(最新整理)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

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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：ρ

=1014kg/m3，ρ2=1060 kg/m3，ρ3=1239 kg/m3；

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(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 ＝3

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: