【正文】 , 四川理工學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 75Kt/a燒堿蒸發(fā)工段工藝設(shè)計(jì)學(xué) 生：吳斌華 學(xué) 號(hào)：08032050214 專 業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù)班 級(jí)： 指導(dǎo)教師：向群 四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程系二OO一O年六月 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄目 錄 摘要 1概述 3 3 3 4 4 7 7 8 8 8 9 9 9 10 第一效物料衡算 11 12 13 14 估計(jì)各效二次蒸汽壓力 14 溶液中因溶質(zhì)濃度引起的溫度損失 15 15 15 15 15 蒸發(fā)水量 16 總的有效溫差及在各效中的分配 17 17 17 22 24 I 計(jì)算各效加熱面積 25 最終計(jì)算結(jié)果 264蒸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)計(jì)算 27 27 27 27 27 28 28 29 33 335設(shè)備一覽表 34設(shè)計(jì)評(píng)述 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37附 38 II四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要摘 要 隔膜法電解制得的11%的堿液，采用三效順流蒸發(fā)使堿液濃度達(dá)到32%的要求。本設(shè)計(jì)通過對(duì)整個(gè)蒸發(fā)過程進(jìn)行總物料衡算，各效物料衡算，溫差損失計(jì)算，熱量衡算，并進(jìn)行多次迭代后達(dá)到一定的誤差要求后算得各效的傳熱面積。用物料計(jì)算的結(jié)果并綜合考慮能耗和總費(fèi)用等問題，對(duì)工藝過程進(jìn)行一定的改進(jìn)和優(yōu)化后，再對(duì)設(shè)備的主要工藝尺寸進(jìn)行計(jì)算，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，選出適合的設(shè)備。最后繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，見附圖。關(guān)鍵字：蒸發(fā)器，三效順流，燒堿蒸發(fā) 1 Abstract Diaphragm electrolysis was 11% of the lye, the use of threeeffect evaporation of the alkali concentration downstream 32% of the requirements. The design of the evaporation process by the total mass balance, the effective material balance, temperature loss calculations, heat balance, and multiple iterations required to achieve a certain degree of error is considered after the effective heat transfer area. The calculated results with the material and considering issues such as energy consumption and total cost of process improvement and optimization of a certain, then the main process on the size of the device calculated to meet the design requirements。 design and selection of auxiliary equipment to select the appropriate equipment. Finally, with control points to draw out the flow chart, see attached. Keywords: evaporator, threeway downstream, caustic soda evaporation 朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典 2四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 概述 述蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì)（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中較為常見的單元操作?；どa(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：(1)獲得濃縮的溶液產(chǎn)品；(2)將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、抗生素、糖等產(chǎn)品；(3)脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸發(fā)器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種循環(huán)流動(dòng)，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。蒸發(fā)器內(nèi)備有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當(dāng)形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應(yīng)將其在冷凝器中加以　冷凝。蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做二次蒸汽。按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，并把若干個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）、在低壓下操作，溶液沸點(diǎn)較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳熱面積；（2）、可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（3）、有利于對(duì)熱敏性物料的蒸發(fā)；（4）、操作溫度低，熱損失較小。在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。 3蒸發(fā)時(shí)間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點(diǎn):(1)沸點(diǎn)升高 蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點(diǎn)高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點(diǎn)的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時(shí)的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑臒釡夭睿胰芤旱臐舛仍礁?，這種影響也越顯著。（2）物料的工藝特性 蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時(shí)可能析出晶體，或易于結(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強(qiáng)的腐蝕性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題。（3）節(jié)約能源 蒸發(fā)時(shí)汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個(gè)問題。 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時(shí)需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。 蒸發(fā)設(shè)備主要包括蒸發(fā)器，冷凝器和除沫器，工業(yè)上需要蒸發(fā)的物料有多種，它們的物性各不相同，為了適應(yīng)不同物料的加工要求，形成了多種形式的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是由加熱室和分離室兩部分構(gòu)成。