年產(chǎn)45000噸naoh蒸發(fā)車間工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、45000噸/年NaOH蒸發(fā)車間工藝設(shè)計,指導(dǎo)老師：張 雷,答 辯 人：劉 志 強,題目,,題目,院 系：化學(xué)化工學(xué)院,專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻綜述,工藝選擇,設(shè)計計算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀c.燒堿蒸發(fā)的方法d.燒堿蒸發(fā)的特點,a.三效順流流程介紹b.蒸發(fā)操作的影響因素c.蒸發(fā)設(shè)備的選擇,a.物料衡

2、算b.溫差損失計算熱量衡算c.傳熱面積迭代計算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計算b.蒸發(fā)輔助設(shè)備的選型,,,文獻綜述,,NaOH介紹,,研究背景Theoritical Background,氫氧化鈉（化學(xué)式為NaOH，俗名火堿、燒堿）在常溫下是一種白色晶體具有極強的腐蝕性。易溶于水，其水溶液呈強堿性，固體燒堿具有潮解性。,,,工業(yè)來源,工業(yè)中燒堿主要來源于精制后的氯化鈉溶液通過直流電解后得到的氫氧化鈉溶液。電解方法的不同現(xiàn)今主要分

3、為隔膜法和離子膜法兩類。,燒堿工業(yè)用途,,,文獻綜述,國外多以離子膜法工藝成熟美國杜邦公司最先開始生產(chǎn)離子膜,,國內(nèi)以隔膜法為主沒有生產(chǎn)離子膜的技術(shù)設(shè)備材質(zhì)也跟不上,,,日本旭化成公司首次實現(xiàn)了離子膜法生產(chǎn)工業(yè)化,,國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀Current Situation and Development Trend,,,技術(shù)比較,,離子膜法：優(yōu)點：出槽NaOH濃度高、能耗低、氯氣氫氣純度高，無污染。缺點：鹽水質(zhì)量要求高，昂貴、容

4、易損壞，國內(nèi)靠引進。,隔膜法：優(yōu)點：技術(shù)成熟，設(shè)備簡單，隔膜易得。缺點：污染大，能耗高,,文獻綜述,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻綜述,工藝選擇,設(shè)計計算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀c.燒堿蒸發(fā)的方法d.燒堿蒸發(fā)的特點,a.三效順流流程介紹b.蒸發(fā)操作的影響因素c.蒸發(fā)設(shè)備的選擇,a.物料衡算b.溫差損失計算熱量衡算c.傳熱面積迭代計算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計算b.

5、蒸發(fā)輔助設(shè)備的選型,,,工藝選擇,,蒸發(fā)操作特點The Feature of Evaporation Opration,,燒堿蒸發(fā)特點,1. 析出NaCl晶體2. 末效的溫差損失極大3.末效傳熱狀況差,雙效順流1.工藝設(shè)備簡單2.蒸汽壓力要求不高3.能量利用率很低,三效逆流1.能量利用率最高2.設(shè)備材料要求高3.設(shè)備臺數(shù)多4.需要閃蒸罐,三效順流1.能量利用率高2.可生產(chǎn)42%的NaOH溶液3.操作易控制4.

6、對設(shè)備材料要求不高,三效四體1.工藝較為復(fù)雜2.需生蒸汽壓力要求高3.單位氣耗大,,,三效順流特點,1.自動過料2.出料溫度低3. 后效黏度大,,,工藝選擇,,,循環(huán)型,特點：溶液循環(huán)流動，溶液濃度基本相同，操作穩(wěn)定,設(shè)備選型Equipment Selection,,,特點：單程達到指定濃度，受熱時間短適合熱敏物質(zhì),單程型,,外加熱式,,工藝選擇,,三效順流簡述The Brief of Three-effect Downs

7、tream Evaporation,,,工藝選擇,,影響因素Influencing Factors,,生蒸汽壓強,1.提高壓強可改善系統(tǒng)的操作條件2.決定了有效總溫差3.壓強過低無法維持良好的沸騰狀態(tài)選用500kPa加熱蒸汽,,,末效真空度,1.影響有效溫度2.影響單位氣耗3. 末效溫度低減少腐蝕4.末效溫度影響冷凝水用量選用31.2kPa真空度,,,蒸發(fā)器液位,1.蒸發(fā)器液位過高降低循環(huán)速度2.液位波動過大使得系統(tǒng)不

8、穩(wěn)定采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，液位高度為1.2m,,,進料溫度,1.提高進料溫度可減少蒸汽氣耗2.充分的利用系統(tǒng)余熱采用一二效蒸汽冷凝水余熱料液，可使得溫度達到100℃左右,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻綜述,工藝選擇,設(shè)計計算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀c.燒堿蒸發(fā)的方法d.燒堿蒸發(fā)的特點,a.三效順流流程介紹b.蒸發(fā)操作的影響因素c.蒸發(fā)設(shè)備的選擇,a.物料衡算b.溫差損

9、失計算熱量衡算c.傳熱面積迭代計算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計算b.蒸發(fā)輔助設(shè)備的選型,,設(shè)計計算,,物料衡算Material Balance,計算依據(jù),,設(shè)計計算,,物料衡算Material Balance,,計算依據(jù),所得數(shù)據(jù)如下表所示：,總的進料F、進出物料組成Xi,,進出物料的量FW 、 FS 、 Fi,,設(shè)計計算,,物料衡算Material Balance,,計算依據(jù),溶液濃度和蒸發(fā)水量,FW 、 FS 、 Fi ，

