1、我的化工原理的課設任務是用三效蒸發(fā)裝置將處理量為85Kt/a的10%NaOH溶液濃縮到32%，在設計中我們要根據(jù)一些實際情況對一些條件進行選擇，通過查相關資料得到一些有關物質(zhì)數(shù)據(jù)，來對三效蒸發(fā)的工藝計算，得到結(jié)果后選擇合適的蒸發(fā)器的主要結(jié)構尺寸，并對蒸氣裝置輔助設備進行設計。我們在設計中采用了減壓蒸發(fā)，因為減壓蒸發(fā)有如下優(yōu)點：1、在加熱蒸汽溫度一定的條件下，蒸發(fā)器傳熱的平均推動力增大，使傳熱面積減??；2、可以利用低壓蒸氣或廢熱蒸氣作為加熱介質(zhì)；3、由于溫度低，可以減少熱損失。尤其是優(yōu)點2、3對工業(yè)生產(chǎn)意義重大，減少熱損失和傳熱面積意味著降低了蒸發(fā)的設備成本和運行成本，從而使企業(yè)獲得更大的效益。

2、化工原理是化工類及相近專業(yè)一門重要的技術基礎課，它是綜合運用數(shù)學、物理、化學等基礎知識，分析和解決化工類型生產(chǎn)中各種物理工程問題的工程學科。它對我們化工類專業(yè)的重要性更是不言而喻。平時我們在課堂上學到的都是一些理論知識，做的題都是一些計算型的題目，我們?nèi)狈Ω鶕?jù)實際情況自己選擇合適數(shù)據(jù)進行計算設計的綜合能力。而化工原理課程設計的目的就意在培養(yǎng)訓練分析和解決工程實際問題的能力，我相信通過兩周的課程設計，我們能夠更融會貫通的綜合運用學到的知識，提高自己獨立的工作能力，為畢業(yè)后走上工作崗位打下良好的基礎。我也衷心的希望這本書能為讀者帶來幫助。由于本書作者的水平及時間所限，書中難免有疏漏及錯誤之處，敬請

3、批評指正。第一章蒸發(fā)方案的確定1.1加熱蒸汽壓的確定 蒸發(fā)是一個消耗大量加熱蒸汽而又產(chǎn)生大量二次蒸汽的過程。通常被蒸發(fā)的溶液有一個允許的最高溫度，從節(jié)能觀點出發(fā)，應充分利用二次蒸汽作為后續(xù)蒸發(fā)過程或者其他加熱用的熱源，因此采用較高溫度的飽和蒸汽作為加熱蒸汽是有利的，但通常所用飽和蒸汽溫度不超過180，超過時相應的壓強，這將增加加熱的設備費用和操作費用。所以加熱蒸汽壓強在400-800范圍之內(nèi)。故選擇加熱蒸汽壓強600kPa(絕)。1.2 冷凝器操作壓強的確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發(fā)，此時末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高溫度，可以全部利用。而且各效操作溫度高時，溶液粘度

4、低，傳熱效果好。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。故冷凝器操作真空度為80kPa。1.3 蒸發(fā)器的類型 蒸發(fā)器有很多類型，在結(jié)構和操作上必須有利于蒸發(fā)過程的進行，選型時考慮一下原則：1. 盡量保證蒸發(fā)過程具有較大的傳熱系數(shù)，滿足生產(chǎn)工藝過程的要求；2. 生產(chǎn)能力大，能完善分離液沫，盡量減緩傳熱壁面上污垢的形成；3. 結(jié)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(fā)物料的一些特殊工藝特性根據(jù)以上原則選擇中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其加熱室由垂直的加熱管束構成，在管束中央有一根直徑較大 的管子，稱為

