畢業(yè)設計（論文）-75Kta燒堿蒸發(fā)工段工藝設計

四川理工學院畢業(yè)設計目錄I目錄摘要 1概述 3蒸發(fā) 3蒸發(fā)操作分類 3蒸發(fā)操作的特點 4蒸發(fā)設備 42.工藝流程的確定 7選定工藝流程 7三效順流流程 8流程介紹 8影響因素 83.蒸發(fā)過程工藝計算 9物料衡算 9計算依據(jù) 9總物料衡算 10第一效物料衡算 11第二效物料衡算 12第三效物料衡算 13溫差損失計算 14估計各效二次蒸汽壓力 14溶液中因溶質濃度引起的溫度損失 15溶液液柱靜壓引起的溫度損失 15各效間管路阻力引起的溫度損失 15各效溶液沸點 15熱量衡算 15蒸發(fā)水量 16總的有效溫差及在各效中的分配 17迭代計算 17第一次迭代計算 17第二次迭代計算 22第三次迭代計算結果 24II3.5計算各效加熱面積 253.6最終計算結果 264蒸發(fā)裝置結構計算 27中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 27加熱管的直徑和長度 27循環(huán)管的尺寸 27加熱室直徑及管數(shù) 27分離室的高度 28蒸發(fā)裝置的輔助設備 28.汽液分離器 29冷凝器 33蒸發(fā)器接管尺寸計算 335設備一覽表 34設計評述 35參考文獻 36致謝 37附 38四川理工學院畢業(yè)設計摘要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。本設計通過對整個蒸發(fā)過程進行總物料衡算，各效物料衡算，溫差損失計算，熱量衡算，并進行多次迭代后達到一定的誤差要求后算得各效的傳熱面積。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。最后繪制出帶控制點的工藝流程圖，見附圖。關鍵字：蒸發(fā)器，三效順流，燒堿蒸發(fā)2

Abstract

Diaphragmelectrolysiswas11%ofthelye,theuseofthree-effectevaporationofthealkaliconcentrationdownstream32%oftherequirements.Thedesignoftheevaporationprocessbythetotalmassbalance,theeffectivematerialbalance,temperaturelosscalculations,heatbalance,andmultipleiterationsrequiredtoachieveacertaindegreeoferrorisconsideredaftertheeffectiveheattransferarea.Thecalculatedresultswiththematerialandconsideringissuessuchasenergyconsumptionandtotalcostofprocessimprovementandoptimizationofacertain,thenthemainprocessonthesizeofthedevicecalculatedtomeetthedesignrequirements;designandselectionofauxiliaryequipmenttoselecttheappropriateequipment.Finally,withcontrolpointstodrawouttheflowchart,seeattached.

Keywords:evaporator,three-waydownstream,causticsodaevaporation

四川理工學院畢業(yè)設計概述31.概述蒸發(fā)蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質，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，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進行蒸發(fā)操作的設備叫做蒸發(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，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。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。蒸發(fā)操作的分類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：（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。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。4蒸發(fā)操作的特點蒸發(fā)時間壁兩側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:(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?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點高于純?nèi)軇┑姆悬c，這種現(xiàn)象稱為溶液沸點的升高。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。（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。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問題。1.4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。

