化工原理课程设计说明书设计题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计设计日期：2012年 6 月 10 日审核：目录一、化工原理课程设计任务书 (3)二、蒸发器的形式、流程、效数论证 (4)三、蒸发器工艺设计计算 (5)四、蒸发器工艺尺寸计算 (13)五、蒸发装置的辅助设备 (19)六、课程设计心得 (21)一、化工原理课程设计任务书一、设计题目NaOH水溶液蒸发装置的设计二、设计任务及操作条件1、设计任务处理量： 24000 （kg/h）（6000，7200，24000）料液浓度： 10.6 （wt%）（4.7％，10.6%，）质量分率产品浓度： 23.7 （wt%）（23.7%，30%）质量分率加热蒸汽温度 158.1 （℃）（151，158.1）末效冷凝器的温度 59.6 （℃）（49，59.6）2、操作条件加料方式：三效并流加料原料液温度：第一效沸点温度各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060kg/m3，ρ3=1239kg/m 3加热蒸汽压强： 500kPa（绝压），冷凝器压强为 20 kPa（绝压）各效蒸发器的总传热系数：K1=1500W/（m2·K），K2=1000W/（m2·K），K3=600W/（m2·K）各效蒸发器中液面的高度： 1.5m各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。
假设各效传热面积相等，并忽略热损失。
3、设备型式中央循环管式蒸发器4、厂址四川绵阳5、工作日：每年300天，每天24小时连续运行。
三、设计内容：1、设计方案的简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。
2、蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。
3、蒸发器的主要结构尺寸设计4、主要辅助设备选型，包括气液分离及蒸气冷凝器等5、绘制工艺流程图及蒸发器设计条件图7、设计结果汇总8、对设计过程的评述和有关问题的讨论9、编写课程设计说明书。
二、蒸发器的形式、流程、效数论证1.蒸发器的形式：中央循环管式2．蒸发器的流程：三效并流加料3.效数论证：在工业中常用的加热方式有直接加热和间接加热。
直接加热的优势是传热速率高，金属消耗量小。
劣势是应用范围受到被蒸发物料和蒸发要求的限制；间接加热是热量通过间壁式换热设备传给被蒸发溶液而使溶液气化。
一般工业蒸发多采用这类。
间接加热蒸发器分为循环型和单程型两大类，循环型分为中央循环管式、悬挂筐式、外加热式、列文式及强制循环式；单程型有升膜式、降膜式、升降模式及刮板式。
本次选用循环性的中央循环管式，因为此循环管结构简单、制造方便、操作可靠、投资费用较少等优点。
蒸发器的类型一般有单效蒸发和多效蒸发，单效蒸发是蒸发装置中只有一个蒸发器，蒸发时产生的二次蒸汽直接进入冷凝器不再利用；多效蒸发器是将几个蒸发器串联操作，使蒸汽的热能得到多次利用，蒸发器的串联个数称谓效数。
多效蒸发器的效数受到经济和技术的限制。
对于电解质溶液采用2-3个效数，对于非电解质可采用4-6个。
根据情况本次采用多效蒸发器中的三效蒸发器。
多效蒸发器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和错流加料。
并流加料的优点如下①溶液从压强和温度高的蒸发器流向压强和温度低的蒸发器，溶液可依靠效间的压差流动而不需泵送②溶液进入温度和压强较低的下一效时处于过热状态，因而会产生额外的气化，得到较多的二次蒸汽。
③完成液在末效排出，其温度最低，故总的热量消耗较低。
缺点是：由于各效中溶液的浓度依次增高，而温度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加热室的传热系数依次下降，这将导致整个蒸发装置生产能力的下降或传热面积的增加。
由此可见并流加料流程只适用于黏度不大的料液的蒸发。
逆流加料优点是：溶液浓度在各效中依次增高的同时，温度也随之增高，因而各效内溶液的黏度变化不大，这种流程适用于粘度随浓度和温度变化较大的溶液蒸发。
缺点有：①溶液在效间是从低压流向高压的，因而必须用泵输送。
②溶液在效间是从低温流向高温，每一效的进料相对而言均为冷液，没有自蒸发，产生的二次蒸汽量少于并流流程。
③完成液在第一效排出，其温度较高，带走热量较多而且不利于热敏性料液的蒸发。
分流加料其特点是溶液不在效间流动。
适用于蒸发过程中有结晶析出的情况，或要求得到不同浓度溶液的场合。
错流加料流程中采用 部分并流加料和部分逆流加料，以利用逆流合并流流程各自的优点。
一般在末效采用并流，但操作比较复杂。
