1、化工原理课程设计完成日期： 2015 年 6 月 13 日课程设计任务书课程名称 化工原理课程设计 课程代码 01042010题 目 年产 100 万吨 35%氯化钠项目 学 院 化 学 与 材 料 科 学 学 院 专 业 化 学 工 程 与 工 艺 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 I设计时间 2015.5.25-2015.6.14 指导教师专 业 化学工程与工艺 班 级 1201一、课程设计任务（题目）及要求（1）设计任务：蒸馏塔设计浓缩用料为 NaCl，进料浓度为 15%，最后浓缩至 35%，进料量为 5000kg/h，加热蒸汽的品质为 500kPa，设备总数 65 套，使用列管式
2、换热器，并且采用三效并流加料蒸发流程。设计条件如下：操作压力 kPa(塔顶表压 )生蒸汽压力 500kPa进料热状况 100气候条件 忽略试根据上述工艺条件作出蒸馏塔的设计计算。设计基本资料见主要参考资料。（二）设计要求1、学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换。2、查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。3、最后提交的课程设计成果包括：a) 课程设计说明书纸质文件及电子文件。b) 课程设计相关设计图纸质文件及电子文件。二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求）1、分析课程设计题目的要求；2、写出详细设计说明；3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据；4、
3、设计完成后提交课程设计说明书及相关设计图；5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排、图表绘制符合要求。6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求，设计内容按参考资料设计示例执行。理论塔板数的求取用逐板计算法。A f和 Wd的求取按自己推导的公式进行。三、主要参考资料1 涂伟萍，陈佩珍，程达芳.化工过程及设备设计.化学工业出版社 ,2000.6.2 指导教师签字：任务分配II任务分为三部分：1、换热器设计2、蒸发器设计3、管道的设计3.1、管程清洗3.2、壳程清洗3.3、泵的设计3.4、管道设计3.5、工艺流程图纸我的任务：蒸发器的设计目 录III年产 100万吨
4、 35%氯化钠溶液蒸发器设计 .1摘要： .1关键词：中央循环式蒸发器；氯化钠；提浓 .1第一章 前言 .21.1 蒸发 .21.1.1多效蒸发 .21.1.2 蒸发操作的特点 .21.2 多效蒸发流程 .3第二章 蒸发工艺设计计算 .42.1已知参数 .42.2设计方案 .42.3设计计算 .42.3.1蒸发量 .42.3.2初算各效浓度 .42.3.3初算各效溶液沸点和有效总温度差 .52.3.4热量衡算及蒸发量计算 .62.3.5蒸发器的传热面积 .72.3.6 计算结果列表 .8表 2 计算数据表 .8第三章、设备结构设计 .83.1加热管的选择和管束的初步估计 .83.1.1中央循环
5、管直径的选择 .93.1.2加热室直径及加热管数目的确定 .93.1.3分离室直径和高度的确定 .10总 结 .11致 谢 .12参考文献 .13附 录 .140年产 100 万吨 35%氯化钠溶液蒸发器设计摘要：蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质（如盐类）的溶液沸腾，除去其中被汽化单位部分杂质，使溶液得以浓缩的单元操作过程。蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较为常见的单元操作。蒸发器内要有足够的加热面积，使溶液受热沸腾。溶液在蒸发器内因各处密度的差异而形成某种循环流动，被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。蒸发器内备有足够的分离空间，以除去汽化的蒸汽夹带
6、的雾沫和液滴，或装有适当形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称做一次蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽。关键词：中央循环式蒸发器；氯化钠；提浓Annual output of 1 million tons of 35% sodium chloride solution evaporator designAbstract：Evaporation adopting the method of heating, make the involatile impurities, such as salt