蒸發(fā)設備主要包括蒸發(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)器頂部設有除沫器，用以分離被氣流夾帶的液滴。二次蒸汽進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)。本設計采用的是三效并流蒸發(fā)。由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設備有多種不同的結構型式。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(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

a.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：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。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。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。這種蒸發(fā)器由于結構緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等優(yōu)點，應用十分廣泛。但是由于結構上的限制，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，因而溶液的沸點高，有效溫度差就減小。這是循環(huán)式蒸發(fā)器的共同缺點。此外，設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。b.懸筐式蒸發(fā)器：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。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)隙向下流動而構成循環(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)速度比標準式蒸發(fā)器為大，可達。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。它的主要缺點是結構復雜，單位傳熱面積的金屬消耗較多。c.列文式蒸發(fā)器：上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器，其循環(huán)速度不夠大，一般均在以下。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結晶或結垢嚴重的溶液，并提高溶液循環(huán)速度以延長操作周期和減少清洗次數(shù)。其結構特點是在加熱室上增設沸騰室。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。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3m/s以上，故總傳熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點是液柱靜壓頭效應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、易結晶和結垢的物料時，還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中，溶液的循環(huán)主要依靠外加的動力，用泵迫使它沿一定方向流動而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調節(jié)來控制，一般在以上。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的明顯缺點是能量消耗大，每平方米加熱面積約需～。

（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)。

優(yōu)點：溶液停留時間短，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：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)。此類蒸發(fā)器主要有升膜式蒸發(fā)器：其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為25～50mm，管長和管徑之比約為100～150。料液經(jīng)預熱后由蒸發(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，一般常壓下操作時適宜的出口汽速為20～50m/s，減壓下操作時汽速可達100至160m/s或更大些。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(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導出。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。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。由于成膜機理不同于升膜式蒸發(fā)器，故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大（例如在～范圍內(nèi)）、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)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。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。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。其主要缺點是：對進料負荷的波動相當敏感，當設計或操作不適當時不易成膜，此時，對流傳熱系數(shù)將明顯下降。刮板式蒸發(fā)器：蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝有可旋轉的葉片即刮板。