38.5kt/a NaOH溶液三效蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)
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- 第1章 設(shè)計(jì)方案的確定
蒸發(fā)操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強(qiáng)（或溫度），冷凝器的操作壓強(qiáng)（或溫度）的確定，正確選擇蒸發(fā)的操作條件，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。
1.1 加熱蒸汽壓強(qiáng)的測(cè)定
通常被蒸發(fā)的溶液有一個(gè)允許的最高溫度，若超過了此溫度物料就會(huì)變質(zhì)，破壞或分解，這是確定加熱蒸汽壓強(qiáng)的一個(gè)依據(jù)。應(yīng)使操作在低于最大溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，可以采用加壓蒸發(fā)，常壓蒸發(fā)或真空蒸發(fā)。
蒸發(fā)是一個(gè)消耗大量加熱蒸汽而又產(chǎn)生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)充分利用二次蒸汽作為其它加熱用的熱源，即要求蒸發(fā)裝置能夠提供溫度較高的二次蒸汽。這樣既可減少鍋爐產(chǎn)生蒸汽的消耗量，又可以減少末效進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。因此，能夠采用較高溫度的飽和蒸汽作為加熱蒸汽的有利的，但通常所用飽和蒸汽的溫度不超過180℃,超過時(shí)相應(yīng)的壓強(qiáng)就很高,這樣增加加熱的設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)，一般的加熱蒸汽壓強(qiáng)在300-800 kPa范圍之內(nèi)。針對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)，加熱蒸氣設(shè)計(jì)壓強(qiáng)（絕壓）為600 kPa。
1.2 冷凝器操作壓強(qiáng)的測(cè)定
若一效采用較高壓強(qiáng)的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸汽，此時(shí)末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的溫度，可以全部利用。而且各效操作溫度高時(shí)，溶液粘度低，傳熱好。若一效加熱蒸汽壓強(qiáng)低，末效應(yīng)采用真空操作，此時(shí)各效二次蒸汽溫度低，進(jìn)入冷凝器冷凝需消耗大量冷卻水，而且溶液粘度大，傳熱差。但對(duì)于那些熱敏性物料的蒸發(fā)，為充分利用熱源還是經(jīng)常采用的。對(duì)混合式冷凝器，其最大的真空度取決于冷凝器內(nèi)的水溫和真空裝置的性能。通常冷凝器的最大真空度為70-80kPa。本次設(shè)計(jì)中，冷凝器設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為76 kPa(真空度)。
1.3 進(jìn)料狀況
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)得出沸點(diǎn)進(jìn)料有利于蒸發(fā)和傳質(zhì)過程的進(jìn)行，減少蒸發(fā)過程的熱損失，增大蒸發(fā)過程的處理量，所以選擇沸點(diǎn)進(jìn)料。
1.4 蒸發(fā)器的形式
在化工生產(chǎn)中，大多數(shù)蒸發(fā)器都是利用飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)，因而蒸發(fā)器中熱交換的一方是飽和水蒸汽冷凝，另一方是溶液的沸騰，所以，傳熱的關(guān)鍵在于料液沸騰一側(cè)。為了適應(yīng)各種不同物性物料的蒸發(fā)濃縮，出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)形式的蒸發(fā)器，而且隨著生產(chǎn)，技術(shù)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)。工業(yè)中常用的間壁式傳熱蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的流動(dòng)特點(diǎn)，可分為循環(huán)型（中央循環(huán)管式、懸筐式、外加熱式、列文式、強(qiáng)制循環(huán)式等）和單程型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等）兩大類型。
由于單程型蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，本次設(shè)計(jì)任務(wù)中料液為NaOH水溶液，不是熱敏性物料，故選用循環(huán)型蒸發(fā)器，常見循環(huán)型蒸發(fā)器比較見表1-1。
表1-1 常見循環(huán)型蒸發(fā)器比較
中央循環(huán)管式 懸筐式 列文式 強(qiáng)制循環(huán)優(yōu)點(diǎn) 料液呈自然循環(huán)流動(dòng)，蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。 料液循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)速度高，熱損失小，適于蒸發(fā)易結(jié)垢或有晶體析出的溶液。 循環(huán)管內(nèi)流動(dòng)阻力小，循環(huán)速度大，傳熱效果好，適于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。 傳熱系數(shù)大，適于處理黏度較大或易結(jié)垢的物料。
缺點(diǎn) 設(shè)備清洗和檢修不太方便 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面需要的設(shè)備材料量較大。 設(shè)備龐大，需要的廠房高，所需加熱蒸氣壓力較高。 動(dòng)力消耗大，利用外加動(dòng)力。
面對(duì)種類繁多的蒸發(fā)器，在結(jié)構(gòu)上必須有利于過程的進(jìn)行，為此在選用時(shí)應(yīng)考慮以下原則：
（1） 盡量保證較大的傳熱系數(shù)，滿足生產(chǎn)工藝的要求。
（2） 生產(chǎn)能力大，能完善分離液沫，盡量減慢傳熱面上的垢層的生成。
（3） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維修和清洗方便，造價(jià)低，使用壽命長(zhǎng)。
（4） 能適應(yīng)所蒸發(fā)物料的一些工藝特性（如粘性、起泡性、熱敏性、結(jié)垢性、腐蝕性等）。
綜上各條件考慮，選用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。
1.5 效數(shù)的選擇
在流程設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮采用單效還是多效蒸發(fā)，為充分利用熱能，生產(chǎn)中一般采用多效蒸發(fā)。因在多效蒸發(fā)中，將前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，可節(jié)省生蒸汽耗量。但不是效數(shù)愈多愈好，效數(shù)受經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的因素所限制。
經(jīng)濟(jì)上的限制是指效數(shù)超過一定時(shí)經(jīng)濟(jì)上不合算。多效蒸發(fā)中，隨效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時(shí)所需生蒸汽量減少，使操作費(fèi)用降低。但隨效數(shù)增加，設(shè)備費(fèi)成倍增長(zhǎng)，而所節(jié)省的生蒸汽量愈來愈少，所以無限制增加效數(shù)已無實(shí)際意義，最適宜的效數(shù)應(yīng)使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)二者之和為最小。
技術(shù)上的限制是指效數(shù)過多，蒸發(fā)操作難于進(jìn)行。一般工業(yè)生產(chǎn)中加熱蒸汽壓強(qiáng)和冷凝器操作壓強(qiáng)都有一定限制，因此在一定操作下，蒸發(fā)器的理論總溫差為一定值。在效數(shù)增加時(shí)，由于各效溫差損失之和的增加，使總有效溫差減小，分配到各效的有效溫差小到無法保證各效發(fā)生正常的沸騰狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)操作將無法進(jìn)行下去。
基于上述理由，實(shí)際的多效蒸發(fā)過程效數(shù)并不多。為了保證傳熱的正常進(jìn)行，每一效有效溫差不能小于5-7℃。通常對(duì)于電解質(zhì)溶液，如NaOH水溶液，由于其沸點(diǎn)升高較大，采用2-3效，對(duì)于非電解質(zhì)溶液，有機(jī)溶液等，其沸點(diǎn)升高較小，可取為4-6效。其真正適宜的效數(shù)，需通過最優(yōu)化的方法加以確定。
通過選擇，本次設(shè)計(jì)采用3效蒸發(fā)。
38.5kta NaOH溶液D課程設(shè)計(jì)說明書.doc ...
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