【正文】 NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)單位：設(shè)計(jì)者：設(shè)計(jì)日期： 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、 設(shè)計(jì)題目NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 104噸/年NaOH水溶液 蒸發(fā)器a． NaOH水溶液的原料液濃度為10%(wt) ，溫度為35℃，用預(yù)熱器加熱至第一效沸點(diǎn)溫度，再送進(jìn)蒸發(fā)器；完成液濃度為40%(wt)。b． 加熱蒸汽壓強(qiáng)為500kPa（絕壓），末效為真空，（絕壓）。c． 各效傳熱系數(shù)分別為：K1=3000 W/(m2℃)K2=1500 W/(m2℃)K3= 750W/(m2℃)d． 各效蒸發(fā)器中的液面高度：。e． 各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失。f． 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。三、 設(shè)計(jì)項(xiàng)目1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及蒸發(fā)器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。2. 蒸發(fā)器的工藝計(jì)算：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。3. 蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。4. 主要輔助設(shè)備選型，包括預(yù)熱器、汽液分離器及蒸汽冷凝器。5. 繪制NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器總裝配圖。目錄1. 概述………………………………………………… 1 …………………………… 1 ………………………… 5 ………………………… 102. 工藝計(jì)算及主體結(jié)構(gòu)計(jì)算………………………… 11 ………………………… 11 ……………… 11 …………………………… 13……………………… 233. 蒸發(fā)裝置輔助設(shè)備選型…………………………… 304. 探索使用Aspen Plus設(shè)計(jì)蒸發(fā)器方法……………335. 后記………………………………………………… 35概述蒸發(fā)是將非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液加熱沸騰，使溶劑氣話(huà)，溶液濃縮得到濃溶液的過(guò)程。蒸發(fā)過(guò)程的兩個(gè)必要組成部分是加熱溶劑使水蒸氣汽化和不斷除去汽化的水蒸氣，前一部分在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行，后一部分在冷凝器完成。蒸發(fā)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)換熱器，由加熱室和分離室兩部分組成，加熱室通常用飽和水蒸氣加熱，從溶液中蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣在分離室分離后從蒸發(fā)器引出，為了防止液滴隨蒸汽帶出，一般在蒸發(fā)器頂部設(shè)有氣液分離用的除沫裝置從蒸發(fā)器蒸出的蒸汽稱(chēng)為二次蒸汽，在多效蒸發(fā)中，二次蒸汽用于下一效的物料加熱。冷卻水從冷凝器頂加入，與上升的蒸汽接觸，將它冷凝成水從下部排出，不凝氣體從頂部排出。通常不凝氣體來(lái)源有兩個(gè)方面，料液中溶解的空氣和系統(tǒng)減壓操作時(shí)從周?chē)h(huán)境中漏入的空氣。料液在蒸發(fā)器中蒸濃達(dá)到要求后稱(chēng)為完成液，從蒸發(fā)器底部放出，是蒸發(fā)操作的產(chǎn)品。根據(jù)各種物料的特性和工藝要求，蒸發(fā)過(guò)程可以采用不同的操作條件和方法。常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)根據(jù)操作壓力不同，蒸發(fā)過(guò)程可以分為常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)，常壓蒸發(fā)是指冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力為大氣壓或略高于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝氣依靠本身的壓力從冷凝器排出。減壓蒸發(fā)冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力低于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝氣需用真空泵抽出。減壓蒸發(fā)較常壓蒸發(fā)具有如下優(yōu)點(diǎn)：　?、僭诩訜嵴羝麎簭?qiáng)相同的情況下，減壓蒸發(fā)時(shí)溶液的沸點(diǎn)低，傳熱溫差可以增大，當(dāng)傳熱量一定時(shí)，蒸發(fā)器的傳熱面積可以相應(yīng)地減?。弧　、诳梢哉舭l(fā)不耐高溫的溶液；　?、劭梢岳玫蛪赫羝驈U氣作為加熱劑；　　④操作溫度低，損失于外界的熱量也相應(yīng)地減小。