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。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）。由于重力、離心力和旋轉刮板刮帶作用，溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排出。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(shù)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。但其結構復雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需～3kW。此外，其處理量很小且制造安裝要求高四川理工學院畢業(yè)設計工藝流程的確定72.工藝流程的確定2.1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。在多效蒸發(fā)器中，要求后一效的操作壓強和溶液的沸點較前一效低，因此引入前一效的二次蒸汽作為加熱介質，這樣僅第一效需要消耗生蒸汽。這就是多效蒸發(fā)的操作原理。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]。但在實際蒸發(fā)內(nèi)由于存在上述因素，則多效蒸發(fā)時，便達不到上述的經(jīng)濟性。隨著效數(shù)的增加，所節(jié)省的生蒸汽量不斷減小，同時各效所分配到的有效溫差，隨著效數(shù)的增加而減小，生產(chǎn)能力和強度也不斷降低。因此最佳效數(shù)要通過經(jīng)濟衡算決定。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)。溫度差損失是限制效數(shù)的主要因素。蒸發(fā)裝置中效數(shù)越多，溫度差損失越大，當出現(xiàn)總溫度差損失等于或大于有效總溫度差時，蒸發(fā)操作就無法進行了。若增加有效總溫差，就需要壓力較高的蒸汽，因此效數(shù)也是由所供蒸汽的壓力來決定的。電解堿液蒸發(fā)，由于起沸點升高較大，一般取3—4效。從基建投資、能耗以及維修等綜合比較，裝置規(guī)模在日產(chǎn)燒堿450噸以上時才采用四效。選擇合適的蒸汽壓力與經(jīng)濟效數(shù)，可以達到較好的經(jīng)濟效果。堿液蒸發(fā)工藝過程。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)30%液堿，大多采用雙效順流，以及三效順流流程。生產(chǎn)42%液堿，也大多采用雙效順流、三效四體兩段以及三效順流部分強制循環(huán)的流程。生產(chǎn)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(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]。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(shù)也大致相同。由于堿液與蒸汽為逆流流向，這樣可以使低粘度的堿液在低溫下沸騰，高濃度、高粘度的堿液在高溫下沸騰。從而提高了傳熱系數(shù)，減少了設備的加熱面積，減少了投資。

缺點是效間需用泵輸送，能耗較大。

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。此外，后效較前效低，溶液自前效流入后效時，由于過熱而發(fā)生自蒸發(fā)，從而蒸發(fā)更多的溶液。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(shù)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(chǎn)30-40%堿液的中小型企業(yè)。為滿足工藝要求，本設計采用三效順流蒸發(fā)流程。三效順流流程流程介紹電解液經(jīng)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。二、三效蒸發(fā)器的鹽漿，分別送旋風分離器增稠后，經(jīng)離心機分離氯化鈉結晶，再溶化成回收鹽水送鹽水工序。母液送二效蒸發(fā)器。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。影響因數(shù)（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(chǎn)能力。但對于內(nèi)沸式蒸發(fā)器來說，當生蒸汽壓力升高到一定程度時，堿液由泡核沸騰變?yōu)槟罘序v，汽膜的存在降低了堿液的傳熱系數(shù)，使裝置能力受到影響。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(nèi)傳熱系數(shù)將按循環(huán)速度的次方而降低。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。反之，則降低。所以將加熱蒸汽壓力作為控制值，然后調節(jié)蒸汽量是很必要的。因此本設計選用加熱蒸汽壓力為，進料溫度為第一效沸點。（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。對于自然循環(huán)蒸發(fā)器，如液位過高，經(jīng)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。根據(jù)不同型式的蒸發(fā)器。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50cm處。（3）真空度真空度是一項重要控制指標。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。真空度由大氣冷凝器下水排出溫度來調節(jié)，下水溫度過高，真空度難以保證．