氢氧化钠三效并流蒸发装置设计.doc

第一章 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原则 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500-700kPa（绝压）—范围之内。本次设计任务，加热蒸气设计压强为590kPa（绝压）。 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70-80 。本次设计中，冷凝器设计绝压为20。 1.3蒸发器的类型及选择 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水溶液，不是热敏性物料，故选用循环型蒸发器。 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： ◆ 尽量保证较大的传热系数，满足生产工艺的要求。 ◆ 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。 ◆ 结构简单，操作维修和清洗方便，造价低，使用寿命长。 ◆ 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，本次设计选用中央循环管式蒸发器。 1.4多效蒸发效数的确定 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水溶液，由于其沸点升高较大，采用2～34～63效蒸发。 1.5效蒸发流程的选择 多效蒸发的操作流程根据加热蒸汽与料液的流向不同，可分为并流，逆流，平流及错流四种。 并流法亦称为顺流法，其料液和蒸汽呈并流。因各效间有较大压差，料液能自动从前效进入后效，可省去输料泵；前效的温度高于后效，料液从前效进入后效时呈过热状态，可以产生自蒸发；结构紧凑，操作简便，应用广泛。但由于后效较前效的温度低，浓度大，因而逐效料液的粘度增加，传热系数下降。因而并流法操作只适用于粘度不大的料液蒸发。 逆流法即料液于蒸汽呈逆流操作。随着料液浓度的提高，其温度相应提高，使料液粘度增加较小，各效的传热系数相差不大，故可生产较高浓度的浓缩液。因而逆流法操作适用于粘度较大的料液蒸发，但由于逆流操作需设置效间料液输送泵，动力消耗较大，操作也较复杂。此外对浓