状况本次采纳多效蒸发器中的三效蒸发器。多效蒸发器的流向一般布.并流加料、逆流加料、分流加料和错流加料。并流加料的优点如下溶液从压强和温度高的蒸发器流向压强和温度低的蒸发器，溶液可依靠效间的压差流淌而不需泵送溶液进入温度和压强较低的下一效时处于过热状态，因而会产生额外的气化，得到较多的二次蒸汽。完成液在末效排出，其温度最低，故总的热量消耗较低。玦点是：由于各效中溶液的浓度依次增高，而温度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加热室的传热系数依次下降，这将导致整个蒸发装置生产实力的下降或传热面积的增加。由此可见并流加料流程只适用于黏度不大的料液的蒸发。逆流加料优点是：溶液浓度在各效中依次增高的同时，温度也随之增高，因而各效内溶液的黏度改变不大，这种流程适用于粘度随浓度和温度改变较大的溶液蒸发。缺点有：溶液在效间是从低压流向高压的，因而必需用泵输送。溶液在效间是从低温流向高温，每一效的进料相对而言均为冷液，没有自蒸发，产生的二次蒸汽量少于并流流程。完成液在第一效排出，其温度较高，带走热量较多而且不利于热敏性料液的蒸发。分流加料其特点是溶液不在效间流淌。适用于蒸发过程中有结晶析出的状况，或要求得到不同浓度溶液的场合。错流加料流程中采纳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优点。一般在末效采纳并流，但操作比较困难。综上所述，本次选用并流加料流程(一)工艺设计1 .估算各效蒸发量和完成液浓度总蒸发量：3. 96×IO4吨/年=3.96×104÷330÷24=5000/7/11z=7(1.-)=5000×(I-黑)=4000修因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设W,:咚Wz,=1.0:1.1:1.2W=B+%+Jy,=3.3B解得忆=翳=1212kg/hW,=22×.1=1333Wz3=1212X1.2=1454版/5OOO×O.O55000-1212=0.066F-VV1-U<5000x0.055(M)O-1212-1333=0.102=0252 .估算各效溶液的沸点和有效温度差设各效间压强降相等，则总压强为：ZAP=PJ-Pk=500-15=485kPa各效间的平均压强差为yp由各效的二次蒸汽压强，从书中查的相应的二次蒸汽温度和比汽化给列于卜表中：数参数j-j123二次蒸汽压强P,kPa33917815二次蒸汽温度T；,C（即下一效加热蒸汽温度）137.6116.253.5二次蒸汽的比汽化熔号，七爪即下效加热蒸汽的比汽化的）215522152370（D各效由于溶液的蒸汽用下降所引起的温度差损失依据各效的二次蒸汽温度T；（亦即相同压强下水的沸点）和各效完成液的浓度匕，由NaoH水溶液的杜林线图查的各效溶液的沸点心”分别为:G.1=138.5Czt2=123.13=65.3*C则各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失为A1.=Gj-T；=138.5-137.6=0.9C2=.2-2=123.1-116.2=6.9,C3=G.3-工；=65.3-53.5=11.8'C所以=0.9+6.9+11.8=19.5C(2)各效由于溶液静JK强所引起的温度差损失APp.Pg1.依据PM=P+得pn,=339×10a+1°14×81×15=346×10,Pa=346kPaPw.2=178×1Oj+1.06081.-1.5=186×IO3Pa=186kPaP,.3=15×10t+12-8121J.5=24×10Pa=24kPa依据各效溶液的平均压强，由书中查得对应的饱和温度为：7；,.!=138.3,C乙,2=117.6C!”,3=65.OC从而得A；=TTI=138.3-137.6=0.7'C2=,2-=117.6-116.2=1.4*Ca3=m,3-n=65.0-53.5=11.5,C所以="1+'2+5=0.7+1.4+11.5=13.6r(3)由于流体阻力产生压强降所引起的温度差损失依据阅历取1.=2=3=1.,c所以=A；+2+''=3?(4)各效溶液的沸点和有效总温度差溶液的沸点t=7+i=137.6+0.9+0.7+1=140.2VG=7,2+2=116.2+6.9+1.4+1=125.5Cr3=73+3=53.1+11.8+11.5+1=77.3*C有效总温度差r=(-7ij-=(151.7-53.5)-(19.5+13.6+3)=62.1*C3 .加端蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算.第一效的均衡量式为：口国+生也旬因沸点进料，故=/|D.r.wi=h-u-14%=0.98-0.7X(1-X0)=0.98-0.7X(0.066-0,05)=0.968881.z2113xRW1.=0.96888×-9s-=0.9499D1（八）其次效的焰衡量式为：悭+(-G"J1.r2G72=O.98-0.7×(X2-x)=0.98-0.7X(0.102-0.066)=0.9548查表得CPM=4.282kj(kg'C)2155×W.(5000×3.7-4.282×W.)(140.2-125.5)'=0.9548r15+痂=0.9018%+117.2=0.8566D1+117.2(b)第三效的的衡量式为：吗=吗4+(FCP0-叱CPMf二叫CPM)(t2G)%=0.98-0.7X(.X3-X2)=0.98-0.7X(0.25-0.102)=0.8764查表得>w2=4.245kj(kg°C)2215×VV,(5000×3.7-4.282×V½-4.245×IK)(125.5-77.3)=08764+,1.23702370.=0.8764(0.9346吗+376.3-0.087IW1.-0.0863吗)=0.7435W2+329.8-0.0763W1.=0.7435×(0.8566A+117.2)+329.8-0.0763×0.9499W1=0.5644D1+416.9(c)%+%+吗=4000联立（八）、(b).(c)、(c1.)式，解得D1.=1462kghW1.=1389kghW2=i369kgh=1242kgh4 .估算蒸发器的传热面积KM2=。跖=1462X2113=3089206WQ2=叱）=1389X2155=2993295W。3=%G=1369X2215=3032335W=7-=151.7-140.2=11.5,Cr2=T2-t2=Ti-r2=137.6-125.5=12.1*C4=73-z3-G=116.2-77,3=38.9,ce_Q1.3089206°02J1.而=500x115-5=49.75"C-Qi2993295a.22-落=15T35=6872"S-Q1.-30323352*一KQq=丽菽35=36.08加误差估并1-SminSmax<0.051-=0.47>0.0568.72所以需调整各效的有效温度差5.履新安排各效的有效温差-Sj+5->,+S3一邙1.C49.75×11.5+68.75×12.1+36.08X38.93=11.5+12.1+38.9a/-oIf49.75.1.甑一了M=五及1.1.5=274CXii.5=852CS44.92曲b八Af'-邑Ar49.75-C73=X11.5=Ri94*CS44.9231zic6.重复上述计算步（1）由所求得的各效蒸汽量.求各效溶液的浓度。他们分别为：75OOO×O.O5"'-F-W1=5000-1389=0-069二FXO5000x0.052F-IV1-VV2=5000-1389-1369=0-112X3=0.25（2）计算备效溶液沸点因木效完成液浓度和二次蒸汽压强不变，各种值度差损失可视为恒定，故木效溶液的沸点不变。则第三效加热蒸汽温度（即其次效二次蒸汽温度）为：='=r3+r3=77.3+31.24=108.5,C由其次效的二次蒸汽温度丁；及占查杜林线图得其次效溶液的Cu，且由于NIN静压强引起的温差损失及由于流体阻力引起的温差损失A可视为不变，故其次效溶液的沸点为：G=J2+6+A；