過低時用水水量過多，則水耗上升。四川理工學院畢業(yè)設計蒸發(fā)過程工藝計算93.蒸發(fā)過程工藝計算物料衡算計算依據(jù)[5]（1）產(chǎn)品75kt/a（100%NaOH）（2）年作業(yè)時間7100小時（3）原料堿：隔膜法電解工序來的原料液NaOHNaClH2O及其它溫度11%17%72%第一效沸點（4）三效順流蒸出來的堿液NaOHNaClH2O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(chǎn)量75kt/a（100%NaOH）1—3效流程示意簡圖如下：圖3-1三效順流流程簡10總物料衡算（1）以NaOH為計算基礎在蒸發(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：NaClFs=96030.73×0.17=16325.22kg/hH2OFw=96030.73×（）（2）出蒸發(fā)系統(tǒng)的堿液量：則其中的：NaOH×0.32=10563.38kg/hNaCl×0.02=660.21kg/hH2O×0.67=22117.08kg/h（3）總蒸發(fā)水量：=×=（4）總的析鹽量為：Ws=Fs-Fs3==15665.01kg/h（5）初步估計各效蒸發(fā)水量。三效順流蒸發(fā)水量一般可設W1：W2：W3=1：：由W1+W2+W3=W得×W3==W-W1-W2=52306.74-15850.53-17435.58=19020.63kg/h（6)各效洗滌水量的比例為1：：W1＇×W2＇×××W3＇×××11表3-1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H2O69142.13H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計101312.42合計．3第一效的物料衡算估算堿液的濃度為：X1=F/（F0-W1+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=0.285252-0.8860123X1-0.228191X12+0.855736X13則由于在蒸發(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×Xs0-F/X1×Xs1××核算堿液濃度：X1＇=F/（F0-W1-Ws1-W1＇）=（）假設相對誤差，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。計算結果如表表3-2計算數(shù)據(jù)參數(shù)一次計算一次迭代二次迭代三次迭代X1Xs1Ws1X1＇Z12由于〈，所以X1則F1=F/X1其中：NaOHFa1×0.1334=10563.38kg/hNaClFs1×0.1732=13714.97kg/hH2OFw1×0.6934=54907.41kg/h析鹽量Ws1=Fs-Fs1=16325.22-13714.97=2610.25kg/h蒸發(fā)水量W1=Fw-Fw1+W1＇=69142.13-54907.41+1600.51=15835.23kg/h表3-3第一效物料平衡(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NaOHNaCl16325.22H2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計97631.24合計第二效進行物料衡算估算第二效的堿液的濃度為X2=F/（F1-W2+W2＇）（）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：Xs2則X2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：Ws2=Fs1-F/X2Xs2×=4301.31kg/h核算堿液濃度：X2＇=F/（F1-W2-Ws2+W2＇）（）假設相對誤差，若︳X2＇-X2︳/X2〉Z，則重新設X2=X2＇，代入上式13重復上述計算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得二效的濃度和析鹽量。表3-4計算數(shù)據(jù)參數(shù)一次計算一次迭代二次迭代三次迭代四次迭代X2Xs2Ws2X2＇Z5864.59由于〈0.001，則X2=0.1833F2=F/X2其中NaOHFa2×NaClFs2×0.1358=7826.00kg/hH2OFw2×（）=39239.53kg/h則蒸發(fā)水量為：W2=Fw1-Fw2+W2＇=17428.44kg/h對第二效列物料平衡表如表3-5表3-5第二效物料平衡(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H2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計80946.32合計第三效作物料衡算進入蒸發(fā)器的物料：其中：NaOH10563.38kg/h洗滌水量1920.61kg/h離開蒸發(fā)器的堿液：14其中：NaCl660.21kg/h蒸發(fā)水量為：W3=39239.53+1920.61-22117.08=19043.06kg/h析鹽量為：Ws3=7826.00-660.21=7165.79kg/h表3-6第三效物料平衡(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NaOH1056NaClH2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計59549.52合計2溫差損失計算估算各效二次蒸汽壓力估算各效二次蒸汽壓力、溫度；選定加熱蒸汽壓力P0（絕）和末效壓力P3（絕），各效以等壓差進行分配，即△P=（P0-P3）P1=P0-△P2=P0-2△×P3=P0-3×△×根據(jù)《化工原理》查得[6]P1=0.571MPa(絕)T1＇℃r1＇P2=0.292MPa(絕)T2＇℃r2＇P3=0.013MPa(絕)T3＇℃r3＇．