【正文】 NaOH NaCl H2O及其它 溫度 11% 17% 72% 第一效沸點 （ 4）三效順流蒸出來的堿液 NaOH NaCl H2O 及其它 32% 2% 67% （ 5）加熱蒸汽壓力： （絕） （ 6）末效二次蒸汽壓力： （絕） （ 7）產量 75kt/a（ 100%NaOH） F=100001000/7100= 1— 3 效流程示意簡圖如 下： 圖 31 三效順流流程簡 10 總物料衡算 （ 1）以 在蒸發(fā)過程中由于堿液中的雜質比較少可以忽略進行計算，洗水一般為 進入蒸發(fā)系統(tǒng)的堿液量： F0=F/X0= 其中： NaOH F= = NaCl Fs== kg/h H2O Fw=（ ） =（ 2）出蒸發(fā)系統(tǒng)的堿液量： F3=F/X3= 則其中的： NaOH F= = kg/h NaCl Fs3 = = kg/h H2O Fw3 = = kg/h （ 3）總蒸發(fā)水量： W=FwFw3+ =+ = （ 4）總的析鹽量為： Ws= Fs Fs3 = = kg/h （ 5）初步估計各效蒸發(fā)水量。由于真空度的逐步提高，二次蒸汽飽和溫度的降低幅度變大，因此，提高真空度能增加總有效溫度差。以及不同操作條件，制訂合理的液面高度，如對于標準式自然循環(huán)蒸發(fā)器，一般把適宜的液位高度定在加熱室上花板以上 50 cm處。對于自然循環(huán)蒸發(fā)器，如液位過高，經加熱室后過熱料液的閃蒸過程，可能大 部分從沸騰室移至蒸發(fā)室，不能充分利用循環(huán)管中無汽泡料液與沸騰室中汽液混合物的重度差所提供的循環(huán)推動力，會降低循環(huán)速度。 因此本設計選用加熱蒸汽壓力為 ，進料溫度為第一效沸點。反之，則降低。 生蒸汽壓力偏低，蒸發(fā) 器將不能維持良好的沸騰狀態(tài)，特別是對自然循環(huán)蒸發(fā)器，由于料液循環(huán)速度小，管內傳熱系數將按循環(huán)速度的 次方而降低。 影響因數 （ 1） 生蒸汽壓力 [4] 生蒸汽是電解堿液蒸發(fā)的熱源，較高的生蒸汽壓力可以使蒸發(fā)系統(tǒng)獲得較大的溫差，使裝置具有較大的生產能力。母液送二效蒸發(fā)器。 三效順流流程 流程介紹 電解液 經預熱后進入一效蒸發(fā)器，自然循環(huán)加熱蒸發(fā)，濃縮后的堿液靠壓差順次過料到下一效，由三效出料至濃堿液貯槽 ，然后再 進行 冷 卻澄清。這種流程的缺點是：后效溶液的濃度較前較大， 8 而沸點又較低，其粘度則相對較大，使后效蒸發(fā)器的傳熱系數較前效較小 查閱 相關資料后對各種蒸發(fā)流程做對比分析后知，順流蒸發(fā)時濃效液溫較低，對材質要求較低，適合生產 3040%堿液的中小型企業(yè)。 并流流程的優(yōu)點是：后效蒸發(fā)室壓力較前效低，前效溶液可籍壓差流入后效，無需用泵輸送。從而提高了傳熱系數，減少了設備的加熱面積，減少了投資。 逆流加料流程的主要優(yōu)點是 ： 隨著溶液的濃度逐效提高，溶液的溫度也在不斷的提高，因此各效的粘度比較接近，各效的傳熱系數也大致相同。 生產 42%液堿，不宜采用三效逆流，由于一效需要采鹽，一效蒸發(fā)器是正壓操作罐，高溫高濃度堿，對泵的材質及密封要求較高；若一效不采鹽，閃蒸效出料的結晶量就要超過 12%，會引起管道的嚴重堵塞。 生產 30%液堿，大多采用雙效順流，以及三效順流流程。 堿液蒸發(fā)工藝過程。從基建投資、能耗以及維修等綜合比較，裝置規(guī)模在日產燒堿 450 噸以上時才采用四效 。若增加有效總溫差，就需要壓力較高的蒸汽，因此效數也是由所供蒸汽的壓力來決定的。 溫度差損失是限制效數的主要因素。因此最佳效數要通過經濟衡算決定。但在實際蒸發(fā)內由于存在上述因素，則多效蒸發(fā)時，便達不到上述的經濟性。這就是多效蒸發(fā)的操作原理。此外，其處理量很小且制造安裝要求高 7 選定工藝流程 電解堿液蒸發(fā)常在多效蒸發(fā)裝置中進行，采用多效蒸發(fā)器的目的，是為了減少加熱蒸汽的耗量。這種蒸發(fā)器是一種利用外加動力成膜的單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點是對物料的適應性很強，且停留時間短，一般為數秒或幾十秒，故可適應于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和 易結晶、結垢、熱敏性的物料。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有加至與刮板同軸的甩料盤上的）。 c. 刮板式蒸發(fā)器 ： 蒸發(fā)器外殼內帶有加熱蒸汽夾套，其內裝有可旋轉的葉片即刮板。溶液不循環(huán)帶來好處有：（ 1）溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；（ 2）整個溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。但因液 膜在管內分布不易均勻，傳熱系數比升膜式蒸發(fā)器的較小，仍不適用易結晶或易結垢的物料。 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，在其底部得到濃縮液。溶液則被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、 6 液混合物在分離器內分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導出。常用的加熱管直徑為 25～ 50mm，管長和管徑之比約為 100～ 150。 缺點：設計或操作不當時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結晶、結垢物料的蒸發(fā)。 （ 2）單程型蒸發(fā)器 特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進行循環(huán)。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數也比一般自然循環(huán)的大。