【正文】 NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計設(shè)計單位：設(shè)計者：設(shè)計日期： 設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計題目NaOH水溶液三效并流加料蒸發(fā)裝置的設(shè)計二、 設(shè)計任務(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溫度，再送進蒸發(fā)器；完成液濃度為40%(wt)。b． 加熱蒸汽壓強為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，每天24小時連續(xù)運行。三、 設(shè)計項目1. 設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及蒸發(fā)器型式進行簡要論述。2. 蒸發(fā)器的工藝計算：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。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. 工藝計算及主體結(jié)構(gòu)計算………………………… 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，溶液濃縮得到濃溶液的過程。蒸發(fā)過程的兩個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)進行，后一部分在冷凝器完成。蒸發(fā)器實質(zhì)上是一個換熱器，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。通常不凝氣體來源有兩個方面，料液中溶解的空氣和系統(tǒng)減壓操作時從周圍環(huán)境中漏入的空氣。料液在蒸發(fā)器中蒸濃達到要求后稱為完成液，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：　　①在加熱蒸汽壓強相同的情況下，減壓蒸發(fā)時溶液的沸點低，傳熱溫差可以增大，當(dāng)傳熱量一定時，蒸發(fā)器的傳熱面積可以相應(yīng)地減??；　?、诳梢哉舭l(fā)不耐高溫的溶液；　　③可以利用低壓蒸汽或廢氣作為加熱劑；　?、懿僮鳒囟鹊停瑩p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，這主要是由于溶液沸點降低，黏度增大，導(dǎo)致總的傳熱系數(shù)下降，同時還要有減壓裝置。單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)根據(jù)二次蒸汽是否用來作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，蒸發(fā)過程分為單效蒸發(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，第一個蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第二個蒸發(fā)器的加熱蒸汽，第二個蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個蒸發(fā)器的加熱蒸汽，以此類推，串聯(lián)蒸發(fā)器的個數(shù)稱為效數(shù)。①多效蒸發(fā)的經(jīng)濟性 多效蒸發(fā)時，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)濟性W/D。如前所述，在若干假定條件下，單效時的W/D約為1。同理，雙效時約為2，三效時約為3，等等?？紤]實際情況，根據(jù)經(jīng)驗，不同效數(shù)時生蒸汽的經(jīng)濟性大致如下表：表11 生蒸汽經(jīng)濟性W/D的經(jīng)驗值效數(shù)單效雙效三效四效五效W/D正由于多效蒸發(fā)時生蒸汽的經(jīng)濟性較高，所以在蒸發(fā)大量水分時廣泛采用多效蒸發(fā)。但上表也說明，當(dāng)效數(shù)增加時，W/D值雖然增加，但并不和效數(shù)成正比。②多效蒸發(fā)的代價首先，多效蒸發(fā)時需要多個蒸發(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，多效蒸發(fā)的設(shè)備費近似和效數(shù)成正比。因此，多效蒸發(fā)時生蒸汽經(jīng)濟性的提高是以設(shè)備費為代價的。其次，當(dāng)生蒸汽的壓力（溫度）和冷凝器的壓力（溫度）給定時，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。換句話說，理論傳熱溫差與效數(shù)無關(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的有效傳熱溫度差，結(jié)果導(dǎo)致多效時的生產(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：①一次進料，一次出料②連續(xù)進料，一次出料工業(yè)上大規(guī)模的生產(chǎn)過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)能力可用單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量來表示。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)強度蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度簡稱蒸發(fā)強度，是指單位時間單位傳熱面積上所蒸發(fā)的水量，kg/(m2h) 若為沸點進料，且不計熱損失，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)強度的途徑