课程设计-蒸发器

过程设备原理课程设计

题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计

学院：制造科学与工程学院

系别: 过程装备与控制工程

班级: 过控1102

学生姓名：周伟

学号： 20116201

指导老师：张健平

设计时间： 2014/7/4

《过程设备原理课程设计》任务书

题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计

一、设计原始数据

（1）设计任务：处理量：7.92×104（吨/年）（7.92×104，9.95×104，1.667×105）；

料液浓度： 4.7% （4.7％，10.6%）质量%；

产品浓度：23.7% （23.7%，30%）质量%；

加热蒸汽温度151 （℃）（151，158.1）；

末效冷凝器的温度49 （℃）（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=1239kg/m3；

3

加热蒸汽压强：500kPa；

冷凝器压强：20kPa；

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。

二、基本要求

（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）绘制工艺流程图及蒸发器设计条件图。

（5）设计结果汇总。

（6）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

（7）编写课程设计说明书。

三、参考资料

[1] 中国石化集团上海工程有限公司等. 化工工艺设计手册（第四版上、下册）. 北京: 化学工业出版社, 2009.

[2]尾范英郎（日）著. 徐忠权译. 热交换设计手册. 北京: 化学工业出版社, 1981.

[3]时钧, 汪家鼎. 化学工程手册. 北京: 化学工业出版社, 1996.

[4]卢焕章. 石油化工基础数据手册. 北京: 化学工业出版社, 1982.

[5]陈敏恒，丛德兹. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京: 化学工业出版社, 2000.

[6]大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连: 大连理工大学出版社, 1994.

[7]柴诚敬, 刘国维, 李阿娜. 化工原理课程设计. 天津: 天津科学技术出版社, 1995.

目录

目录

II

目录

1 设计方案简介 (1)

1.1 设计方案论证 (1)

1.2 蒸发器简介 (1)

2 设计任务 (3)

2.1 估算各效蒸发量和完成液浓度 (3)

2.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差 (3)

2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (6)

2.4 蒸发器传热面积的估算 (7)

2.5 有效温差的再分配 (7)

2.6 重复上述计算步骤 (8)

2.7 计算结果列表 (11)

3 蒸发器的主要结构尺寸的计算 (12)

3.1 加热管的选择和管数的初步估算 (12)

3.2 循环管的选择 (12)

3.3 加热室直径及加热管数目的确定 (12)

3.4 分离室直径和高度的确定 (12)

3.5 接管尺寸的确定 (13)

4 蒸发装置的辅助设备的选用计算 (15)

4.1 气液分离器 (15)

4.2 蒸汽冷凝器的选型设计 (15)

5 评述 (19)

5.1 可靠性分析 (19)

5.2 个人感想 (19)

6 参考文献 (20)

第一章绪论

1 设计方案简介

1.1 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：①各效间压力差大，可省去输料泵；②有自蒸发产生，在各效间不必设预热管；③由于辅助设备少，装置紧凑，管路短，因而温度损失小；④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。

1.2 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40%~100%。加热管长一般为1~2m，直径25~75mm，长径比为20~40。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。其适用于结垢不严重、有少量结晶析出和腐蚀性较小的溶