2溶液中因溶質濃度引起的溫度損失常壓下溶液的沸點升高為:△0＇算得△01＇=4.2452△02＇=7.6097△03＇二次蒸汽壓力下沸點升高的修正系數(shù)為:15f=0.0162(T＇+273)2/R二次蒸汽壓力下溶液沸點升高為:△＇=f△0＇則△1＇℃△2＇℃△3＇℃因溶液液柱靜壓引起溫差損失因溶液液柱靜壓引起溫差損失（△＇＇）：蒸發(fā)器操作時，溶液常呈氣液混合狀態(tài)，密度比較小，理論計算結果往往偏高，故根據(jù)經(jīng)驗選用：△1＇＇＝△2＇＇＝△3＇＇＝℃各效之間管路助力引起的溫差損失由于各效之間管路阻力引起的溫差損失：一般每兩效之間的損失可取為1℃各效溶液的沸點蒸發(fā)器內(nèi)溶液的沸點等于蒸發(fā)室二次蒸汽溫度加上沸點升高值，則I效：tL=T1＇+△1＇+△1＇＇℃II效：t2=T2＇+△2＇+△2＇＇℃III效：t3=T3＇+△3＇+△3＇＇℃熱量衡算在蒸發(fā)過程中，NaOH溶液濃縮熱、鹽結晶析出熱與鹽泥帶出熱與總的熱量消耗相比約為1%左右，所以在計算時這部分熱量作為熱損失考慮。蒸發(fā)水量對于第一效進行熱量衡算。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：WCpwT0Cpo、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4.062kJ/（kg.℃）、4.220kJ/（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：D0CPWT0出料液帶出熱量：（FCp0/X0Cpw-Wl1+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）CpwT0=Wl1H1+（FCp0/X0Cpw-Wl1+W1ˊ）CpwT0+D0CPWT0則W1=D0（H0-CPWT0）/（H1-CPWt1）+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）Cpw（T0-t1）/（H1-CPWt1）16令：（H0-CPWT0）/（H1-CPWt1）=RD/R1（T0-t1）/（H1-CPWt1）=（T0-t1）/R1=N1同理：（H1-CPWt1）/（H2-CPWt2）=R1/R2（H2-CPWt2）/（H3-CPWt3）=R2/R3（t1-t2）/R2=N2（t2-t3）/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η1=η2=η3=η一效蒸發(fā)水量為：Wl1=[DRD/R1+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）CpwN1]η1同理二、三效蒸發(fā)水量為：Wl2=[Wl1R1/R2+（FCp0/X0Cpw-Wl1+W2ˊ）CpwN2]η2Wl3=[Wl2R2/R3+（FCp0/X0Cpw-Wl1-Wl2+W3ˊ）CpwN3]η3由于RD/R1R1/R2R2/R3沸點進料N1=0N2=（）N3=（）將其數(shù)代入前面的式子得：Wl1×Wl2=[Wl1R1/R2+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）CpwN2]η2Wl3=[Wl2R2/R3+（FCp0/X0Cpw-Wl1-Wl2+W3ˊ）CpwN3]η3解之上述方程組的：Wl1Wl2Wl3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=T0-TK-∑△＇-∑△＇＇-∑△＇＇＇℃（2）各效傳熱量：一效：Q10×二效：Q2=Wl1.R1×三效： Q3=Wl2.R2×（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/K3A317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。Ⅰ效溶液沸點：t1=T0-△t1=172.8-14.8=158℃Ⅰ效二次蒸汽溫度：T1=t1-△1＇-△1＇＇℃Ⅱ效溶液沸點：t2=T1-1-△t2℃Ⅱ效二次蒸汽溫度：T2=t2-△2＇-△2＇＇℃Ⅲ效溶液沸點：t3=T2-1-△t3℃相應的二次蒸汽壓強查《化工原理》得P1＇=0.4762MPaP2＇由于第三效的二次蒸汽的壓力知為，溫度為℃誤差條件：︳P1＇-P1︳/P1<Z1,︳P2＇-P2︳/P2<Z1,︳WL1-W1︳/W1<Z2,︳WL2-W2︳/W2<Z2,︳WL3-W3︳/W3<Z2,Z、分別為計算精度，可以是，也可以是?，F(xiàn)在定為。由于︳P1＇-P1︳/P1>Z1所以進行重新計算.則重新設P1=P1＇,P2=P2＇,W1=Wl1,W2=Wl2,W3=WL3代入前面式開始重復上述計算，直至誤差全部在允許范圍內(nèi)為止。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/（F0-W1+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=0.285252-0.8860123X1-0.228191X12+0.855736X13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×Xs0-F/X1×Xs1××核算堿液濃度：X1＇=F/（F0-W1-Ws1-W1＇）（）假設相對誤差，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。