5、中央循環(huán)管，其截面積為加熱管束總截面積的40%-100%。當殼程的管間通入蒸汽加熱時，因加熱管（細管）內(nèi)單位體積的受熱面積大于中央循環(huán)管（粗管）內(nèi)液體的受熱面積，因此粗、細管內(nèi)液體形成密度差，加之加熱細管內(nèi)蒸汽的抽吸作用，從而使得溶液在中央循環(huán)管下降、在加熱管內(nèi)上升的連續(xù)自然流動。溶液在粗細管內(nèi)的密度差越大，管子越長，循環(huán)速度越大。主要的是溶液的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強化了蒸發(fā)過程。且這種蒸發(fā)器結(jié)構緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點，因此選擇中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。1.4 蒸發(fā)效數(shù)的確定在多效蒸發(fā)中，將前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽加以利用，可節(jié)省生蒸汽的消耗量，故為充分利用

6、熱能，生產(chǎn)中一般采用多效蒸發(fā)。除此之外，受到經(jīng)濟和技術上的限制，效數(shù)過多經(jīng)濟上不合算，技術上蒸發(fā)操作將難以進行。也為了保證傳熱的正常進行，各效的有效傳熱溫度差不能小于6-10.且此次蒸發(fā)溶液12%NaOH為電解質(zhì)溶液，故選擇蒸發(fā)效數(shù)為3效。1.5 蒸發(fā)流程的選擇多效蒸發(fā)的操作流程根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向不同，可分為并流、逆流、平流及錯流四種。并流法亦稱順流法，是指料液和蒸汽呈同向流動的蒸發(fā)過程。因為各效之間有比較大的壓強差，料液能自動從前效進入后效，可以省去輸送物料泵，前效的溫度高于后效，料液能自動從前效進入后效，可省去輸送物料泵；前效溫度高于后效溫度，料液從前效進入后效處于過熱狀態(tài)，可以產(chǎn)生

7、自蒸發(fā)；且并流法結(jié)構緊湊、操作簡便、應用廣泛。但由于后效較前效溫度低、濃度大，因而逐效料液的粘度增加，導致傳熱系數(shù)下降。因此并流法操作通常適用于溶液粘度歲濃度變化不大的料液蒸發(fā)。逆流法即料液于蒸汽呈逆流操作。隨著料液濃度的提高，其溫度相應提高，使料液粘度增加較小，各效的傳熱系數(shù)相差不大，故可生產(chǎn)較高濃度的濃縮液。因而逆流法操作適用于粘度較大的料液蒸發(fā)，但由于逆流操作需設置效間料液輸送泵，動力消耗較大，操作也較復雜。此外對濃縮液在高溫時易分解的料液，不宜采用此流程。平流法即各效都加入料液，又都引出濃縮液。此法除可用于有結(jié)晶析出的料液外，還可用于同時濃縮兩種以上的不同水溶液。錯流法亦稱混流法，它是

8、并，逆流的結(jié)合。其特點是兼有并，逆流的優(yōu)點而避免其缺點，但操作復雜，控制困難，應用不多。綜合比較，選擇并流蒸發(fā)流程。1.6 進料溫度的選擇 進蒸發(fā)器料液溫度的高低直接影響到蒸發(fā)器中的傳熱情況和蒸發(fā)器傳熱面積的大小，生產(chǎn)上通常為了節(jié)約蒸汽用量和提高傳熱效果，在進蒸發(fā)器之前利用可回收的低溫熱源將料液預熱到接近或者達到沸點狀態(tài)，以實現(xiàn)節(jié)能消耗。 故選擇沸點進料。 2.1估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度Fx0=（F-W）x3（1）其中 F每小時的進料量，Kg/hW每小時的水份蒸發(fā)總量，Kg/h WF（1）×（1）7305Kg/h假設各效蒸發(fā)量相等 Wi=W/n因為W= W1+ W2 + W3 計算

