化工原理课程设计说明书-NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计

内蒙古工业大学课程设计任务书

课程名称：化工原理学院：化工学院班级：化学工程与工艺09-2班

学生姓名：袁海威学号：200920508050 指导教师：张红霞

2009级化工单元操作课程设计任务书一、设计题目

NaOH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.处理能力 3.96×104吨/年NaOH水溶液

2.设备形式中央循环管式蒸发器

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

一效沸点温度，原料液比热为3.7KJ(kg·℃)，各效蒸发器中溶液的平均密度为：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060 kg/m3，ρ3=1239 kg/m3；

(2)加热蒸气压强为500kPa（绝压），冷凝器压强为15 kPa（绝压）：

(3)各效蒸发器的总传热系数：Ｋ1=1500Ｗ/(m2·℃)，Ｋ2=1000Ｗ/(m2·℃)，

Ｋ3=600Ｗ/(m2·℃)；

（4）各效蒸发器中页面的高度：1.5m；

（5）各效加热蒸气的冷凝液均在饱和温度下下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失；

（6）每年按330天计算，每天24小时运行。

三、设计项目

（1）设计方案简单，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NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程及蒸发器设备工艺简图；

（5）对本设计的评述

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目录

（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......................................

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（一）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。

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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。

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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

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（二）工艺设计

1.估算各效蒸发量和完成液浓度

总蒸发量：

3.96×104吨/年=3.96×104÷330÷24=5000kg/h

Ｗ＝Ｆ(1-1

0x x )＝5000×（1-32.01.0）＝3437.5kg/h 因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设

Ｗ1: Ｗ2: Ｗ3＝1.0:1.1:1.2

Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2＋Ｗ3＝3.3Ｗ1

解得

Ｗ1＝3

.35.3437＝1041.67 kg/h Ｗ2＝1041.67×1.1＝1145.837kg/h

Ｗ3＝1041.67×1.2＝1250.004kg/h

1x ＝10W F Fx -＝67.104150001.05000-⨯＝0.126

2x ＝210W W F Fx --＝837.114567.104150001.05000--⨯＝0.178

3x ＝0.32

2.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：

∑∆P ＝k P -P 1＝600-15＝585 kPa

各效间的平均压强差为

i ∆P ＝3∑∆P ＝

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585＝195 kPa 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焓列于下表中：

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