計算結果：得X1則F1=F/X1其中：NaOHFa1×0.1281=10563.38kg/h18NaClFs1×0.1774=14628.76kg/hH2OFw1×0.6934=57269.85kg/h析鹽量Ws1=Fs-Fs1=16325.22-14628.76=1696.47kg/h蒸發(fā)水量W1=Fw-Fw1+W1＇表3-7第一效的物料平衡(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NaOHNaClH2O69142.13H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計97631.24合計（2）第二效進行物料衡算：估算第二效的堿液的濃度為X2=F/（F1-W2+W2＇）=（）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：Xs2222則X2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：Ws2=Fs1-F/X2Xs2核算堿液濃度：X2＇=F/（F1-W2-Ws2+W2＇）（）假設相對誤差，若︳X2＇-X2︳/X2〉Z，則重新設X2=X2＇，代入上式重復上述計算，直至誤差在允許范圍內(nèi)為止，算得二效的濃度和析鹽量。計算得：則X2=0.1678F2=F/X2其中NaOHFa2NaClFs2=62952.21×0.1471=9260.27kg/hH2OFw2=62952.21×（）則蒸發(fā)水量為：19W2=Fw1-Fw2+W2＇=5901.85kg/h第二效列物料平衡表：表3-8第二效的物料平衡單位：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NaOHNaClH2O57269.85H2洗滌水量1760.56蒸發(fā)水量析鹽量合計84222.55合計5（3）第三效作物料衡算：進入蒸發(fā)器的物料：其中：NaOH10563.38kg/hH2O洗滌水量1920.61kg/h離開蒸發(fā)器的堿液：其中：NaOH10563.38kg/hNaCl660.21kg/hH2O蒸發(fā)水量為：W3=43128.56+1920.61-22117.08=22932.09kg/h析鹽量為：Ws3=9260.27-660.21=8600.06kg/h第三效的物料平衡如表：20表3-9第三效的物料平衡(單位：kg/h)進入蒸發(fā)系統(tǒng)出蒸發(fā)系統(tǒng)電解堿液電解堿液NaOHNaClNaCl660.21H2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計64872.82合計（4）溫差損失計算：①估算各效二次蒸汽壓力：根據(jù)《化工原理》查得P1=0.4762MPa(絕)T1＇℃r1＇P2=0.1756MPa(絕)T2＇℃r2＇P3=0.013MPa(絕)T3＇℃r3＇②溶液中因溶質濃度引起的溫度損失：常壓下溶液的沸點升高為:△0＇23算得△01＇=3.9598△02＇=6.4429△03＇二次蒸汽壓力下沸點升高的修正系數(shù)為:f=0.0162(T＇+273)2/R二次蒸汽壓力下溶液沸點升高為:△＇=f△0＇則△1＇℃△2＇℃△3＇℃③各效溶液的沸點：蒸發(fā)器內(nèi)溶液的沸點等于蒸發(fā)室二次蒸汽溫度加上沸點升高值，則I效：tL=T1＇+△1＇+△1＇＇℃II效：t2=T2＇+△2＇+△2＇＇℃III效：t3=T3＇+△3＇+△3＇＇℃（t1-t2）/R2=N2（t2-t3）/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]～：取經(jīng)驗值為η1=η2=η3一效蒸發(fā)水量為：Wl1=[DRD/R1+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）CpwN1]η1同理二、三效蒸發(fā)水量為：Wl2=[Wl1R1/R2+（FCp0/X0Cpw-Wl1+W2ˊ）CpwN2]η2Wl3=[Wl2R2/R3+（FCp0/X0Cpw-Wl1-Wl2+W3ˊ）CpwN3]η321由于R0/R1R1/R2R2/R3沸點進料N1=0N2=（）N3=（）將其數(shù)代入前面的式子得：Wl1×Wl2=[Wl1R1/R2+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）CpwN2]η2Wl3=[Wl2R2/R3+（FCp0/X0Cpw-Wl1-Wl2+W3ˊ）CpwN3]η3解之上述方程組的：Wl1Wl2Wl3（5）熱量衡算：①蒸發(fā)水量對于第一效進行熱量衡算。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：WCpwT0Cpo、Cpw查《化工工藝手冊》分別為4.062kJ/（kg.℃）、4.220kJ/（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：D0CPWT0出料液帶出熱量：（FCp0/X0Cpw-Wl1+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）CpwT0=Wl1H1+（FCp0/X0Cpw-Wl1+W1ˊ）CpwT0+D0CPWT0則W1=D0（H0-CPWT0）/（H1-CPWt1）+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）Cpw（T0-t1）/（H1-CPWt1）令：（H0-CPWT0）/（H1-CPWt1）=RD/R1（T0-t1）/（H1-CPWt1）=（T0-t1）/R1=N1同理：（H1-CPWt1）/（H2-CPWt2）=R1/R2（H2-CPWt2）/（H3-CPWt3）=R2/R3②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=T0-TK-∑△＇-∑△＇＇-∑△＇＇＇℃（2）各效傳熱量：22一效：Q10×二效：Q2=Wl1.R1×三效： Q3=Wl2.R2×（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。Ⅰ效溶液沸點：t1=T0-△t1=172.8-16.90=156℃Ⅰ效二次蒸汽溫度：T1=t1-△1＇-△1＇＇℃Ⅱ效溶液沸點：t2=T1-1-△t2℃Ⅱ效二次蒸汽溫度：T2=t2-△2＇-△2＇＇℃Ⅲ效溶液沸點：t3=T2-1-△t3℃相應的二次蒸汽壓強查《化工原理》得P1＇=0.4593MPaP2＇由于第三效的二次蒸汽的壓力知為，溫度為℃誤差條件：︳P1＇-P1︳/P1<Z1,︳P2＇-P2︳/P2<Z1,︳WL1-W1︳/W1<Z2,︳WL2-W2︳/W2<Z2,︳WL3-W3︳/W3<Z2,Z、分別為計算精度，可以是，也可以是?