9、出各效的蒸發(fā)量WiW1=W2=W3=2435Kg/h由（1）式得（2）由（2）式得計算出各效的濃度x1= = x2= 85x3=22.2估算各效二次蒸蒸汽溫度一般加熱蒸汽壓強P1和冷凝器中的操作壓強Pn是已知的設=600 kPa Pn=20 kPa各效間的平均壓力差為pi=kPa由各效壓力差可求得各效蒸發(fā)室的壓力，即 =P1-Pi = 600 =407kPa = P1- 2Pi =600-2×=214kPa= P1- 3Pi=20 kPa表1 有關資料列表效數(shù)各效蒸發(fā)室壓強, kPa40721420二次蒸氣溫度Ti，(或下一效加熱蒸汽溫度)144.0121.760.1二次蒸氣的氣化潛

10、熱ri，KJ/Kg(或下一效加熱蒸氣的氫化熱)2138.52123計算溶液溫差蒸汽壓下降引起的溫度差上述式中：-一定壓強下水溶液的沸點，；-對應壓強下水溶液的沸點，；和-常數(shù)；-溶液濃度，質(zhì)量分率。2ײ×0.13=tA12×144.0+=141 = tA1 tw1 =148.82-143.97=5.08×853×1.85²×85=4.66tA2 ×2 = tA2 tw2 =130.47-122.24=第三效：K=1+0.142x =1+0.142 ×5××0.3=14.57

11、tA1=ktw1×60.13 = tA3 tw3=75.21-60.06=1求由于液柱靜壓力而引起的溫度損失為方便起見，以液層中點處壓力和沸點代表整個液層的平均壓力和平均溫度，根據(jù)流體靜力學方程，液層的平均壓力區(qū)值（L=2.7m）Pm= Pi+ （其中l(wèi)為液面高度，m）（3）=-（4）式中：-蒸發(fā)器中液面與底部的平均壓強，Pa；-對應下水的沸點，；-二次蒸汽的壓強，Pa；-對應下水的沸點，；-溶液的平均密度，；-蒸發(fā)器操作時的液面高度，。所以 Pm1 = P1+ =407 + =421.20kPaPm2 = P2+ =214 + = 228.97kPaPm3 = P3+ = 20+

12、= 37.48kPa由平均壓力查得對應飽和溫度為T 'Pav1 = T 'Pav2 = T 'Pav3=所以1 = T Pav1 T1 =145.22144.02= T Pav2 T2 = 123.80121.703= T Pav3 T3 = 60.1 = 由流動阻力引起的溫差損失取經(jīng)驗值1，即1=2=3=1綜合(1)(2)(3)步得總溫度損失各效料液的溫度和有效總溫差所以各效沸點為 2.4計算各效蒸發(fā)量和傳熱量蒸發(fā)量第1效因沸點進料，故熱利用系數(shù)其中為第i效蒸發(fā)器中液料溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的變化.取×查水蒸氣表，壓力為600kpa的加熱蒸汽的氣化熱=2091.1kJ

13、kg,=151.3的二次蒸汽汽化熱=213 kJkg將以上數(shù)據(jù)代入并考慮熱利用系數(shù)得(a)第2效第2效中溶液沸點為132.7，查水蒸氣表，二次蒸汽的汽化熱=2198.6kJ/KgkJ/Kg 無額外蒸汽引出時其中 F-原料液流量量,Kg/h；ri-第i效加熱蒸汽的汽化潛熱,K/Kg；-第i效二次蒸汽的汽化潛熱, K/Kg；-原料液的比熱容,K/(Kg/)；-水的比熱容, K/(Kg/)；ti,ti-1-分別為地i效和第i-1效溶液的溫度(沸點), ；對于沸點進料t­0=t1,考慮到NaOH溶液濃度濃縮熱影響，熱利用系數(shù)算式為W2= 0.886+(b)第3效第3效中溶液沸點為=85.6，

