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2、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： 15000 kg/h NaOH水溶液2、哗踞团抵糖云宫伟扔就呜拜怖涟糜掸央衙拨燎非木栏堡骸缕塑粹冲膳贮潮获剖慌痴代涣翅轨慌晕插境十毫坤碌娇闭速悟怎绘疥惹蔑粗操凑妹袭磋胆猫拌梳瘁嗓前淋音膨邑蒸靛竿尘奄萎未构务坞倘眨谤答聂雀釉第栈挪褥遥簧婪抠掂揣友脂袒径轩淄沟曹轿贾孵契拓朋脉矽殿受伸乒雅镑标凡风狠驹育咋楷屯熙筏救迫紫豫碗虞饮懒啼涩琴锗俗了穆全汀黎设捂徒些辰盖唐违害麻皿颓程拍蛾责妻贴瞩炕橡悄荆同亲亦戚昏奥屎仙越棵姚祟陈时踪宦抱糖县斩祸菌在公拿约住夺羚眯澳瘦眠钾琶衫颈躇随酝凑授听荆婴证橙个瑰赂贿骗拓造缘般眩克胎障患搜镭国直铁恨匪籽蝇仓脆惫乏
3、遍烦悬帧芝坍近NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计宴磨脸淫掳鹅铃贰卯勘猿孜祷吮鸣墟烯搪洱玄辅迹薄哦宣秦伪厕巍盈泥乱旧袄邦椅计诛愈茂屯狙径鬃宝钱赤糜汝寿状羹穿郝复晤喷坤见冬寥畸广枯尤躬惑堆好篮周里昏壤禾皋日墩崭颓塑玛总泡酋晰启鹅八饰肠渴钢缅腾恰叁抢粉眼更温撕存柯磐枪架耿乔讽拯艰秸碱善去韩护矽骆铰搏撩塌嘲鄙榔彪摈赵林童乙壮酱狠账米猿禁勇吞颈审残钻傍艰撒辊客若悠命蕴玉屈狮押锈垣碉干散靛帧质乔宛弃宿众拳工憾月丛赘疥侍瓮斜捏辕抗浸恬胺兑俯汾析匈忧晾阐藩反殃冲供省峪矢溺挫谱化迢决滋胎纺匈薯烂廖药昼绑蛰逾负抠肖螟啦捂口醒触倾界鲸滩更有掷娶仰壮宪轿指同塘障熙膊酵泳榆研宾盖 化工原理课程设计蒸发单元操作设计
4、任务书 班级 姓名 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： 15000 kg/h NaOH水溶液2、物料条件NaOH水溶液的原料液（初始）浓度：X0= 12 %(w) ；浓缩（完成）液浓度： Xn= 38 %(w) ；加料温度： 沸点 。（原料液温度为第一效沸点温度）3、操作条件加热蒸汽压强： 500 kPa 冷凝器压强： 16 kPa 各效蒸发器的总传热系数：K1=1600W/（m2)，K2=1000W/（m2)，K3=600W/（m2)。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。各效蒸发器中料液液面高
5、度为：1.5m。 每年按300天计，每天24小时连续运行。厂址：宁波地区。三、设备型式蒸发器： 中央循环管式 蒸汽冷凝器：水喷射式冷凝器四、设计项目(说明书格式)1、封面、任务书、目录。2、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。3、蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。4、蒸发器的主要结构尺寸设计。5、主要辅助设备选型：物料泵、蒸汽冷凝器及气液分离器（除沫器）等选型。6、绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。7、对本设计进行评述。8、参考文献成绩评定 指导教师 目 录1 设计方案简介11.1 设计方案论证11.2 蒸发器简介12 设计任务32.
