38.5kt/a NaOH溶液三效蒸发装置设计
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- 第1章 设计方案的确定
蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。
1.1 加热蒸汽压强的测定
通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度，若超过了此温度物料就会变质，破坏或分解，这是确定加热蒸汽压强的一个依据。应使操作在低于最大温度范围内进行，可以采用加压蒸发，常压蒸发或真空蒸发。
蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而又产生大量二次蒸汽的过程。从节能的观点出发，应充分利用二次蒸汽作为其它加热用的热源，即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。这样既可减少锅炉产生蒸汽的消耗量，又可以减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量，提高了蒸汽利用率。因此，能够采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽的有利的，但通常所用饱和蒸汽的温度不超过180℃,超过时相应的压强就很高,这样增加加热的设备费和操作费，一般的加热蒸汽压强在300-800 kPa范围之内。针对本次设计任务，加热蒸气设计压强（绝压）为600 kPa。
1.2 冷凝器操作压强的测定
若一效采用较高压强的加热蒸汽，则末效可采用常压或加压蒸汽，此时末效产生的二次蒸汽具有较高的温度，可以全部利用。而且各效操作温度高时，溶液粘度低，传热好。若一效加热蒸汽压强低，末效应采用真空操作，此时各效二次蒸汽温度低，进入冷凝器冷凝需消耗大量冷却水，而且溶液粘度大，传热差。但对于那些热敏性物料的蒸发，为充分利用热源还是经常采用的。对混合式冷凝器，其最大的真空度取决于冷凝器内的水温和真空装置的性能。通常冷凝器的最大真空度为70-80kPa。本次设计中，冷凝器设计压强为76 kPa(真空度)。
1.3 进料状况
根据经验和实验得出沸点进料有利于蒸发和传质过程的进行，减少蒸发过程的热损失，增大蒸发过程的处理量，所以选择沸点进料。
1.4 蒸发器的形式
在化工生产中，大多数蒸发器都是利用饱和水蒸汽作为加热介质，因而蒸发器中热交换的一方是饱和水蒸汽冷凝，另一方是溶液的沸腾，所以，传热的关键在于料液沸腾一侧。为了适应各种不同物性物料的蒸发浓缩，出现了各种不同结构形式的蒸发器，而且随着生产，技术的发展，其结构在不断改进。工业中常用的间壁式传热蒸发器，按溶液在蒸发器中的流动特点，可分为循环型（中央循环管式、悬筐式、外加热式、列文式、强制循环式等）和单程型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等）两大类型。
由于单程型蒸发器适用于处理热敏性物料，本次设计任务中料液为NaOH水溶液，不是热敏性物料，故选用循环型蒸发器，常见循环型蒸发器比较见表1-1。
表1-1 常见循环型蒸发器比较
中央循环管式 悬筐式 列文式 强制循环优点 料液呈自然循环流动，蒸发器结构紧凑，制造方便，操作可靠，有“标准蒸发器”之称。 料液循环流动，循环速度高，热损失小，适于蒸发易结垢或有晶体析出的溶液。 循环管内流动阻力小，循环速度大，传热效果好，适于处理有晶体析出或易结垢的溶液。 传热系数大，适于处理黏度较大或易结垢的物料。
缺点 设备清洗和检修不太方便 结构复杂，单位传热面需要的设备材料量较大。 设备庞大，需要的厂房高，所需加热蒸气压力较高。 动力消耗大，利用外加动力。
面对种类繁多的蒸发器，在结构上必须有利于过程的进行，为此在选用时应考虑以下原则：
（1） 尽量保证较大的传热系数，满足生产工艺的要求。
（2） 生产能力大，能完善分离液沫，尽量减慢传热面上的垢层的生成。
（3） 结构简单，操作维修和清洗方便，造价低，使用寿命长。
（4） 能适应所蒸发物料的一些工艺特性（如粘性、起泡性、热敏性、结垢性、腐蚀性等）。
综上各条件考虑，选用中央循环管式蒸发器。
1.5 效数的选择
在流程设计时首先应考虑采用单效还是多效蒸发，为充分利用热能，生产中一般采用多效蒸发。因在多效蒸发中，将前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽，可节省生蒸汽耗量。但不是效数愈多愈好，效数受经济上和技术上的因素所限制。
经济上的限制是指效数超过一定时经济上不合算。多效蒸发中，随效数的增加，总蒸发量相同时所需生蒸汽量减少，使操作费用降低。但随效数增加，设备费成倍增长，而所节省的生蒸汽量愈来愈少，所以无限制增加效数已无实际意义，最适宜的效数应使设备费和操作费二者之和为最小。
技术上的限制是指效数过多，蒸发操作难于进行。一般工业生产中加热蒸汽压强和冷凝器操作压强都有一定限制，因此在一定操作下，蒸发器的理论总温差为一定值。在效数增加时，由于各效温差损失之和的增加，使总有效温差减小，分配到各效的有效温差小到无法保证各效发生正常的沸腾状态时，蒸发操作将无法进行下去。
基于上述理由，实际的多效蒸发过程效数并不多。为了保证传热的正常进行，每一效有效温差不能小于5-7℃。通常对于电解质溶液，如NaOH水溶液，由于其沸点升高较大，采用2-3效，对于非电解质溶液，有机溶液等，其沸点升高较小，可取为4-6效。其真正适宜的效数，需通过最优化的方法加以确定。
通过选择，本次设计采用3效蒸发。
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