化工原理课设---蒸发器设计

目录

1.设计任务 (4)

2.设计方案简介 (5)

3.三效并流蒸发设计计算………………………………（６)

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 (24)

8.参考文献…………………………………………………(２5)

9.后记 (26)

10．ＣAD图 (27)

１.设计任务

１.1设计条件

(1)处理能力年产95000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

①ＮａOH水溶液的原料浓度为12%，完成液体浓度为30％,原

料液温度为第一效沸点温度。

②加热汽压力为500Kｐａ（绝热），冷凝器的绝压为２0Kpa（绝热）。

③各效蒸发器的总传热系数分别为

Ｋ1=1８0０W/（m2＊０C)Ｋ2=1200 Ｗ/(ｍ２＊０C）K3＝６0０W/(m2＊０Ｃ）

原料液的比热容为3．７7KJ/(Ｋg/0C），在三效中液体的平均密度分别为１１2０Kg/m3 、12９0 Kg/m3 、1460 Kg/ｍ3。

④蒸发器中溶液的液面高度为１．２m。

⑤各效加热蒸发汽的冷凝液在饱和温度下排出,忽略热损失。

⑥每年按照3０0天计,每天２４小时

⑦厂址:天津地区

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）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: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。

２．２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/ｈ

W—每小时的水份蒸发总量,Ｋg/h

W=F(１-3

0x x )＝2430010950003⨯⨯×（１-30.012

.0）＝7916.7Kg/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:W 3=1： 1.1: １.2

因为W= Ｗ1+ Ｗ２ + Ｗ３ 计算出各效的蒸发量Ｗｉ

W 1=

3

.37

.7916＝2399.0K ｇ/h W 2=１.1×2399．０=263８.９ Ｋg/h W ３ =1.2×23９9.0=2878.8 Kg/ｈ

由（1）式得∑-=)x x 1(F W 3

i

i …………………………………（２)

由(2）式得 ∑-=

i

i W F Fx x 计算出各效的浓度

x 1=10W F Fx -= 0.23994.1319412.04.13194-⨯ = 0.1４67

x 2=

210W W F Fx --＝9

.26380.23994.1319412.04.13194--⨯= 0.１9４１

x 3=０．30

3．2 估计各效液的沸点和有效总温差 设各效间压力降相等，则总压力差为

48020500'

1=-=P -P =∑∆P K ｋPa

各效间的平均压力差为 Δp ｉ=

3p ∑∆＝3

480

=1６0 k Ｐａ 由各效压力差可求得各效蒸发室的压力,即

1P ' =P 1-ΔP ｉ = 500 – １60 ＝34０ k Ｐa