，F(xiàn)在定為。由于︳P1＇-P1︳/P1>Z1所以進行重新計算.則重新設P1=P1＇,P2=P2＇,W1=Wl1,W2=Wl2,W3=WL3代入前面式開始重復上述計算。第二次迭代結果（1）物料計算結果：將WL1=Wl1W2=Wl23=WL3代人公式算得：X1F1=F/X1表3-10第一效的物料平衡(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NaClNaClH2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計97631.24合計23第二效濃度：X2F2=F/X2表3-11第二效的物料平衡(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NaClNaClH2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計86335.26合計表3-12第三效的物料平衡(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NaClNaClH2H2洗滌水量蒸發(fā)水量析鹽量合計66018.79合計（2）溫差損失計算結果：根據(jù)《化工原理》查得P1=0.4593MPa(絕)T1＇℃r1＇P2=0.1634MPa(絕)T2＇℃r2＇P3=0.013MPa(絕)T3＇℃r3＇算得二次蒸汽壓力下溶液沸點升高為:△1＇℃△2＇℃△3＇℃24（3）各效溶液的沸點I效：tL=T1＇+△1＇+△1＇＇℃II效：t2=T2＇+△2＇+△2＇＇℃III效：t3=T3＇+△3＇+△3＇＇℃（4）熱量衡算：RD/R1R1/R2R2/R3沸點進料N1=0N2=（）N3=（）將其數(shù)代入前面的式子得：Wl1×Wl2=[Wl1R1/R2+（FCp0/X0Cpw+W1ˊ）CpwN2]η2Wl3=[Wl2R2/R3+（FCp0/X0Cpw-Wl1-Wl2+W3ˊ）CpwN3]η3解之上述方程組的：Wl1Wl2Wl3（5）總的有效溫差及其在各效的分配：∑△t=T0-TK-∑△＇-∑△＇＇-∑△＇＇＇℃各效傳熱量：一效：Q10×二效：Q2=Wl1.R1×三效： Q3=Wl2.R2×∑△t=（Q1/K1+Q2/K2+Q3/K3）/A解之得：△t1℃△t2℃△t3℃各效溶液的沸點及各效的二次蒸汽溫度。Ⅰ效溶液沸點：t1=T0-△t1℃Ⅰ效二次蒸汽溫度：T1=t1-△1＇-△1＇＇℃Ⅱ效溶液沸點：t2=T1-1-△t2℃Ⅱ效二次蒸汽溫度：T2=t2-△2＇-△2＇＇℃Ⅲ效溶液沸點：t3=T2-1-△t3℃相應的二次蒸汽壓強查《化工原理》得P1＇=0.4569MPaP2＇第三效的二次蒸汽的壓力知為，溫度為℃由于︳WL1-W1︳/W1>Z2,所以進行重新計算.則重新設P1=P1＇,P2=P2＇,W1=Wl1,W2=Wl2,W3=WL3代入前面式開始重復上述計算.3.4.3第三次迭代結果見下表：25表3-13第三次迭代結果濃度%析鹽量kg/h蒸發(fā)水量kg/h傳熱量W生蒸汽量kg/hX1268Ws1=1471.51Wl1Q1=28X2=0.1705Ws2=5864.00Wl2=17209.72Q2X3=0.3200Ws3=8909.65Wl3=22217.16Q3︳P1＇-P1︳/P1=（）/0.4569=0.004<Z1︳P2＇-P2︳/P2=0.01<Z1,︳WL1-W1︳/W1=（）/12879.86=0.001<Z2=0.01,WL2-W2︳/W2=(17246.16-17209.72)/17246.16=0.002<Z2=0.01︳WL3-W3︳/W3=（）/22196.33=0.001<Z2=0.01,迭代后誤差在允許范圍內(nèi)，可以不再迭代。計算各效加熱面積26最終計算結果表3-14最終計算結果名稱單位一效二效三效加熱蒸汽壓力MPa加熱蒸汽溫度℃堿液的沸點℃二次蒸汽壓力MPa二次蒸汽溫度℃生蒸汽用量Kg/h蒸發(fā)水量Kg/h析鹽量Kg/h586堿濃度%傳熱面積M2四川理工學院畢業(yè)設計蒸發(fā)裝置結構計算274.蒸發(fā)裝置的結構計算 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的主要結構參數(shù)有：加熱管的直徑和長度，循環(huán)管的尺寸，加熱室的直徑和加熱管的根數(shù)，分離室的高度，接管的尺寸，封頭的尺寸等。由于各蒸發(fā)器的結構一致，且傳熱面積相等，故以的二效蒸發(fā)器為例來計算。加熱管的直徑和長度蒸發(fā)器的加熱管通常可選,32*2mm,38*2.5mm,42*3mm,及等幾種規(guī)格的無縫鋼管[7]。管子長度的選擇應根據(jù)溶液結垢的程度，溶液的起泡性和廠房高度等因素來考慮，一般從到6m不等。表4-1幾種常用加熱管規(guī)格及管間距本設備加熱管的直徑選用，管長選用，管間距70mm循環(huán)管的尺寸循環(huán)管的截面積是根據(jù)循環(huán)阻力盡量減少的原則來考慮的，循環(huán)管的截面積可取為加熱總截面的40%-100%，這里選用60%。計算方法是：初步確定加熱管根數(shù)n，然后可由公式計算循環(huán)管直徑Dl加熱管根數(shù)初值：根取整582根。則QUOTE循環(huán)管直徑：圓整為1mS為加熱器傳熱面積，d0加熱管外徑，di加熱管內(nèi)徑。加熱室直徑及管數(shù)加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格，數(shù)目及在管板上的排列方式，才有作圖法確定。加熱管在管板上的排列方式有正三角形排列，正方形排列，同28心排列等幾種方法。管子排列的管心距一般為加熱管外徑d0的～倍[7]。圖4-1此設計采用正三角形排列,管心距取為0=80mm則加熱室內(nèi)徑為：×n1/2×根取整27根由于管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁距離一般?。?～）d0則加熱室內(nèi)徑為：Di=t（Nc-1）+2d=80×（27-1）+2××70=2262mm4.1.4分離室的高度分離室的高度通常根據(jù)流體的分離要求以及二次蒸汽的流量大小來決定。