蒸发式中央循环管式蒸发器与气液分离器设计方案.docx

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1、蒸发式中央循环管式蒸发器及气液分离器设计方案第一章设计方案的确定1.1蒸发操作条件的确定1.1.1加热蒸汽压强的确定蒸发是消耗大量加热蒸汽且产生大量二次蒸汽的过程。被蒸发溶液存在允许围的最高温度，根据节能原理，应充分利用二次蒸汽，作为后续过程的热源。所以在加热蒸发中应采用较高温度的饱和蒸汽，通常所用饱和蒸汽温度不超过180℃，超过时，设备费用和操作费用都会相应增加。所以加热蒸汽压强在400-550kpa围之。本设计加热蒸汽压强选择为450kPa(绝)。1.1.2冷凝器操作压强的确定若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效采用常压或加压蒸发，此时末效产生的二次蒸汽具有较高温度，可全

2、部利用。各效操作温度高时，溶液粘度低，传热效果好。若一效加热蒸汽压强低，末效采用真空操作，各效二次蒸汽温度低，进入冷凝器冷凝消耗大量冷却水，溶液粘度大，传热差。故冷凝器操作压强为20kpa（绝）。1.1.3进料温度的选择进蒸发器料液温度的高低直接影响蒸发器的传热情况和传热面积的大小，在实际生产常为了节约蒸汽用量和提高传热效果，在进入蒸发器之前利用可回收的低温热源将料液预热到接近或者达到沸点状态，得以实现节能。所以本设计选择沸点进料。1.2蒸发器类型的确定蒸发器类型较多，根据以下原则进行选择：1.保证蒸发过程具有较大的传热系数，满足生产工艺的要求；2.生产能力大，能完善分离液沫

3、，减缓传热壁面污垢形成；3.结构简单，操作、维修和清洗方便，造价低，寿命长；4.适应蒸发物料的特殊工艺特性。根据以上原则与本次设计条件，选择中央循环管式蒸发器。加热室由垂直的加热管束构成，管束中央直径较大的管子，称中央循环管，其截面积为加热管束总截面积的40%-100%。当壳程的管间通入蒸汽加热时，加热管单位体积的受热面积大于中央循环管，所以两管液体形成密度差，加热管蒸汽的抽吸作用，使溶液在中央循环管下降，在加热管上升连续自然流动。管的密度差越大，管子越长，循环速度越大。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，增强蒸发过程。该蒸发器结构紧凑，传热较好，操作可靠，所以本设计选择中

4、央循环管式蒸发器。1.3蒸发效数的确定在多效蒸发中，前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽利用，可节省生产蒸汽的消耗量，充分利用热能，生产中一般采用多效蒸发。由于经济和技术上的限制，效数不宜过多。为保证传热的正常进行，各效的有效传热温差不小于6-10℃。本次设计中蒸发溶液10%NaOH为电解质溶液，选择效数为三效。1.4蒸发流程的确定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、错流四种。并流法（顺流法），各效之间有比较大的压强差，料液自动从前效进入后效，省去输送物料泵。前效温度高于后效温度，料液从前效进入后效，处于过热状态，可产生自蒸发；并流法结构紧

5、凑、操作简便、应用广泛。但由于后效比前效温度低、浓度大，因而逐效料液的粘度增加，传热系数下降，并流法操作适用于溶液粘度、浓度变化不大的料液蒸发。逆流法，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。所以适用于粘度较大的料液蒸发，但由于设置效间料液输送泵，动力消耗较大，操作也较复杂。此外对浓缩液在高温时易分解的料液，不宜采用此流程。平流法，除可用于有结晶析出的料液外，还可用于同时浓缩两种以上的不同水溶液。错流法（混流法），其特点是兼有并，逆流的优点而避免其缺点，但操作复杂，控制困难，应用不多。本设计选择并流蒸发流程。1

6、.5设计条件总述加热蒸汽压强为450kPa(绝)，冷凝器操作压强为20kPa（绝），并流三效蒸发，沸点进料。第二章多效蒸发的工艺计算多效蒸发工艺计算的主要项目有：加热蒸汽消耗量、各效水分蒸发量及各效蒸发器的传热面积。变量之间的各效关系受物料衡算、热量衡算、传热速率方程以及相平衡方程式等基本关系支配。采用试差法计算。假设：（1）冷凝液饱和温度排出；（2）无额外蒸汽排出；（3）K值的选取；（4）多效传热面积相等。2.1各效蒸发量和完成液组成的估算原料液含NaOH浓度10%，完成液含NaOH浓度32%。已知原料液量为72kt/a；，沸点进料。加热介质采用450kPa(绝压)的饱和水

7、蒸汽，冷凝器操作压力为20kPa(绝压)。三效的传热系数[1]分别为K1=1650W/(m2·℃)，K2=950W/(m2·℃),K3=600W/(m2·℃),原料液比热容[1]为3.7KJ/(Kg·℃),各效蒸发器中液面高度为2.7m。各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效转热面积相等，并忽略热损失。每年按7200个小时计算。原料液进料流量：F=72.0kt/a=10138.88蒸发过程总蒸发量：假设各效蒸发量相等，则第i效蒸发量为：因而初估各效完成液的浓度为：2.2估计各效二次蒸汽温度假设