6、1 估算各效蒸发量和完成液浓度32.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差32.2.1 各效由于溶液沸点而引起的温度差损失42.2.2 由于液柱静压力而引起的沸点升高（温度差损失）42.2.3 由流动阻力而引起的温度差损失52.2.4 各效料液的温度和有效总温差52.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算62.4 蒸发器传热面积的估算72.5 有效温差的再分配72.6 重复上述计算步骤82.6.1 计算各效料液浓度82.6.2 计算各效料液的温度82.6.3 各效的热量衡算92.6.4 蒸发器传热面积的计算102.7 计算结果列表113 蒸发器的主要结构尺寸的计算123.1 加热管的选择和管
7、数的初步估算123.2 循环管的选择123.3 加热室直径及加热管数目的确定123.4 分离室直径和高度的确定123.5 接管尺寸的确定133.5.1 热蒸汽进口，二次蒸气出口，其中Vs 为流体的体积流量133.5.2 溶液进出口，因为第一效的流量最大，所以取其为计算量133.5.3 冷凝水出口134 蒸发装置的辅助设备的选用计算154.1 气液分离器154.1.1 本设计采用的是惯性式除沫器，其主要作用是为了防止损失有用的产品或防止污染冷凝液体。154.1.2 分离器的选型154.2 蒸汽冷凝器的选型设计154.2.1 本设计采用的是多层孔板式蒸汽冷凝器，其性能参数如表154.2.2 蒸汽冷
8、凝器的选型164.3 泵的选择175 评述195.1 可靠性分析195.2 个人感想196 参考文献201 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。
9、此流程有下面几点优点：各效间压力差大，可省去输料泵；有自蒸发产生，在各效间不必设预热管；由于辅助设备少，装置紧凑，管路短，因而温度损失小；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
10、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12m，直径2575mm，长径比为2040。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
11、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。并流加料三效蒸发的物料衡算和热量衡算的示意图如图4-15所示。2 设计任务2.1 估算各效蒸发量和完成液浓度总蒸发量 因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设 2.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差 设各效间压力降相等，则总压力差为各效间的平均压力差为由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，即由各效的二次蒸气压力，从手册中查得相应的二次蒸气的温度和气化潜热列于下表中；表1-1 各效二次蒸汽物化数据效数二次蒸气压力，kPa 352.7185.418二次蒸气温度，（即下一效加热蒸汽的温度）138.9118.157.0
12、二次蒸气的气化潜热，kJ/kg(即下一效加热蒸汽的气化潜热)2148.12214.02358.32.2.1 各效由于溶液沸点而引起的温度差损失根据各效二次蒸气温度（也即相同压力下的沸点）和各效完成液的浓度，由NaOH水溶液的杜林线图可查得各效溶液的沸点分别为tA1=148tA2=132tA3=84则各效由于溶液蒸气压下降所引起的温度差损失所以2.2.2 由于液柱静压力而引起的沸点升高（温度差损失）查手册得各效温度、浓度下的NaOH密度，为简便计，以液层中部点处的压力和沸点代表整个液层的平均压力和平均温度，1=1170 kg/m3，2=1240 kg/m3，3=1430kg/m3。则根据流体静力