在這種蒸發(fā)器中，溶液的循環(huán)主要依靠外加的動力，用泵迫使它沿一定方向流動而產生循環(huán)。此外，設備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠房等。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 ，溶液循環(huán)速度可達 至 3 m/s 以上，故總傳熱系數亦較大。 其結構特點是在加熱室上增設沸騰室。 ： 上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器，其循環(huán)速度不夠大，一般均在 。此外，這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進行檢修或更換，而且熱損失也較小。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)器內壁間的環(huán)隙向下流動而構成循環(huán)。 ： 為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結晶、易結垢且不易清洗等缺點，對標準式蒸發(fā)器結構進行了更合理的改進，這就是懸筐式蒸發(fā)器。這是循環(huán)式蒸發(fā)器的共同缺點。但是由于結構上的限制，循環(huán)速度不大。 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 5 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。這種循環(huán)，主要是由溶液的密度差引起，故稱為自然循環(huán)。此類蒸發(fā)器主要有 ： 也是標準式蒸發(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。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類 [1]： （ 1）循環(huán)型蒸發(fā)器 特點：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。本設計采用的是三效并流蒸發(fā)。 蒸發(fā)操作有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)兩種方式。蒸發(fā)器頂部設有除沫器，用以分離被氣流夾帶的液滴。 蒸發(fā)器是由加熱室和分離室兩部分構成。 蒸發(fā)設備 蒸發(fā)設備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。 （ 3）節(jié)約能源 蒸發(fā)時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。 （ 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可能析出晶體，或易于結垢；有些則具有較大的黏度或較強的腐蝕性等。但和一般的傳熱過程相比，蒸發(fā)操作又有如下特點 : (1)沸點升高 蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質，在壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純溶劑的蒸氣壓低，使溶液的沸點高于純溶劑的沸點，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點的升高。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。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點： （ 1）、在低壓下操作，溶液沸點較低，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）、有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)； （ 4）、操作溫度低，熱損失較小。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)，若產生的二次蒸汽不加利用，直接經冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。 蒸發(fā)過程中經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。溶液在蒸發(fā)器內因各處密度的差異而形成某種循環(huán)流動，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。進行蒸發(fā)操作的設備叫做蒸發(fā)器。 蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質的水溶液，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中較為常見的單元操作。 關鍵字 ： 蒸發(fā)器，三效順流，燒堿蒸發(fā) 2 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。用物料計算的結果 并綜合考慮能耗和總費用等問題，對工藝過程進行一定的改進和優(yōu)化后，再 對設備的主要工藝尺寸進行計算 ， 以達到設計的要求；對輔助設備進行設計選型，選出適合的設備。 I 75Kt/a 燒堿蒸發(fā)工段工藝設計 目 錄 摘要 ......................................................................................................... 1 概述 ......................................................................