【正文】 ......................................................................... 37 附 ........................................................................................................... 38 1 摘 要 隔膜法電解制得的 11%的堿液，采用三效順流蒸發(fā)使堿液濃度達到 32%的要求。 最后繪制出帶控制點的工藝流程圖，見附圖。化工生產(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。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，或裝有適當形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應將其在冷凝器中加以 冷凝。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，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。 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。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑臒釡夭?，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。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問題。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。若對產(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)。操作穩(wěn)定。這種作用有利于蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果的提高。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，因而溶液的沸點高，有效溫度差就減小。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。它的主要缺點是結構復雜，單位傳熱面積的金屬消 耗較多。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，從而避免了結晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外，在蒸發(fā)粘度大、易結晶和結垢的物料時，還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。但它的明顯缺點是 能量消耗大，每平方米加熱面積約需 ～ 。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管組成。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達到上述要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)它對粘度很大，易結晶或易結垢的物料也不適用。 由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動，因而對流傳熱系數(shù)大為提高，使得溶液能在加熱室中一次通過不再循環(huán)就達到要求的濃度，因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。刮板有固定式和轉子式兩種，前者與殼體內(nèi)壁的間隙為 ～ ，后者與器壁的間隙隨轉子的轉數(shù)而變。但其結構復雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需 ～ 3kW。 假設原料液在沸點下進入蒸發(fā)室，并忽略熱損失、各種溫度差損失，以及不同壓強下汽化潛熱的差別時，則理論上，在多效蒸發(fā)裝置中，每蒸發(fā) 1 公斤水需要 1/n 公斤的加熱蒸汽 [2]。單位生產(chǎn)能力的總費用為最低時的效數(shù)，即為最佳效數(shù)。 電解堿液蒸發(fā)，由于起沸點升高較大，一般取 3— 4 效。按堿液和蒸汽走向的相互關系，可分為順流，逆流和錯流流程。 生產(chǎn) 50%液堿，一般采用三效或四效逆流或錯流 流程， Swenson 和 Zaremba 是液堿蒸發(fā)的兩大類蒸發(fā)技術，它們各有特點 [3]。 缺點是效間需用泵輸送，能耗較大。為滿足工藝要求，本 設計采用三效順流蒸發(fā)流程。生蒸汽進入一效蒸發(fā)器，一效、二效產(chǎn)生的二次蒸汽分別供給二效及三效，三效產(chǎn)生的三次蒸汽在大氣冷凝器中，由生產(chǎn)上水直接冷凝，不凝氣經(jīng)真空泵徘入大氣。 同樣，加熱蒸汽壓力也受到蒸發(fā)發(fā)過程不穩(wěn)定因素的影響而波動，如進料濃度大、溫度高，使生蒸汽壓力將由于耗熱量少而升高。 （ 2）蒸發(fā)器液位控制 保持蒸發(fā)器液面的正常和穩(wěn)定，對蒸發(fā)操作是十分重要的。 （ 3）真空度 真空度是一項重要控制指標。三效順流蒸發(fā)水量一般可設 W1： W2： W3=1： ： 由 W1+W2+W3=W 得 W1=W/= W2= W3==WW1W2== kg/h （ 6)各效洗滌水量的比例為 1： ： W1＇ = W2＇ = W3＇ = 11 表 31總物料平衡 (單位： kg/h) 進入蒸發(fā)系統(tǒng) 出蒸發(fā)系統(tǒng) 電解堿液 蒸發(fā)堿液 NaOH NaOH NaCl NaCl H2O H2O 洗滌 水量 蒸發(fā) 水量 析鹽量 合計 合計 ． 