14、查水蒸氣表，二次蒸汽的氣化熱=2354.9kJkgkJkg =7- (c)又=7305 (d)聯(lián)解式(a)至(d),可得W1=2449.5Kg/h W2=24Kg/hW3=2Kg/h D1=2Kg/h傳熱量各效傳熱量的計算式為式中：-第i效加熱蒸汽量,kgh；無額外蒸汽引出時，;分別為第i效加熱蒸汽、及第i-1效二次蒸汽的汽化潛熱，kJkg=2×2091.1=5.45www2.5蒸發(fā)器傳熱面積估算, S1= m2S2= m2S3= m2誤差，誤差較大，應調(diào)整各效有效溫差，使三個蒸發(fā)器的傳熱面積盡量相等。2.6有效溫差的再分配平均面積 m2若使各值保持不變則有tiiti其中ti是各效經(jīng)

15、過有效溫差再分配后的溫差t1= t2=t3=2.7重復上述步驟2.7.1 計算各效料液的質(zhì)量分數(shù)X1= X2=2.7.2 估算各效二次蒸汽溫度因末效完成液濃度和二次蒸發(fā)汽壓力均不變，各種溫度差損失可視為恒定，故末效溶液溫度仍為即 =8則第效加熱蒸氣的溫度為= 8+2=113.3則效二次蒸溫度；T2=113.385所以第一效=140.26=所以=147.56+=158.66溫差重新分配后各效溫度列于表2表2 各效溫差重新分配表效次加熱蒸汽溫度， T1=6T1=14T2=113.3有效溫差，t1=t2=1t3=2料液溫度，t1=1t2=124.26t3=8查手冊得出 r1=2148.7KJ/Kg

16、； r2=2226.0KJ/Kg r3=2KJ/Kg 。第效×30)=0.95932(e)第效×(85)=4W2= 0.907+376.5（f）第效 =-(g)又 W1+W2+W3=7305(h) 聯(lián)解式(e)至式(h)，得W1=2Kg/h W2=24Kg/hW3=2 Kg/h D1=2Kg/h2.7.4蒸發(fā)器傳熱面積計算= m2S3= m誤差符合要求取S=(1+7%)=×7=所以S取100m2第三章蒸發(fā)器主要結(jié)構工藝尺寸的設計加熱管的選擇和管數(shù)的初步估算計算平均面積；S=100m2所需管子數(shù)=其中S蒸發(fā)器的傳熱面積，m2，由前面的工藝計算決定d0加熱管外徑，mL

17、加熱管長度，m，取L=3m,d0=38mm有= 根循環(huán)管的選擇有經(jīng)驗公式循環(huán)管內(nèi)徑D1=d0=×38=541mm查表取560×mm加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定按正三角形排列，管束中心在線管數(shù)19 t=48mm加熱室內(nèi)徑Di=t(nc-1)+2其中t為管心距Di48×(19-1)+2×1.5*38=978mm,取Di=1200mm 最小壁厚12mm畫圖得管數(shù)n=336分離室直徑和高度的確定分類室的體積V=其中W為某效蒸發(fā)器的二次蒸氣流量，kg/h 為某效蒸發(fā)器的二次蒸氣的密度，kg/m3，U為蒸氣體積強度，一般允許值為1.52.5m3/（m3·s

18、）取U=2 m3/（m3·s）；為第三效二次蒸汽冷凝溫度60.1時的密度即=kg/m3所以V3=分離室高度H與直徑D的關系：V=D2H,H:D=1.7求出H=m取4m取3.5接管尺寸的確定流體進出口的內(nèi)徑按d=計算（1）溶液進出口因為第一效的流量最大，所以取其為計算量Vs= m3/s因為其流動為強制流動，u =1-3 m/s,所以取u = 2 m/s 則有d= m，取管為核算：u=m/s（2）加熱蒸汽進口與二次蒸氣接管加熱蒸汽即為各效二次蒸汽，故其接管尺寸相同，因此取體積流量最大者計算尺寸。二次蒸汽體積流量取各效最大者,故取W3=kg/h,=0.9635kg/m3,u=40m/s根據(jù)