7、 solution boiling, remove the impurities by vaporizing unit parts, to unit operation process of concentrated solution.Evaporation operation is widely used in concentrated aqueous solution of involatile substances, is relatively common in chemical, pharmaceutical, food and other industrial unit opera
8、tion.In the evaporator must have enough heating area, make the solution is heated to boil.Solution throughout the evaporator internal cause differences in density and form a circular flow, concentration back out of the evaporator is concentrated to the regulations.Evaporator with adequate separation
9、 of space inside, in order to remove the entrainment of vaporized steam entrainment and liquid droplets, or with appropriate forms of defoaming device to remove the liquid foam, discharge of steam, such as no longer use, should be to be condensed in the condenser.Evaporation process often adopt the
10、method of saturated steam to heat partition, usually the steam as the one used as heat source, evaporation from the solution of steam is called secondary steam.Keywords：The central circulation evaporator;Sodium chloride;enrichment1第 1 章 前言1.1 蒸发在化工、轻工、医药和食品等工业中，常常需要将含有固体溶质的溶液进行浓缩，以获得固体产品或制取溶剂。工业上常用浓
11、缩方法一般是将稀溶液加热沸腾，使部分溶剂气话并不断移除，从而提高溶液中溶质的浓度，这种过程称为蒸发。1.1.1 多效蒸发蒸发需要消耗水蒸汽作热源，被蒸发的溶液大多是水溶液，溶剂蒸发产生的气体也是水蒸汽，为了区别，前者称为加热蒸汽（如果来自锅炉，又称生蒸汽），后者称为二次蒸汽。二次蒸汽具有一定的压力和温度，也可用作加热热源。通常，可将二次蒸汽通入另一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，以降低生蒸汽的耗用量。若将前一蒸发器的二次蒸汽通入后一蒸发器的加热室作热源，则后一蒸发器的加热室就成为前一蒸发器所产生的二次蒸汽的冷凝器。将多个蒸发器串联起来，后一级蒸发器利用前一级蒸发器的二次蒸汽作热源，仅在第一级蒸发
12、器中消耗生蒸汽，溶液在多个蒸发器中进行蒸发。这种多个蒸发器相串联的蒸发过程称为多效蒸发。蒸发可以在常压、加压或减压下进行，为维持蒸发过程所需的真空度，在冷凝器后连有真空泵，为在负压下降冷凝水排出，应使冷凝器具有足够的高度，从而可依靠重力排水，或用泵将水抽出。1.1.2 蒸发操作的特点蒸发操作实质上是在间壁的两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程，因此，蒸发器也是一种换热器。但它又具有不同于一般传热过程的特殊性：（1） 溶液中含有不挥发性溶剂，由拉乌尔定律可知，溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压低，或者溶液的沸点较纯溶剂的沸点高。相同条件下，蒸发溶液的传热温差就比蒸发纯溶剂的传热温差小。因此，溶液的沸