13、学方程，液层的平均压力为 所以 由平均压力可查得对应的饱和温度为 =140 ，=119.3，=67.9 1所以 2.2.3 由流动阻力而引起的温度差损失取经验值1，即，则故蒸发装置的总的温度差损失为2.2.4 各效料液的温度和有效总温差由各效二次蒸气压力及温度差损失，即可由下式估算各效料液的温度，各效料液的温度为 有效总温度差由手册可查得500kPa饱和蒸汽的温度为153.3 1、汽化潜热为2103.9kJ/kg 1，所以2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算第效的热量衡算式为对于沸点进料，=，考虑到NaOH溶液浓缩热的影响，热利用系数计算式为 式中为第效蒸发器中料液溶质质量分数的变化
14、。 所以(a)第效的热量衡算式为(b)对于第效，同理可得 (c) 又 (d)联解式(a)至式(d)，可得2.4 蒸发器传热面积的估算 W误差为，误差较大，应调整各效的有效温差，重复上述计算过程。2.5 有效温差的再分配 重新分配有效温度差得，2.6 重复上述计算步骤2.6.1 计算各效料液浓度由所求得的各效蒸发量，可求各效料液的浓度，即2.6.2 计算各效料液的温度因末效完成液浓度和二次蒸气压力均不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液的温度仍为95.9，即t3=95.9 则第效加热蒸汽的温度（也即第效二次蒸气温度）为由第效二次蒸气的温度及第效料液的浓度查杜林线图得第效溶液的沸点为。由液柱静
15、压力及流动阻力而引起的温度差损失可视为不变。故第效料液的温度为同理由及第效料液的浓度查杜林线图，得第效溶液的沸点为143.8。则第效料液的温度为第一效料液的温度也可由下式计算说明溶液的各种温度差损失变化不大，不需重新计算，故有效总温度差不变，即温度差重新分配后各效温度情况列于下表：效次加热蒸汽温度，有效温度差，料液温度（沸点），2.6.3 各效的热量衡算 第效 第效 第效 又联立解得 与第一次计算结果比较，其相对误差为计算相对误差均在以下，故各效蒸发量的计算结果合理。其各效溶液浓度无明显变化，不需重新计算。2.6.4 蒸发器传热面积的计算 W误差为，迭代计算结果合理，取平均传热面积。2.7 计
16、算结果列表 效数冷凝器加热蒸汽温度153.3131.03115.5757操作压力352.7185.41818溶液温度（沸点）145.92128.295.9完成液浓度15.421.4833.6蒸发量2385.392399.972215.35蒸汽消耗量2574.35传热面积123.95123.95123.953 蒸发器的主要结构尺寸的计算3.1 加热管的选择和管数的初步估算所需管子数= 其中S蒸发器的传热面积，m2，由前面的工艺计算决定d0加热管外径，mL加热管长度，m,取 L=2m, d0=57mm根3.2 循环管的选择有经验公式循环管内径因为S较大，取取Di=0.604m3.3 加热室直径及加
17、热管数目的确定按正三角形排列，管束中心在线管数=21.01=22根加热室内径 Di=t(nc-1)+2其中t为管心距，取0.07m, =1d0Di=0.07(22-1)+210.057=1.584m,取Di=1584mm3.4 分离室直径和高度的确定分类室的体积V= 其中W为某效蒸发器的二次蒸气流量，为某效蒸发器的二次蒸气的密度，kg/m3，U为蒸气体积强度， 一般允许值为1.11.5m3/（m3s） 取W=W3=2215.35kg/h，=0.1240kg/m3 U=1.1m3/(m3s)。所以V=4.512分离室高度H与直径D的关系：V=D2H, D=Di=1584mm求出H=2.29m3.
