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38.5kt/a NaOH溶液三效蒸发装置设计
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  • 发 布 人: majianyong
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  • 第1章 设计方案的确定
    蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强(或温度),冷凝器的操作压强(或温度)的确定,正确选择蒸发的操作条件,对保证产品质量和降低能耗极为重要。
    1.1 加热蒸汽压强的测定
    通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度,若超过了此温度物料就会变质,破坏或分解,这是确定加热蒸汽压强的一个依据。应使操作在低于最大温度范围内进行,可以采用加压蒸发,常压蒸发或真空蒸发。
    蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。从节能的观点出发,应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源,即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。这样既可减少锅炉产生蒸汽的消耗量,又可以减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量,提高了蒸汽利用率。因此,能够采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽的有利的,但通常所用饱和蒸汽的温度不超过180℃,超过时相应的压强就很高,这样增加加热的设备费和操作费,一般的加热蒸汽压强在300-800 kPa范围之内。针对本次设计任务,加热蒸气设计压强(绝压)为600 kPa。
    1.2 冷凝器操作压强的测定
    若一效采用较高压强的加热蒸汽,则末效可采用常压或加压蒸汽,此时末效产生的二次蒸汽具有较高的温度,可以全部利用。而且各效操作温度高时,溶液粘度低,传热好。若一效加热蒸汽压强低,末效应采用真空操作,此时各效二次蒸汽温度低,进入冷凝器冷凝需消耗大量冷却水,而且溶液粘度大,传热差。但对于那些热敏性物料的蒸发,为充分利用热源还是经常采用的。对混合式冷凝器,其最大的真空度取决于冷凝器内的水温和真空装置的性能。通常冷凝器的最大真空度为70-80kPa。本次设计中,冷凝器设计压强为76 kPa(真空度)。
    1.3 进料状况
    根据经验和实验得出沸点进料有利于蒸发和传质过程的进行,减少蒸发过程的热损失,增大蒸发过程的处理量,所以选择沸点进料。
    1.4 蒸发器的形式
    在化工生产中,大多数蒸发器都是利用饱和水蒸汽作为加热介质,因而蒸发器中热交换的一方是饱和水蒸汽冷凝,另一方是溶液的沸腾,所以,传热的关键在于料液沸腾一侧。为了适应各种不同物性物料的蒸发浓缩,出现了各种不同结构形式的蒸发器,而且随着生产,技术的发展,其结构在不断改进。工业中常用的间壁式传热蒸发器,按溶液在蒸发器中的流动特点,可分为循环型(中央循环管式、悬筐式、外加热式、列文式、强制循环式等)和单程型(升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等)两大类型。
    由于单程型蒸发器适用于处理热敏性物料,本次设计任务中料液为NaOH水溶液,不是热敏性物料,故选用循环型蒸发器,常见循环型蒸发器比较见表1-1。
    表1-1 常见循环型蒸发器比较
    中央循环管式 悬筐式 列文式 强制循环优点 料液呈自然循环流动,蒸发器结构紧凑,制造方便,操作可靠,有“标准蒸发器”之称。 料液循环流动,循环速度高,热损失小,适于蒸发易结垢或有晶体析出的溶液。 循环管内流动阻力小,循环速度大,传热效果好,适于处理有晶体析出或易结垢的溶液。 传热系数大,适于处理黏度较大或易结垢的物料。
    缺点 设备清洗和检修不太方便 结构复杂,单位传热面需要的设备材料量较大。 设备庞大,需要的厂房高,所需加热蒸气压力较高。 动力消耗大,利用外加动力。

    面对种类繁多的蒸发器,在结构上必须有利于过程的进行,为此在选用时应考虑以下原则:
    (1) 尽量保证较大的传热系数,满足生产工艺的要求。
    (2) 生产能力大,能完善分离液沫,尽量减慢传热面上的垢层的生成。
    (3) 结构简单,操作维修和清洗方便,造价低,使用寿命长。
    (4) 能适应所蒸发物料的一些工艺特性(如粘性、起泡性、热敏性、结垢性、腐蚀性等)。
    综上各条件考虑,选用中央循环管式蒸发器。
    1.5 效数的选择
    在流程设计时首先应考虑采用单效还是多效蒸发,为充分利用热能,生产中一般采用多效蒸发。因在多效蒸发中,将前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽,可节省生蒸汽耗量。但不是效数愈多愈好,效数受经济上和技术上的因素所限制。
    经济上的限制是指效数超过一定时经济上不合算。多效蒸发中,随效数的增加,总蒸发量相同时所需生蒸汽量减少,使操作费用降低。但随效数增加,设备费成倍增长,而所节省的生蒸汽量愈来愈少,所以无限制增加效数已无实际意义,最适宜的效数应使设备费和操作费二者之和为最小。
    技术上的限制是指效数过多,蒸发操作难于进行。一般工业生产中加热蒸汽压强和冷凝器操作压强都有一定限制,因此在一定操作下,蒸发器的理论总温差为一定值。在效数增加时,由于各效温差损失之和的增加,使总有效温差减小,分配到各效的有效温差小到无法保证各效发生正常的沸腾状态时,蒸发操作将无法进行下去。
    基于上述理由,实际的多效蒸发过程效数并不多。为了保证传热的正常进行,每一效有效温差不能小于5-7℃。通常对于电解质溶液,如NaOH水溶液,由于其沸点升高较大,采用2-3效,对于非电解质溶液,有机溶液等,其沸点升高较小,可取为4-6效。其真正适宜的效数,需通过最优化的方法加以确定。
    通过选择,本次设计采用3效蒸发。
    38.5kta NaOH溶液D课程设计说明书.doc ...
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