综上所述，本次选用并流加料流程三、 蒸发工艺设计计算总蒸发量: W =F (1-30xx )=24000⨯(1-237.0106.0)=13266 kg/h因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出,可设W 1:W 2:W 3=1:1.1:1.2 W=W 1+W 2+W 3=3.3W 1 W 1=3.313266=4020 W 2=1.1×4020=4422 W 3=1.2×4020=4824 x 1=10W F Fx -=402024000106.024000-⨯=0.127x 2=210W W F Fx --=49.13269.12057200106.07200--⨯=0.164 x 3=0.237溶液沸点和有效温度差的确定设各效间的压力降相等，则总压力差为：ΣΔP= P1-P'K=500-20=480 KPa∆P i=3P∆∑=3480=160 KPa式中∆P i ---各效加热蒸汽压力与二次蒸气压力之差KPa，1P ----第一次加热蒸气的压力KPaP'K -----末效冷凝器中的二次蒸气的压力Kpa各效间的压力差可求得各效蒸发室的压力即 P'1=P1-∆Pi=500-160=340 KPaP'2=P1-2∆Pi=500-2⨯160=180 KPaP'3=P'k =20 Kpa由各效的二次蒸汽压力，从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中:各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失∆'根据各效二次蒸汽温度(即相间压力下水的沸点)和各效完成液浓度x i，由NaOH水溶液的杜林线图查得各效溶液的沸点t Ai分别为:t A1=141℃t A2=122℃t A3=72℃;则各效由于溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失为Δ'1=t A1-T'1=141-137.7=3.3℃ Δ'2=t A2-T'2=122-116.6=5.4℃ Δ'3=t A3-T'3=72-60.1=11.9℃ 所以 ΣΔ'=3.3+5.4+11.9=20.6℃各效由于液柱静压力所引起的沸点升高（温度差损失）由于蒸发器中液柱静压力引起的温度差损失 ''∆某些蒸发器在操作时，器内溶液需维持一定的液位，因而蒸发器中溶液内部的压力大于液面的压力，致使溶液内部的沸点较液面处的为高，二者之差即为因液柱静压力引起的温度差损失为简便起见，以液层中部点处的压力和沸点代表整个液层的平均压力和平均温度，则根据流体静力学方程，液层的平均压力为2gLP P av av ρ+'=式中 av P —蒸发器中液面和底层的平均压强，Pa ；p /—二次蒸气的压强，即液面处的压强，Pa ； 、ρ—溶液的平均密度，kg/m 3； 、L -液层高度，m ；g-重力加速度，m/s 2。
NaOH 水溶液密度(Kg/m 3) ρ1=1014kg/m 3，ρ2=1060kg/m 3，ρ3=1239kg/m 3 所以1av P =340+25.181.9014.1⨯⨯=347.461 KPa2av P =180+25.181.906.1⨯⨯=187.799 KPa3av P = 20+25.181.9239.1⨯⨯=29.116 KPa根据各效溶液平均压力查得对应的饱和溶液温度为:1av p T '=138.6℃ ; 2av p T '=118.1℃; 3av p T '=66.0℃根据 ''∆= i p T T avi'-'式中avip T '--根据平均压力求取的水的沸点℃，i T '--根据二次蒸气压力求得水的沸点℃所以 9.07.1376.1381p 11=-='-'=∆''T T av ℃ 5.16.1161.1182p 22=-='-'=∆''T T av ℃9.51.600.663p 33=-='-'=∆''T T av ℃=0.9+1.5+5.9=8.3℃∑ ∆' '由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失由于管道流体阻力产生的压强降所引起的温度差损失在多效蒸发中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加热室的过程中由于管道阻力使其压强降低蒸汽的饱和温度也相应降低由此引起的温度差损失即为'''∆，根据经验其值1℃ ，即321∆'''=∆'''=∆'''=1℃，则∑∆'''= 3℃ 根据以估算的各效二次蒸汽压强1t '及温度差损失△，即可由下式估算溶液各效溶液的沸点t 所以总的温度差损失为∑∆=∑∆/+∑∆''+ ∑∆'''=20.6+8.3+3=31.9℃各效料液的温度和有效总温差由各效二次蒸汽压力P'i 及温度差损失Δi ，即可由下式估算个料液的温度t i ，t i =T'i +ΔiΔ1=Δ'1+Δ''1+Δ'''1=3.3+0.9+1=5.2℃ Δ2=Δ'2+Δ''2+Δ'''2=5.4+1.5+1=7.9℃Δ3=Δ'3+Δ''3+Δ'''3=11.9+5.9+1= 18.8℃所以各效料液的温度为：111∆+'=T t =137.7+5.2=142.9℃ 222∆+'=T t =116.6+7.9=124.5℃333∆+'=T t =60.1+18.8=78.9℃ 有效总温度差()∑∑∆-'-=∆KS T T t 由手册可查得500 kPa kPa 饱和蒸汽的温度为151.7 ℃、汽化潜热为2113 kJ/kg ，所以 ()∑∑∆-'-=∆KS T T t =151.7-60.1-31.9=59.7 ℃加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算第i 效的焓衡算式为：01211(.....)()pw i i i p pw c i pw i i iQ Dr Fc Wc W W c t t Wr --==----⨯-+由上式可求得第i 效的蒸发量i W .若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发器的热损失时，尚需考虑热利用系数η一般溶液的蒸发，η可取得0.98-0.7△x （式中△x 为溶液的浓度变化，以质量分率表示）。