由于蒸發(fā)室二效的壓強為：則由《化工原理》上冊查得蒸汽的密度為3所以二次蒸汽的體積流量為：（×3600）3/s分離室體積：V=W/U3分離室高度：ρ-二次蒸汽密度；U-蒸發(fā)強度；～，取W-二次蒸汽流量；D-蒸發(fā)器直徑；H-分離室高度；蒸發(fā)裝置的輔助設備29汽液分離器蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽中，夾帶著大量大小不同的液滴，需進一步分離以防止有用產(chǎn)品的損失或冷凝液被污染。汽液分離器分為室內(nèi)和室外兩種形式。用在蒸發(fā)器中的汽液分離器有裝在蒸發(fā)室上部的慣性式分離室，折流板式分離器，絲網(wǎng)分離器和設在蒸發(fā)器外部的旋風分離器等。慣性式分離器是利用改變蒸汽的速度和方向，使被夾帶的密度較大的液滴由于慣性作用附著在器壁上，靠重力流回蒸發(fā)器內(nèi)，而蒸汽則由于改變了流動方向而與液滴分離。折流式和慣性式的作用原理相同，是使二次蒸汽通過許多曲折通道，液滴在通道的垂直壁面及曲折處聚集后順壁流下得以分離。絲網(wǎng)式分離器是使氣流通過多層金屬絲網(wǎng)，使液滴附著在金屬絲網(wǎng)表面上而被分離，在霧沫量不大的情況下可達到99%的除霧量。離心式分離器是使氣流通過徑向排列的螺旋狀葉片做旋轉運動，由于慣性力的作用，液滴被器壁而流下，從而達到汽液分離。室外的汽液分離器常采用旋風分離器的結構，都是利用汽液混合物沿切線方向高速進入分離器產(chǎn)生離心效應，將密度不同的蒸汽和液體分開。表4-2各種汽液分離器的特性[7]冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。它的結構有間接和直接式，間接式用間壁式換熱器將蒸汽冷凝，冷凝液可作為產(chǎn)品回收；如果二次蒸汽不需要回收，這可采用直接接觸式冷凝器。直接通冷卻水與二次蒸汽接觸進行熱交換，將蒸汽冷凝后排走。常用的混合式冷凝器有淋水板式，填料式和噴射式。根據(jù)不凝性氣體和冷卻水的排除方式不同，淋水板式可分為并流低位冷凝器和逆流高位冷凝器。本設計選用逆流高位冷凝器30圖4-21-外殼2-淋水板3，8-氣壓管4-蒸汽進口5-進水口6-不凝氣出口7-分離罐(1)氣壓管長度的計算當冷凝器冷凝液出口為常壓時，為保證冷凝液的排出，根據(jù)靜力學理，氣壓管內(nèi)最小液位高度H0應為：H0-氣壓管內(nèi)最小液位高度；P-冷凝器內(nèi)真空度；氣壓管內(nèi)應有一定的位頭以克服冷凝液的流動阻力：h0-阻力位頭；d，L-氣壓管直徑和高度；u-冷凝液在氣壓管內(nèi)的流速；一般氣壓管直徑略大于或冷凝水進口管徑，氣壓管長度為H0和h0之和。為防止冷凝器內(nèi)壓力波動，將氣壓管長度增加L=H0+h0當不需精確計算時可取L=10～11m此設備取11m（2）冷凝器直徑dH冷凝器直徑dH與被冷凝的蒸汽量W、氣體在冷凝器內(nèi)的表觀速度ug以及水與蒸汽的接觸情況，可按下式計算31考慮的安全系數(shù)，則式中：dH—冷凝器直徑，m;—末效二次蒸汽的密度，kg/m3;—氣體在冷凝器內(nèi)的表現(xiàn)流速，m/s;Wn—末效二次蒸汽量，kg/h.的大小與水滴直徑有關，其取值可參考表4-3表4-3水滴直徑dw/mm12345允許氣速394756現(xiàn)在取dw=4mm則=56m/s由于Wn655kg/h,dH（3）淋水板尺寸淋水板尺寸包括寬度，篩孔孔徑和篩孔排列。淋水板的寬度a，如左圖，要保證冷卻水在板上泛流而又不至于過分減少蒸汽通過面積，一般可取冷凝器半徑加50mm圖4-3=50+1000×淋水板上篩孔直徑d0與水滴直徑相同，小孔按正三角形排列，淋水板堰高h32的取值由dH決定，當dH<500mm時，h=40mm，dH>500mm時，h=50到70mm則取d0=4mmh=60mm冷凝器冷卻水按下式計算：式中：WL—冷卻水消耗量，kg/h;I—末效二次蒸汽的焓，kJ/kg;i2—冷凝器出口溫度下冷凝水的焓，kJ/kg;tL1、tL2—冷卻水進、出冷凝器的溫度，℃cp—水的比熱容，kJ/(kg·℃)一般tL2-tL=10到20取20則設tL1=25℃，tL2=45℃tm=(tL1+tL2即I=210.2540kJ/kg;i2；cp=4.181kJ/(kg·℃)WL×（）]/（×20）淋水板上孔數(shù)取孔間距為（2～3）d0,每個小孔的淋水量式中淋水孔的阻力系數(shù)～，水流收縮系數(shù)～取孔間距為0×4=10mm=0.96V0=3600×××××（2××）1/2篩孔數(shù)為：××（1000×）取整52個。（4）淋水板數(shù)：由于dH>500mm則取8塊（5）淋水板間距L當板數(shù)為7～9塊時，Li+1=（～）Li，L0=d0+（～）m,最底層的板間距Ln≥0.15m.L0=d0取則L1=1.1401mL2=0.7411mL3L4=0.3131mL5=0.2035mL6=0.1323m（6)冷凝器的高度33取上下空間高度各為，則冷凝器的總高：Z=蒸發(fā)器接管尺寸的確定蒸發(fā)器接管尺寸可根據(jù)選定的流速來確定。適宜的流速可參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定。所選管徑應圓整到標準值[8]。（1）加熱管管徑的確定：由于生蒸汽的壓力為0.85MPa，溫度為℃所以可以由《化工原理》查得生蒸汽的密度為：4.4070kg/m3,流速一般為20～40m/s,取30m/s.則（×3600）=0.8694m3/sd=（）1/2=[4××30)]1/2圓整為200mm（2）二次蒸汽管管徑的確定：由于二效的二次蒸汽壓力為0.1585MPa,溫度為：℃所以可以由《化工原理》查得生蒸汽的密度為：0.8281kg/m3,流速一般為60m/s.則Vs=W2/e×3600)m3/sd=（）1/2=[4××60)]1/2圓整為：350mm(3)法蘭，人孔，視鏡和手孔：設備中所有管路連接法蘭均要按有關標準選取，這里都選用HG5010-58平焊法蘭。人孔是安裝和檢修設備所必需的，人孔尺寸一般以450到500為宜[9]。當設備較小人無法進入時為了設備的檢