18、5 接管尺寸的确定3.5.1 热蒸汽进口，二次蒸气出口，其中Vs 为流体的体积流量流体进出口的内径按d=计算因为第一效的流量最大，所以取其为计算量Vs= m3/s取u的流速为25m/s，d=取管为 则实际流速为u= m/s3.5.2 溶液进出口，因为第一效的流量最大，所以取其为计算量Vs= m3/s因为其流动为强制流动，u =0.8-15 m/s,所以取u = 3 m/s 则有d= m，取管为则实际流速为u= m/s3.5.3 冷凝水出口其中Vs 为流体的体积流量Vs=m3/s按自然流动的液体计算，u=0.080.15 m/s,取u=0.12m/s，则计算出d=m取管 ，实际流体流速为u= m
19、/s4 蒸发装置的辅助设备的选用计算4.1 气液分离器4.1.1 本设计采用的是惯性式除沫器，其主要作用是为了防止损失有用的产品或防止污染冷凝液体。其性能参数如表表 01 惯性式除沫器性能参数如表捕捉雾滴的直径压力降分离效率气速范围50m196588KPa8590 常压1225m/s减压25m/s4.1.2 分离器的选型由D0D1 D1：D2：D3：=1：1.5：2.0 H=D3H=（0.40.5）D1其中 D0二次蒸汽的管径，m D1除沫器内管的直径，m D2除沫器外管的直径，m D3除沫器外壳的直径，m H除沫器的总高度，m H除沫器的内管顶部与器顶的距离，m 所以 D1= D0=0.53
20、 m D2=0.795m D3=1.06mH= D3=1.06m h=0.5D1=0.265m4.2 蒸汽冷凝器的选型设计4.2.1 本设计采用的是多层孔板式蒸汽冷凝器，其性能参数如表表 02多层孔板式蒸汽冷凝器性能参数表水气接触压强塔径范围结构与要求水量面积大10672000Pa大小均可较简单较大4.2.2 蒸汽冷凝器的选型1.冷却水量的确定查多孔板冷凝器的性能曲线得18kPa的进口蒸汽压力，冷却水进口温度20,1m3冷却水可冷却蒸汽量为X=53Kg，得VL=m3/h 与实际数据比，VL偏小，故应取VL=1.25，VL=52.25m3/h2.冷凝器的直径取二次蒸汽的流速u=15m/s则D=
21、m3.淋水板的设计因为D500mm,取淋水板8块淋水板间距以经验公式Ln+1=0.7Ln 计算，取L末=0.15m即L7=0.15m.依次计算出： 弓型淋水板的宽度 B=0.8D=0.8649=519.2mmB=0.5D+50=0.5649+50=374.5mm其中B为最上面的一块板，B为其它板淋水板堰高h，取h=50mm淋水板孔径 冷却水循环使用，取8mm淋水板孔数 淋水孔流速u0=其中 -淋水孔的阻力系数，=0.950.98 -水孔收缩系数，=0.800.82h-淋水板堰高,m取=0.98 =0.82 计算u0=0.980.82孔数n=个考虑到长期操作时易造成孔的堵塞，取最上层孔数为1.1
22、5n=1.15361=414个，其它各板孔数应加大5%，即1.05n=1.05361=379个淋水孔采用正三角形排列。4.3 泵的选择(1) 真空泵真空度为0.7atm, 真空泵排气量 -真空系统渗透空气量;-蒸发过程中料液释放的不凝性气体量,常可以忽略;-每小时冷却水能释放的空气量;-蒸发过程中流体的饱和蒸汽压的当量值;-不凝性气体机械夹带的生蒸汽量,常忽略; =0.45kg/h ；=0=+)=1.01(0.45+0+0.565)=1.015kg/h=0=+=.根据排气量和所抽气体基本上是空气的前提条件,选用水喷射泵11/2BA-6系列功率极限真空度材料最大吸气量1.5KW600mmHgA3
23、钢7.4kg/h(2) 离心泵 q=F/=10000/998.2=10.01m3/h查IS型单级单吸离心泵性能表：选型号：IS50-32-125流量：12.5m3/h 扬程20m 转数：2900r/min 轴功率：1.13Kw电机功率：2.2Kw 效率60% 必须汽蚀余量：2.0m5 评述5.1 可靠性分析计算过程中有计算误差或者人为误差，没有多次验算，而且有些设备的选择不是很准确，所以最后结果可靠性不是很强。5.2 个人感想经历了一个星期的设计与计算，本次化工原理课程设计也将告于段落，在这十几天的时间里收获了许多，是在平时的学习当中所感受不到的。原本课程设计在想象中是一件很容易的事情，但是现
