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38.5kt/a NaOH溶液三效蒸發裝置設計

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更新時間：2014-02-08
發布人： majianyong

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第1章設計方案的確定
蒸發操作條件的確定主要指蒸發器加熱蒸汽的壓強（或溫度），冷凝器的操作壓強（或溫度）的確定，正確選擇蒸發的操作條件，對保證產品質量和降低能耗極為重要。
1.1 加熱蒸汽壓強的測定
通常被蒸發的溶液有一個允許的最高溫度，若超過了此溫度物料就會變質，破壞或分解，這是確定加熱蒸汽壓強的一個依據。應使操作在低于最大溫度范圍內進行，可以采用加壓蒸發，常壓蒸發或真空蒸發。
蒸發是一個消耗大量加熱蒸汽而又產生大量二次蒸汽的過程。從節能的觀點出發，應充分利用二次蒸汽作為其它加熱用的熱源，即要求蒸發裝置能夠提供溫度較高的二次蒸汽。這樣既可減少鍋爐產生蒸汽的消耗量，又可以減少末效進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℃,超過時相應的壓強就很高,這樣增加加熱的設備費和操作費，一般的加熱蒸汽壓強在300-800 kPa范圍之內。針對本次設計任務，加熱蒸氣設計壓強（絕壓）為600 kPa。
1.2 冷凝器操作壓強的測定
若一效采用較高壓強的加熱蒸汽，則末效可采用常壓或加壓蒸汽，此時末效產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，溶液粘度低，傳熱好。若一效加熱蒸汽壓強低，末效應采用真空操作，此時各效二次蒸汽溫度低，進入冷凝器冷凝需消耗大量冷卻水，而且溶液粘度大，傳熱差。但對于那些熱敏性物料的蒸發，為充分利用熱源還是經常采用的。對混合式冷凝器，其最大的真空度取決于冷凝器內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。本次設計中，冷凝器設計壓強為76 kPa(真空度)。
1.3 進料狀況
根據經驗和實驗得出沸點進料有利于蒸發和傳質過程的進行，減少蒸發過程的熱損失，增大蒸發過程的處理量，所以選擇沸點進料。
1.4 蒸發器的形式
在化工生產中，大多數蒸發器都是利用飽和水蒸汽作為加熱介質，因而蒸發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，傳熱的關鍵在于料液沸騰一側。為了適應各種不同物性物料的蒸發濃縮，出現了各種不同結構形式的蒸發器，而且隨著生產，技術的發展，其結構在不斷改進。工業中常用的間壁式傳熱蒸發器，按溶液在蒸發器中的流動特點，可分為循環型（中央循環管式、懸筐式、外加熱式、列文式、強制循環式等）和單程型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等）兩大類型。
由于單程型蒸發器適用于處理熱敏性物料，本次設計任務中料液為NaOH水溶液，不是熱敏性物料，故選用循環型蒸發器，常見循環型蒸發器比較見表1-1。
表1-1 常見循環型蒸發器比較
中央循環管式懸筐式列文式強制循環優點料液呈自然循環流動，蒸發器結構緊湊，制造方便，操作可靠，有“標準蒸發器”之稱。料液循環流動，循環速度高，熱損失小，適于蒸發易結垢或有晶體析出的溶液。循環管內流動阻力小，循環速度大，傳熱效果好，適于處理有晶體析出或易結垢的溶液。傳熱系數大，適于處理黏度較大或易結垢的物料。
缺點設備清洗和檢修不太方便結構復雜，單位傳熱面需要的設備材料量較大。設備龐大，需要的廠房高，所需加熱蒸氣壓力較高。動力消耗大，利用外加動力。

面對種類繁多的蒸發器，在結構上必須有利于過程的進行，為此在選用時應考慮以下原則：
（1）盡量保證較大的傳熱系數，滿足生產工藝的要求。
（2）生產能力大，能完善分離液沫，盡量減慢傳熱面上的垢層的生成。
（3）結構簡單，操作維修和清洗方便，造價低，使用壽命長。
（4）能適應所蒸發物料的一些工藝特性（如粘性、起泡性、熱敏性、結垢性、腐蝕性等）。
綜上各條件考慮，選用中央循環管式蒸發器。
1.5 效數的選擇
在流程設計時首先應考慮采用單效還是多效蒸發，為充分利用熱能，生產中一般采用多效蒸發。因在多效蒸發中，將前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，可節省生蒸汽耗量。但不是效數愈多愈好，效數受經濟上和技術上的因素所限制。
經濟上的限制是指效數超過一定時經濟上不合算。多效蒸發中，隨效數的增加，總蒸發量相同時所需生蒸汽量減少，使操作費用降低。但隨效數增加，設備費成倍增長，而所節省的生蒸汽量愈來愈少，所以無限制增加效數已無實際意義，最適宜的效數應使設備費和操作費二者之和為最小。
技術上的限制是指效數過多，蒸發操作難于進行。一般工業生產中加熱蒸汽壓強和冷凝器操作壓強都有一定限制，因此在一定操作下，蒸發器的理論總溫差為一定值。在效數增加時，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生正常的沸騰狀態時，蒸發操作將無法進行下去。
基于上述理由，實際的多效蒸發過程效數并不多。為了保證傳熱的正常進行，每一效有效溫差不能小于5-7℃。通常對于電解質溶液，如NaOH水溶液，由于其沸點升高較大，采用2-3效，對于非電解質溶液，有機溶液等，其沸點升高較小，可取為4-6效。其真正適宜的效數，需通過最優化的方法加以確定。
通過選擇，本次設計采用3效蒸發。
38.5kta NaOH溶液D課程設計說明書.doc ...

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