但是，減壓蒸發(fā)也有一定的缺點(diǎn)，這主要是由于溶液沸點(diǎn)降低，黏度增大，導(dǎo)致總的傳熱系數(shù)下降，同時(shí)還要有減壓裝置。單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)根據(jù)二次蒸汽是否用來(lái)作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，蒸發(fā)過(guò)程分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)中加熱蒸汽在冷凝器中用水冷卻排出。多效蒸發(fā)中，第一個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，第二個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，以此類(lèi)推，串聯(lián)蒸發(fā)器的個(gè)數(shù)稱(chēng)為效數(shù)。①多效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性 多效蒸發(fā)時(shí)，除末效外，各效的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽加以利用，因而和單效相比，相同的生蒸汽量D可蒸發(fā)更多的水量W，亦即提高了生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性W/D。如前所述，在若干假定條件下，單效時(shí)的W/D約為1。同理，雙效時(shí)約為2，三效時(shí)約為3，等等。考慮實(shí)際情況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不同效數(shù)時(shí)生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性大致如下表：表11 生蒸汽經(jīng)濟(jì)性W/D的經(jīng)驗(yàn)值效數(shù)單效雙效三效四效五效W/D正由于多效蒸發(fā)時(shí)生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性較高，所以在蒸發(fā)大量水分時(shí)廣泛采用多效蒸發(fā)。但上表也說(shuō)明，當(dāng)效數(shù)增加時(shí)，W/D值雖然增加，但并不和效數(shù)成正比。②多效蒸發(fā)的代價(jià)首先，多效蒸發(fā)時(shí)需要多個(gè)蒸發(fā)器，為便于制造和維修，各蒸發(fā)器的傳熱面積常相同，此時(shí)，多效蒸發(fā)的設(shè)備費(fèi)近似和效數(shù)成正比。因此，多效蒸發(fā)時(shí)生蒸汽經(jīng)濟(jì)性的提高是以設(shè)備費(fèi)為代價(jià)的。其次，當(dāng)生蒸汽的壓力（溫度）和冷凝器的壓力（溫度）給定時(shí)，不論單效或多效蒸發(fā)，其理論傳熱溫度差均為Δtr=TT′ 。這里，T和T′分別為加熱蒸汽和冷凝器處二次蒸汽的溫度。換句話(huà)說(shuō)，理論傳熱溫差與效數(shù)無(wú)關(guān)，多效蒸發(fā)只是將上述傳熱溫度差按某種規(guī)律分配至各效。而且，多效蒸發(fā)的每一效都存在沸點(diǎn)上升或傳熱溫度差損失，因而各效有效傳熱溫度差之和——總有效傳熱溫度差必然小于單效時(shí)的有效傳熱溫度差，結(jié)果導(dǎo)致多效時(shí)的生產(chǎn)能力小于單效。間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)間歇蒸發(fā)有兩種操作方法：①一次進(jìn)料，一次出料②連續(xù)進(jìn)料，一次出料工業(yè)上大規(guī)模的生產(chǎn)過(guò)程通常采用的是連續(xù)蒸發(fā)。 （一）蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與生產(chǎn)強(qiáng)度蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力可用單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量來(lái)表示。由于蒸發(fā)水分量取決于傳熱量的大小，因此其生產(chǎn)能力也可表示為 —蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力，kg/h；—蒸發(fā)器的傳熱速率，kJ/h；—操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg；蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度簡(jiǎn)稱(chēng)蒸發(fā)強(qiáng)度，是指單位時(shí)間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水量，kg/(m2h) 若為沸點(diǎn)進(jìn)料，且不計(jì)熱損失，根據(jù)，則 由上式可知，若蒸發(fā)操作的壓力一定，則二次蒸氣的汽化熱r‘也可視為常數(shù)，因此，欲提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度，主要途徑是提高總傳熱系數(shù)K和傳熱溫度差Δtm（T－t1）。前者，上面已述。提高傳熱溫度差的方法: 采用真空蒸發(fā)或選用高溫?zé)嵩?，如高溫?dǎo)熱油、熔鹽或用電加熱等。提高蒸發(fā)強(qiáng)度的途徑