化工原理课程设计
《蒸发》单元操作设计任务书
班级 姓名 一、设计题目：NaOH水溶液 三效并流 加料蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件
1、处理能力：2.36×106t/a NaOH水溶液 2、物料条件
NaOH水溶液的原料液（初始）浓度：X0= 15 %(w) ； 浓缩（完成）液浓度： Xn= 45 %(w) ； 加料温度： 沸点 。（原料液温度为第一效沸点温度） 3、操作条件
加热蒸汽压强： 400 kPa 冷凝器压强： 20 kPa 各效蒸发器的总传热系数：
K1=2000W/（m2·℃)，K2=1000W/（m2·℃)，K3=500W/（m2·℃)。 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。 各效蒸发器中料液液面高度为：2 m。 每年按300天计，每天24小时连续运行。 厂址：宁波地区。 三、设备型式
蒸发器： 中央循环管式 蒸汽冷凝器：水喷射式冷凝器 四、设计项目(说明书格式) 1、封面、任务书、目录。
2、设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 3、蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 4、蒸发器的主要结构尺寸设计。
5、主要辅助设备选型：物料泵、蒸汽冷凝器及气液分离器（除沫器）等选型。 6、绘制NaOH水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。 7、对本设计进行评述。 8、参考文献
成绩评定 指导教师
目录
目 录
1 设计方案简介 .......................................... 1
1.1 设计方案论证 ............................................. 1 1.2 蒸发器简介 ............................................... 1
2 设计任务 .............................................. 3
2.1 估算各效蒸发量和完成液浓度 ............................... 3 2.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差 ......................... 4
2.2.1 各效由于溶液沸点而引起的温度差损失 .......................... 4 2.2.2 由于液柱静压力而引起的沸点升高（温度差损失） ................ 5 2.2.3 由流动阻力而引起的温度差损失 ................................ 5 2.2.4 各效料液的温度和有效总温差 .................................. 5
2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 ................... 6 2.4 蒸发器传热面积的估算 ..................................... 7 2.5 有效温差的再分配 .......................................... 8 2.6 重复上述计算步骤 ......................................... 8
2.6.1 计算各效料液浓度 ............................................ 8 2.6.2 计算各效料液的温度 .......................................... 8 2.6.3 各效的热量衡算 .............................................. 9 2.6.4 蒸发器传热面积的计算 ....................................... 10
2.7 计算结果列表 ............................................ 11
3 蒸发器的主要结构尺寸的计算 ........................... 12
3.1 加热管的选择和管数的初步估算 ............................ 12 3.2 中央循环管的选择 ........................................ 12 3.3 加热室直径及加热管数目的确定 ............................ 12 3.4 分离室直径和高度的确定 .................................. 13 3.5 接管尺寸的确定 .......................................... 13
4 蒸发装置的辅助设备的选用计算 ......................... 14
4.1 气液分离器 .............................................. 14
4.2 蒸汽冷凝器 .............................. 错误！未定义书签。 4.3 水环真空泵选型 .......................................... 15
5 评述 ................................................. 15
5.1 可靠性分析 .............................................. 15 5.2 个人感想 ................................................ 15
6 参考文献 ............................................. 16
II
课程设计
1 设计方案简介
1.1 设计方案论证
多效蒸发的目的是：通过蒸发过程中的二次蒸汽再利用，以节约蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性。目前根据加热蒸汽和料液流向的不同，多效蒸发的操作流程可以分为平流、逆流、并流和错流等流程。本设计根据任务和操作条件的实际需要，采用了并流式的工艺流程。下面就此流程作一简要介绍。
并流流程也称顺流加料流程（如图1），料液与蒸汽在效间同向流动。因各效间有较大的压力差，液料自动从前效流到后效，不需输料泵；前效的温度高于后效，料液从前效进入后效呈过热状态，过料时有闪蒸出现。此流程有下面几点优点：①各效间压力差大，可省去输料泵；②有自蒸发产生，在各效间不必设预热管；③由于辅助设备少，装置紧凑，管路短，因而温度损失小；④装置操作简便，工艺条件稳定，设备维修工作减少。同样也存在着缺点：由于后效温度低、浓度大，因而料液的黏度增加很大，降低了传热系数。因此，本流程只适应于黏度不大的料液。
1.2 蒸发器简介
随着工业蒸发技术的发展，蒸发设备的结构与型式亦不断改进与创新，其种类繁多，结构各异。根据溶液在蒸发中流动情况大致可分为循环型和单程型两类。循环型蒸发器可分为循环式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；单程蒸发器包括升膜式、降膜式、升－降膜式及刮板式等。还可以按膜式和非膜式给蒸发器分类。工业上使用的蒸发设备约六十余种，其中最主要的型式仅十余种。本设计采用了中央循环管式蒸发器，下面就其结构及特点作简要介绍。
中央循环管式蒸发器（如图2）又称标准蒸发器。其加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构成，管束中央有一根直径较大的管子叫做中央循环管，其截面积一般为加热管束截面积的40%~100%。加热管长一般为1~2m，直径25~75mm，长径比为20~40。其结构紧凑、制造方便、操作可靠，是大型工业生产中使用广泛且历史长久的一种蒸发器。至今在化工、轻工等行业中广泛被采用。但由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/s以下）；管内溶液组成始终接近完成液的组成，因而溶液的沸点高、有效温差小；设备的清洗和检修不够方便。其适用于结垢不严重、有少量结晶析出和腐蚀性较小的溶液。
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