19、公式d=計算：加熱蒸汽：取u=40 m/s ; Vs= 則所以取351×9mm核算：0.41=（3）冷凝水出口第一效質(zhì)量流量最大，所以用第一效質(zhì)量流量來計算冷凝水出口管尺寸，按自然流動的液體計算，u= m/s,取u=m/s，則計算出d= = =2mm取管核算： m/s4、 蒸發(fā)裝置輔助設備的設計4.1 氣液分離器蒸發(fā)操作時，二次蒸汽中夾帶大量的液體，雖然在分離室得到了初步分離，但是為了防止有用的產(chǎn)品損失或污染冷凝液體，還需設置氣液分離器，以使霧沫中的液體凝聚并與二次蒸汽分離，故氣液分離器又稱捕沫器或除沫器。慣性式除沫器是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變運動方向時，液滴因慣性作用而與蒸

20、汽分離。慣性式除沫器的主要尺寸按下列關系確定：， ， ， h=(0.4-0.5)式中：-二次蒸汽的管徑，m;-除沫器內(nèi)管的直徑，m；-除沫器外罩管的直徑，m；-除沫器外殼直徑，m; H-除沫器的總高度，m; h-除沫器內(nèi)管頂部與管頂?shù)木嚯x，m。=0.351m,=0.527m,=0.702m, H=0.702=0.144m4.2 蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將末效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝。下面重點介紹一下水噴射式冷凝器的設計。工作水量的計算對以冷凝為主的水噴射式冷凝器，其冷卻水用量取決于被冷凝蒸汽的焓值、冷卻水的進出口溫度，可按下式計算：式中：W-冷卻水用量，kgh； I-蒸汽的焓，kJ

21、kg D-冷凝蒸汽量，kgh；、-冷卻水進出口溫度，（冷卻水可循環(huán)利用）；-冷卻水平均比熱，kJ/(kg. )。D=2 kgh，令=17、=25，查表得I=2 kJ/kg，8 kJ(kg. )=176981 kg/h噴射器結(jié)構尺寸計算噴嘴數(shù)n及噴嘴直徑：通過一個噴嘴的水流速度為： （m/s）式中：-工作水通過噴嘴的壓強差，Pa，即工作水進口壓強與混合室壓強（吸入壓強）之差；-水的密度，kg/-流量系數(shù)，可取0.93-0.96。噴嘴直徑一般為12-22mm,選定后，噴嘴個數(shù)n的確定為：=0.015m,=0.95,=999.0 kg/= m/s,所以n=12文氏管喉部直徑：式中：-排出壓強與吸入壓

22、強之差，Pa。mm水噴射器其它各部尺寸為：文氏管喉部長度 文氏管收縮口直徑 文氏管收縮段長度 文氏管收縮角度 文氏管擴散段直徑 文氏管擴散段長度 文氏管擴散段角度 第五章 設計結(jié)果一覽表表5-1 進料條件效數(shù)第一效第二效第三效完成液濃度%32蒸汽流量kg/h傳熱面積表5-2 蒸發(fā)設備的數(shù)據(jù)蒸發(fā)器尺寸加熱管高度3m循環(huán)管內(nèi)徑541加熱管管徑加熱管數(shù)目336根加熱室內(nèi)徑分離室直徑分離室高度接管尺寸溶液進出口管加熱蒸汽與二次蒸汽接管冷凝水出口管除沫器總高度除沫器內(nèi)管頂部與器頂距離除沫器內(nèi)管直徑除沫器外罩管直徑除沫器外殼直徑蒸汽冷凝器噴嘴個數(shù)12噴嘴直徑第六章課程設計總結(jié)兩個星期的課程設計已經(jīng)告一段落了，兩個星期，時間雖然不長，但是我學到了很多課本上學不