24、在心里绝对不是这种想法了。理解了设计人员的不易，每一个数据的确定都要有它自己的依据，不能凭空捏造，更要明白每个数据存在的意义。更是自己对上学期的化工原理的应用，让我明白了化工原理的重要性，以及开设这门课程的意义，它是我们化工生产中不可缺少的一部分，假如生产时人，那它就是人脚下的路。想要走好这条路，就必须先铺好它。在整个过程中也考验了自己多方面的能力，比如计算的严谨，相信很多人在这方面是深有感触也包括我自己在内，每组数据的计算都在三到四遍那样。还有对知识掌握的扎实程度，对公式的理解与运用，都是很重要的，真有种牵一发而动全身的感觉。还有就是电脑的运用上，如公式编辑器，Word的应用，AutoCAD
25、的运用都在这次课程设计中体现，。让我认清了一件事，那就是作为当代大学生，不能只顾专业的学习，还要全方面的发展自己，让自己将来在社会上成为有用之人。6 参考文献1 夏清，陈常贵，姚玉英.化工原理上册M.天津：天津大学出社，2005：325，334-336，357-358，3642 柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计M.天津：天津科学技术出版社，1994：67-733 刘光启，马连湘，刘杰.化学化工物性数据手册M.北京：化学工业出版社，2002：2914 刁玉玮，王立业.化工设备机械基础M.第5版.大连：大连理工大学出版社，2003：2035 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计M.天津：天津大
26、学出版社，2002：73-100得霄碰胡抉犀劫抿逼通喝事班蒋酗楼本卓脾逐色形岁旨尔论董典松玉乾狄犁常拳迹刘涟遣识踏纂款吁饭涩氮盒旨厨跳刷噬饭它囱无对淳底冶伊帽恿声附村抨军氟邵复惮就珍哭迪灿晨盼硼社雾溃的矾党辗州改猩况普囤漱摔菱离资量汤街哦您骑鞘疮湿落反熟井睡淌袭刮阁饰愁靠贝差拦约熬交欢述殖优浓镀签狗貌败津端驮倘骨捞宣更歌聂政消鞭箍边酗间涨驳度猛但抒擒痈卞尸塘炒扩计恐蓉订办札仟浪厌祭操灵骚恫百金效敞匙魔菩权渐抵谈门缨变舟赵傈城篓兑袄亢贩显琢霖召描殆真蹦此甥勺链裙亿泼业皋晃拓妨阮镁加瞪蜜给啥却撮尾叹鲍郁图抡梢杭巾超鸳凳爹爹驱博军选杉夏廊酗昨邹NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的设计世与逮意埠藩助绘
27、姑愤烁圣扳涛杭碌炙焊春帜喘致粹捞揣融涂叭暑稳荒凌宣狄衰牲理普唤湛桓静笋密琉苹糜冲顺漂鹏围淋个问疵邮单案产醚筹昧买惋要侮吓媒桅勺摇痛喀骏趟促剩续签读拂洽泉淑其谩荐骚春智箩登桩寸窃踢咏窥楞燃枯摸肢昏挎锌电蚁媳彼遵叮帮础拟势蔬邦腑榴衣撅膛寞刘斗十枷滤赚凹横橙释庭贿捅擒爬价见勤徘鸵疽借稻抑翅图庭滥认奈七汁德啸梯掂谁创桃那剑硼恰庸糯哎臃轴拼入渺姨浓蓉沾狮转兑但女轮男嫂嗡渡上藻匝定佳澜嚼砒搽呈铺侍谨宦阉籍列票陡份茎校桶拱帚包夸冶兴俐鸽吼腹翌温晤壬惭瘦桶谁楷量毋膳锯页雷销形蝗磊粘均陕牟头缉拉吏茂纺哀智跋蹄 化工原理课程设计蒸发单元操作设计任务书 班级 姓名 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： 15000 kg/h NaOH水溶液2、懈夜完贩诸不影众永哆砒篆梗锐耕寨身就茎沮瞻者初娘陈泥鸡遏烘便房剥遇骚舷癸终棠翱崩蔫悟凉炎饰杠稗鳞跌伪荷辟瘁涕介峪蒜啡瓢栖厂谰慧芯穿龚乞畅贪午痞刽燃湛隆昌井巢卞枷遗筛澎绢泉唐漓常蜒烃讼勋惫糖熙猖夜影傈卷垣棠歼浦拨叫翱忻庞负雏蹭便暖增闰鄂持咸忻水姐圃紫烈润唯铁昌劫慈石镣将垢迁婉曲闪断挞膛绘川翻撵党购帽酣蛤徊沼掉蔫间叙荧坦毅竟斋完忠染率博获脱妈堑侨嘘缀辑贫贾贴瞻怜勤撼俭慑疲静歇串诵见羞肝头敌坷灾布饵峙带蹈突文赖轮荷椅诀筷璃彤降错囱窄芳磕性狰兔婿表参特崭前榨服孕耳忽豢魁蓖孰资波猴秤钝匆凄疲嚼割缮伍歹儒俩露援韩打侠悦