加熱室中通常用飽和水蒸氣加熱，從溶液中蒸發(fā)出的二次蒸汽在分離室中與溶液分離后引出。蒸發(fā)器頂部設(shè)有除沫器，用以分離被氣流夾帶的液滴。二次蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝后直接排除。蒸發(fā)操作有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)兩種方式。若對(duì)產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而是直接送往冷凝器被除去，為單效蒸發(fā)；若把在高壓下的蒸發(fā)器內(nèi)的二次蒸汽直接送往另一壓力較低的蒸發(fā)器中作為加熱蒸汽，如此類推，把多個(gè)操作壓力大小不同，并按順序排列的蒸發(fā)器連接起來，可組成多效蒸發(fā)。本設(shè)計(jì)采用的是三效并流蒸發(fā)。 由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)情況，大致可分為以下兩大類[1]：（1）循環(huán)型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動(dòng)，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有：也是標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器，它的加熱室由垂直管束組成，中間有一根直徑很大的中央循環(huán)管，其余管徑較小的加熱管稱為沸騰管。由于中央循環(huán)管較大，其單位體積溶液占有的傳熱面，比沸騰管內(nèi)單位溶液所占有的要小，即中央循環(huán)管和其它加熱管內(nèi)溶液受熱程度不同，從而沸騰管內(nèi)的汽液混合物的密度要比中央循環(huán)管中溶液的密度小，加之上升蒸汽的向上的抽吸作用，會(huì)使蒸發(fā)器中的溶液形成由中央循環(huán)管下降、由沸騰管上升的循環(huán)流動(dòng)。這種循環(huán)，主要是由溶液的密度差引起，故稱為自然循環(huán)。這種作用有利于蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果的提高。 　　為了使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積一般為其它加熱管總 4截面積的40～100%；加熱管高度一般為1～2m；加熱管直徑在25～75mm之間。這種蒸發(fā)器由于結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。但是由于結(jié)構(gòu)上的限制，循環(huán)速度不大。加上溶液在加熱室中不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液的沸點(diǎn)高，有效溫度差就減小。這是循環(huán)式蒸發(fā)器的共同缺點(diǎn)。此外，設(shè)備的清洗和維修也不夠方便，所以這種蒸發(fā)器難以完全滿足生產(chǎn)的要求。 ：為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結(jié)晶、易結(jié)垢且不易清洗等缺點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更合理的改進(jìn)，這就是懸筐式蒸發(fā)器。加熱室懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，并且以加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁之間的環(huán)形孔道代替中央循環(huán)管。溶液沿加熱管中央上升，而后循著懸筐式加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間的環(huán)隙向下流動(dòng)而構(gòu)成循環(huán)。由于環(huán)隙面積約為加熱管總截面積的100至150%，故溶液循環(huán)速度比標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器為大。此外，這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進(jìn)行檢修或更換，而且熱損失也較小。它的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面積的金屬消耗較多。 ： 上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器，其循環(huán)速度不夠大。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結(jié)晶或結(jié)垢嚴(yán)重的溶液，并提高溶液循環(huán)速度以延長(zhǎng)操作周期和減少清洗次數(shù)。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在加熱室上增設(shè)沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不在加熱管內(nèi)沸騰，直到上升至沸騰室內(nèi)當(dāng)其所受壓力降低后才能開始沸騰，因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室，從而避免了結(jié)晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。另外，這種蒸發(fā)器的循環(huán)管的截面積約為加熱管的總截面積的2～3倍， m/s以上，故總傳熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是液柱靜壓頭效應(yīng)引起的溫度差損失較大，為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外，設(shè)備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠房等。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外，在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時(shí)，還采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中，溶液的循環(huán)主要依靠外加的動(dòng)力，用泵迫使它沿一定方向流動(dòng)而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的明顯缺點(diǎn)是能量消耗大，～。（2）單程型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。 優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時(shí)間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。 缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。此類蒸發(fā)器主要有a. 升膜式蒸發(fā)器： 其加熱室由許多豎直長(zhǎng)管組成。常用的加熱管直徑為25～50mm，管長(zhǎng)和管徑之比約為100～150。料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升，一般常壓下操作時(shí)適宜的出口汽速為20～50m/s，減壓下操作時(shí)汽速可達(dá)100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動(dòng)，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、 5液混合物在分離器內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導(dǎo)出。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達(dá)到上述要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)它對(duì)粘度很大，易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用。 b. 降膜式蒸發(fā)器 ：降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于，料液是從蒸發(fā)器的頂部加入，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過程中蒸發(fā)增濃，在其底