13、点升高是蒸发操作必须考虑的重要问题。（2） 工业规模下，溶剂的蒸发量往往是很大的，需要好用大量的加热蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的热能，使单位质量的生蒸汽能汽化更多的水分，采用多效蒸发流程，是降低蒸发过程能量消耗的有效途径。（3） 溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构。21.2 多效蒸发流程多效蒸发有三种不他那个的操作流程，它们是：并流加料流程、逆流加料流程和平流加料流程，以三效为例。并流加料蒸发流程：溶液和蒸汽的流向相同，生蒸汽通入第一效，第一效的二次蒸汽送第二效作加热蒸汽，第二效的二次蒸汽送第三效作加热蒸汽，第三效的二次蒸汽送入冷凝器中全部冷凝。溶液经第一效浓缩后送第二效和第三效继续浓缩，完成
14、液由第三效排出。并流流程的优点是：后效蒸发室压力较前效低，前效溶液可借压差流入后效，无需用泵输送。此外，后效溶液沸点较前效低，溶液自前效流入后效时，由于过热而发生自蒸发，称为闪蒸，从而可以蒸发更多的溶液。这种流程的缺点是：后效溶液的浓度较前效大，而沸点又较低，其黏度则相对较大，使后效蒸发器的传热系数较前效小，此种情况在后两效中尤为严重。逆流加料流程：原料由末效进入，用泵一次输送至前一效，完成液由第一效排出，而加热蒸汽则从第一效顺序流至末效。因蒸汽和溶液的流向相反，故称逆流加料流程。逆流加料流程的主要优点是随着溶液浓度的逐渐提高，溶液的温度也在不断提高，因此，各效溶液的黏度比较接近，各效的传热系
15、数也大致相同。缺点是效间溶液需用泵输送，能量消耗较大。逆流蒸发流程适用于黏度随温度和浓度的变化比较大的溶液，但不适用于热敏性物料的蒸发。平流加料流程：料液分别加入各效，蒸发后完成液从各效分别排出，各效溶液的流向相互平行。平流加料流程应用于蒸发过程中容易析出结晶的物料，例如，食盐水的蒸发，在较低的浓度下即达到饱和状态而有结晶析出，为了避免在各效间输送含有大量结晶的溶液，通常采用平流加料过程。采用的换热器类型：中央循环管式蒸发器。3第 2 章 蒸发工艺设计计算2.1 已知参数浓缩用料为 NaCl，进料浓度为 15%，最后浓缩至 35%，进料量为 5000kg/h，加热蒸汽的品质为 500kPa，设
16、备总数 65套，使用列管式换热器，并且采用三效并流加料蒸发流程。2.2 设计方案根据已知的参数，采用三效并流加料蒸发流程，流程图如下：图 1 蒸发流程图2.3 设计计算2.3.1 蒸发量F=5000kg/h总蒸发量:hkgxFW/2860)35.1(50)1(3初算各效蒸发量，对于并流加料蒸发器，取 W1:W2:W3=1:1.1:1.2所以 W=W1+W2+W3=4500kg/h由以上三式可得： W 1=866.7kg/h；W2=953.3kg/h；W3=1040kg/h；Wi各效蒸发量，kg/h 2.3.2 初算各效浓度 4= =0.1814； = =0.2357； =0.351X10WF2
17、X210WF3X2.3.3 初算各效溶液沸点和有效总温度差由加热蒸汽的品质为 6Kg/cm2，得 P1= 500KPa；假设末效冷凝器的压力为： P 3= 50KPa；总压降为： ；KPa450-假设各效的压降相等，即： ；1321第一效二次蒸汽的压强为： ；P1 第二效二次蒸汽的压强： ；a20522 末效二次蒸汽的压强： P 3= 50KPa。由各效的二次蒸汽压强从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中：表 1 蒸汽性质列表第一效 第二效 第三效二次蒸汽压强 Pi/(KPa) 350 200 50二次蒸汽温度 T i/()(即下一效加热蒸汽温度)138.9 120.2 81.3二
18、次蒸汽的汽化潜热r/(KJ/Kg)2156.0 2205.2 2310.4（1）溶液蒸气压降低引起的温度差损失 i根据二次蒸汽温度以及各效完成液的浓度，有氯化钠的杜林线图可查的各效溶液的沸点为：tA1=140.0，t A2=121.5，t A3=83.3。由此可得各效由于溶液蒸气压力下降所引起的温度差损失：=140.0-138.9=1.11=121.5-120.2=1.32=83.3-81.3=2.03因此， 4.023.1321 i（2）溶液静压强引起的温度差损失 i5由于 gL21pm则： ；KPa56.3018.9351 ；pm7.2.723；a56108953所以，T pm1=139.
19、4，T pm2=121.01，T pm3=84.18.03-4.11 pm8222.-8.33pT1.40521 i（3）由于流动阻力引起的温度差损失 由于管道流体阻力产生的压降所引起的温度差损失，在多效蒸发中末效之前的各效的二次蒸汽流到次一效的加热室的过程中，由于管道阻力使其压强降低蒸汽的饱和温度也相应降低，由此引起的温度差损失即为 ，根据经验其值可以省略。所以， 0各效总的温度差损失为：5.801.4 iiii（4）各效溶液的沸点和有效温差为.5.9.1381Tt3120202 .86.33t总的有效传热温差：iTtk1查表得压力为 500KPa的蒸汽的饱和温度为 151.867，气化潜热为 2108.2kJ/kg，于是6.703.8.5Tt514-6702.3.4 热量衡算及蒸发量计算