3 第一效的物料衡算 估算堿液的濃度為： X1=F/（ F0W1+ W1＇） =（ +） = 則可由下列關聯(lián)式算出 NaOH 的濃度： 由于其溶液的沸點 75 ℃ ，則采用 Xs1= X12+ X13 則 Xs1= 由于在蒸發(fā)過程中 NaCl 在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為： Ws1=F/X0 Xs0F/ X1 Xs1 = =核算堿液濃度： X1＇ =F/（ F0W1 Ws1 W1＇） =（ +） = 假設相對誤差 Z=，若︳ X1＇ X1 ︳ /X1〉 Z，則重新設 X1= X1＇，代入上式 復上述計算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得三效的濃度和析鹽量。 進入蒸發(fā)器熱量： 新鮮蒸汽帶入熱量： D0H0 料液帶進熱量： （ FCp0Cpw/X0Cpw） T0 洗滌水帶入熱量： WCpwT0 Cpo、 Cpw分別為料液、水的定壓比熱容， kJ/（ kg. ℃） Cpo、 Cpw查《化工工藝手冊》分別為 kJ/（ kg. ℃）、 kJ/（ kg. ℃） 出蒸發(fā)器的熱量： 二次蒸汽帶出熱量： Wl1H1 蒸汽冷凝水帶出熱量： D0CPW T0 出料液帶出熱量： （ FCp0/X0CpwWl1+W1ˊ） Cpwt1 根據(jù)熱量平衡，進入蒸發(fā)器的等于離開蒸發(fā)器的熱量，則有 D0H0+（ FCp0/X0Cpw+W1ˊ ） Cpw T0= Wl1H1 +（ FCp0/X0CpwWl1+W1ˊ ） Cpw T0+D0CPW T0 則 W1=D0（ H0CPWT0） /（ H1CPWt1） +（ FCp0/X0Cpw+W1ˊ ） Cpw（ T0t1） /（ H1CPWt1） 16 令： （ H0CPWT0） /（ H1CPWt1） = RD/R1 （ T0t1） /（ H1CPWt1） =（ T0t1） / R1=N1 同理： （ H1CPWt1） /（ H2CPWt2） = R1/R2 （ H2CPWt2） /（ H3CPWt3） = R2/R3 （ t1t2） / R2=N2 （ t2t3） / R3 =N3 考慮熱損失，溶液濃縮熱等都記入熱損失中，故取熱利用系數(shù)為 [3]η =～：取經(jīng)驗值為η 1= η 2=η 3=η = 一效蒸發(fā)水量為： Wl1=[D RD/R1 +（ FCp0/X0Cpw+W1ˊ） Cpw N1] η1 同理二、三效蒸發(fā)水量為： Wl2=[ Wl1R1/R2 +（ FCp0/X0CpwWl1+W2ˊ） Cpw N2] η2 Wl3=[ Wl2R2/R3 +（ FCp0/X0Cpw Wl1 Wl2+ W3ˊ） Cpw N3] η3 由于 RD/R1= R1/R2=R2/R3=沸點進料 N1=0 N2=（ ） /= N3=（ ） /= 將其數(shù)代入前面的式子得： Wl1= Wl2=[ Wl1R1/R2 +（ FCp0/X0Cpw+W1ˊ） Cpw N2] η 2 Wl3=[ Wl2R2/R3 +（ FCp0/X0Cpw Wl1 Wl2+ W3ˊ） Cpw N3] η 3 解之上述方程組的： D= Wl1= Wl2=Wl3= 總的有效溫差及其在各效的分配 （ 1）總有效溫差等于新鮮蒸汽與三效二次蒸汽的溫差與總的溫差損失之差，即 ∑△ t=T0TK∑△＇ ∑△＇＇ ∑△＇＇＇ = =℃ （ 2）各效傳熱量： 一效： Q1= = = 二效： Q2== = 三效： Q3== = （ 3）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)取經(jīng)驗數(shù)據(jù) [2]： K1=1745W/（ m2K） K2=1163W/（ m2K） K3=930W/（ m2K） 由于 ∑△ t=Q1/K1A1+Q2/K2A2+Q3/K3A3 17 設三效的傳熱面積相等比其 A1=A2=A3 則 ∑△ t=（ Q1/K1+Q2/K2+Q3/K3） /A 解之得： △ t1=℃ △ t2=℃ △ t3=℃ （ 4）各效溶液的沸點及各效的二次蒸汽溫度。 迭代計算 第一次迭代計算 （ 1）第一效的物料衡算 ： 估算堿液的濃度為： X1=F/（ F0W1+ W1＇） =（ +） = 則可由下列關聯(lián)式算出 NaOH 的濃度 由于其溶液的沸點 75 ℃ ，則采用 Xs1= X12+ X13 則 Xs1= 由于在蒸發(fā)過程中 NaCl 在溶液中始終處于飽和狀態(tài)，所以析鹽量為： Ws1=F/X0 Xs0F/ X1 Xs1 = =核算堿液濃度： X1＇ =F/（ F0W1 Ws1 W1＇） =（ +） = 假設相對誤差 Z=，若︳ X1＇ X1 ︳ /X1〉 Z，則重新設 X1= X1＇，代入上式 復上述計算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得三效的濃度和析鹽量。 Ⅰ效溶液沸點： t1=T0△ t1==156℃ Ⅰ 效二次蒸汽溫度： T1=t1△ 1＇ △ 1＇＇ ==℃ Ⅱ 效溶液沸點： t2=T11△ t2==℃ Ⅱ 效二次蒸汽溫度： T2=t2△ 2＇ △ 2＇＇ ==℃ Ⅲ 效溶液沸點： t3=T21△ t3==℃ 相應的二次蒸汽壓強查《化工原理》得 P1＇ = P2＇ = 由于第三效的二次蒸汽的壓力知為 ，溫度為 ℃ 誤差條件：︳ P1＇ P1 ︳ /P1Z1 , ︳ P2＇ P2 ︳ /P2Z1 , ︳ WL1W1 ︳ /W1Z2 , ︳WL2W2 ︳ /W2Z2 , ︳ WL3W3 ︳ /W3Z2 ,Z、分別為計算精度，可以是 ，也可以是