化工原理课程设计说明书

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1、内蒙古工业大学化工原理课程设计说明书第一章设计方案的确定1.1概述在化工、制药、食品、生物等生产过程中进行着大量的蒸发操作。蒸发操作的主要目的是浓缩溶液、纯溶剂的制取和回收，工业上通常采用加热的方式使大量溶剂汽化。为充分利用热能，生产商普遍采用多效蒸发。蒸发装置的设计任务是：确定蒸发过程的操作条件、蒸发器型式及蒸发流程的选择；进行蒸发过程工艺计算，确定加热蒸汽的用量、蒸发器的传热面积及结构尺寸等。蒸发作为化工产品工艺制造过程中的一个单元操作，有多种不同的设备、不同的流程与不用的操作方式。它们均具有各自不同的技

2、术特性及经济性、适用性。设计者应根据满足工艺条件要求和提高经济效益两大原则，结合实际进行综合考虑，确定较为先进的蒸发方案。1.2蒸发操作条件的确定蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽压强、冷凝器操作压强的选定。正确选择蒸发过程的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。1.2.1加热蒸汽压强的确定原则通常被蒸发的溶液有一个允许的最高温度，若超过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

3、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后续蒸发过程或其他加热用的热源，即要求蒸发装置能够提供温度较高的二次蒸汽。这样既可以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，提高蒸汽的利用率。因此，能够采用较高温度的饱和蒸汽作为加热蒸汽式有利的，但通常所用的饱和蒸汽温度不超过180℃，超过时相应的压强就很高，这将增加加热的设备费用和操作费用。一般的加热蒸汽压强在300～800kPa范围之内。本次设计任务中，加热蒸汽设计压强取650kPa。1.2.2冷凝器操作压强的确定原

4、则30内蒙古工业大学化工原理课程设计说明书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发，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，传热效果好。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真空蒸发的。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80～90kPa。本次设计任务中，冷

5、凝器设计绝压取25kPa。1.3蒸发器的类型及选择在化工、制药、食品、生物等生产中，大多数蒸发器都是利用饱和水蒸气作为加热介质，因而蒸发器中热交换的一侧是饱和水蒸气冷凝，另一侧是溶液的沸腾，所以传热的关键在于料液沸腾的一侧。为了适应各种不同物料的蒸发浓缩，出现了各种不同结构型式的蒸发器，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换热蒸发器，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）和非循环型（升膜式、降膜式、升-降膜式、刮板式等)两大类型

6、。由于单程型蒸发器适用于处理热敏性材料，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。面对种类繁多的蒸发器，在结构和操作上必须有利于蒸发过程的进行，为此在选用时应考虑以下原则：1.尽量保证蒸发过程具有较大的传热系数，满足生产工艺过程的要求；2.生产能力大，能完善分离液沫，尽量减缓传热壁面上污垢的生成；3.结构简单，操作维修和清洗方便，造价低，适用寿命长；4.能适应所蒸发物料的一些特殊工艺特性（如粘性、起泡性、热敏性、结垢性、腐蚀性等）。中央蒸发器结构紧凑、制造方便、操作可靠，故在工业

7、上应用广泛，有所谓“标准蒸发器”之称。综合上述条件考虑，本次设计任务中，选用中央循环管式蒸发器。1.4多效蒸发效数的确定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。因为在多效蒸发中，将前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽加以利用，可节省生蒸汽的耗量。但也不是效数越多越好，效数受经济上和技术上的因素限制。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，随着效数的增加，总蒸发量相同时所需生蒸汽量减少，使操作费用降低。但随着效数的增加，设备费用成倍增长，而所节省的生蒸

8、汽量越来越少，所以无限制的增减效数已无实际意义，最适宜的效数应使设备费和操作费二者之和最小。30内蒙古工业大学化工原理课程设计说明书技术上的限制是指效数过多，蒸发操作将难以进行。一般工业生产中加热蒸汽压强和冷凝操作压强都有一定的限制，因此在一定操作条件下，蒸发器的理论总传热温度差为一定值。在效数过多时，由于各效温度差损失之和的增加，使总的有效传热温度差减小。当分配大各效的有效传热温度差减小到无法保证