课程设计--NaOH水溶液蒸发装置的设计

化工原理课程设计说明书

设计题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计

设计日期：2012年 6 月 10 日

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目录

一、化工原理课程设计任务书 (3)

二、蒸发器的形式、流程、效数论证 (4)

三、蒸发器工艺设计计算 (5)

四、蒸发器工艺尺寸计算 (13)

五、蒸发装置的辅助设备 (19)

六、课程设计心得 (21)

一、化工原理课程设计任务书

一、设计题目

NaOH水溶液蒸发装置的设计

二、设计任务及操作条件

1、设计任务

处理量： 24000 （kg/h）（6000，7200，24000）

料液浓度： 10.6 （wt%）（4.7％，10.6%，）质量分率

产品浓度： 23.7 （wt%）（23.7%，30%）质量分率

加热蒸汽温度 158.1 （℃）（151，158.1）

末效冷凝器的温度 59.6 （℃）（49，59.6）

2、操作条件

加料方式：三效并流加料

原料液温度：第一效沸点温度

各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060kg/m3，ρ

3=1239kg/m 3

加热蒸汽压强： 500kPa（绝压），冷凝器压强为 20 kPa（绝压）各效蒸发器的总传热系数：K1=1500W/（m2·K），K2=1000W/（m2·K），K3=600W/（m2·K）

各效蒸发器中液面的高度： 1.5m

各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积相等，并忽略热损失。

3、设备型式中央循环管式蒸发器

4、厂址四川绵阳

5、工作日：每年300天，每天24小时连续运行。

三、设计内容：

1、设计方案的简介：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，包括气液分离及蒸气冷凝器等

5、绘制工艺流程图及蒸发器设计条件图

7、设计结果汇总

8、对设计过程的评述和有关问题的讨论

9、编写课程设计说明书。

二、蒸发器的形式、流程、效数论证

1.蒸发器的形式：

中央循环管式

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直接加热和间接加热。直接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。一般工业蒸发多采用这类。

间接加热蒸发器分为循环型和单程型两大类，循环型分为中央循环管式、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央循环管式，因为此循环管结构简单、制造方便、操作可靠、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直接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。对于电解质溶液采用2-3个效数，对于非电解质可采用4-6个。根据情况本次采用多效蒸发器中的三效蒸发器。

多效蒸发器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和错流加料。

并流加料的优点如下

①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动而不需泵送

②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。

③完成液在末效排出，其温度最低，故总的热量消耗较低。

缺点是：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能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变化不大，这种流程适用于粘度随浓度和温度变化较大的溶液蒸发。

缺点有：

①溶液在效间是从低压流向高压的，因而必须用泵输送。

②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。

③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动。适用于蒸发过程中有结晶析出的情况，或要求得到不同浓度溶液的场合。

错流加料流程中采用 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。一般在末效采用并流，但操作比较复杂。

综上所述，本次选用并流加料流程

三、 蒸发工艺设计计算

总蒸发量: W =F (1-3

0x

x )=24000⨯(1-237

.0106.0)=13266 kg/h

因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出,可设

W 1:W 2:W 3=1:1.1:1.2 W=W 1+W 2+W 3=3.3W 1 W 1=3.313266=4020 W 2=1.1×4020=4422 W 3=1.2×4020=4824 x 1=10

W F Fx -=402024000106.024000-⨯=0.127

x 2=210W W F Fx --=49

.13269.12057200106.07200--⨯=0.164 x 3=0.237