10、設(shè)W1：W2:W3=1：1.1：1.2,Xi、Wi,,,設(shè)計計算,,物料衡算Material Balance,計算依據(jù),總壓降,,各效平均壓降,,二次蒸汽壓強,,二次蒸汽溫度,Ti、Xi,,溶質(zhì)引起的沸點損失,Pi、H,靜壓差引起沸點損失,,工程經(jīng)驗,,管路引起沸點損失,,各效總的溫差損失,二次蒸汽溫度,溶液沸點,,,設(shè)計計算,,溫差損失Heat Transfer Temperature Loss,,溫差損失,,二次蒸汽性質(zhì),上述得

11、到的數(shù)據(jù)是進行熱量衡算的基礎(chǔ),,設(shè)計計算,,溫差損失Heat Transfer Temperature Loss,,溶液沸點,由得到的溶液沸點和組成可以查得溶液的平均比熱容為： 0.923kcal（kg·℃）水的平均比熱容為 4.204kJ/(kg·℃)由得到的各效二次蒸汽的溫度、溶液和水的比熱以及各效蒸發(fā)水量可以對各效做熱量衡算。,,,,設(shè)計計算,,熱量衡算Heat B

12、alance,對第i效做熱量衡算：,考慮各類熱損失整理之后可得：,,,,,,,,代入數(shù)據(jù)可以得到關(guān)系式如下：,考慮熱量衡算后的溶液濃度和蒸發(fā)水量如下表所示。,,設(shè)計計算,,熱量衡算Heat Balance,,,,,,,,新的蒸汽量和溶液濃度,,,,,S1 =906m2;S2=680.5m2;S3=424.8m2,K1= 1900W/m·KK2 =1300W/m·KK3=720W/m·K,,Wi

13、 ri,S1≠S2 ≠ S3，需要迭代,,設(shè)計計算,,迭代計算Iterative Calculation,,,,,,,,,,,,平均傳熱面積公式：,,有效溫差分配：,,,迭代后溶液蒸汽性質(zhì),得到迭代后的蒸發(fā)水量和傳熱面積為：,S1 =544.7m2;S2=542.4m2;S3=538.0m2,W1= 12972 kg/h;W2=12667 kg/h; kg/h;W3=12240 kg/h;D1=14457kg/h,,蒸汽量

14、和傳熱面積的誤差均在2%左右，所以數(shù)據(jù)合理不必再迭代,,設(shè)計計算,,計算結(jié)果Calculation Results,,,,,,,,,,,,,,,,最終計算結(jié)果,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻綜述,工藝選擇,設(shè)計計算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀c.燒堿蒸發(fā)的方法d.燒堿蒸發(fā)的特點,a.三效順流流程介紹b.蒸發(fā)操作的影響因素c.蒸發(fā)設(shè)備的選擇,a.物料衡算b.溫差損失計算熱量衡算

15、c.傳熱面積迭代計算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計算b.蒸發(fā)輔助設(shè)備的選型,,設(shè)備選型,,加熱管尺寸The Size of Heating Pipe,,,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,單位：mm,選擇長為5m，管子規(guī)格為 的加熱管。根據(jù)面積計算公式可以得到下列方程：,,根據(jù)計算得到的數(shù)據(jù)我們可以得到加熱管的數(shù)目為618,,設(shè)備選型,,加熱室直徑The Diameter of Heating Cham

16、ber,,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,,加熱管排列方式選擇三角形排列的方式管子按照正三角形排列時：,,,,,,,,由此可以得到中心線上的管數(shù)為28，代入 可得：圓整之后得到管徑為2100mm，壁厚取為12mm,,,設(shè)備選型,,其他尺寸Other Size,,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,,,,,,,,,根據(jù)蒸發(fā)體積流量法可以求得蒸發(fā)室的高度和直徑：,,,接管尺寸可據(jù)管內(nèi)允許流速和流量

17、來計：,,,,D=1.50m.H=2.26m,溶液進出口: mm的無縫鋼管,,蒸汽進出口: mm的無縫鋼管,,冷凝水進出口: mm的無縫鋼管,,循環(huán)管管徑計算：,,,上循環(huán)管: mm的無縫鋼管,,下循環(huán)管: mm的無縫鋼管,,,,設(shè)備選型,,輔助設(shè)備Auxiliary Equipment,,,,,,,

18、,,,,,,,加熱管管徑,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣液分離器：慣性式,,,,,,,,,Da=360mm,Dc=540mm,De=720mm,H=720mm.H=180mm,,氣液分離器部分管規(guī)格,單位：mm,,,設(shè)備選型,,輔助設(shè)備Auxiliary Equipment,,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蒸汽冷凝器：逆流高位式,,,,,,,,,,1、氣壓管長度,最小液位高度,

19、克服阻力壓頭,,防倒灌壓頭,,,,在精度要求不高情況下可取為11米,2、冷凝器的直徑,被冷凝蒸汽量,氣體流速,,接觸情況,,,,,氣體在冷凝器中的允許流速,圓整之后為1.2m,,設(shè)備選型,,輔助設(shè)備Auxiliary Equipment,,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、淋水板的尺寸,,,,,淋水板的寬度：a=626.5mm,淋水板的排列方式：正三角形,淋水板孔數(shù)：32,

20、4、淋水板數(shù),當(dāng)冷凝器的高度大于500mm時：取板數(shù)為8塊,5、淋水板的間距,工程上一般采用上稀下密的不等距安裝,,相鄰淋水板間距,6、冷凝器高度,,冷凝器的總高度為：5.63m,,設(shè)備選型,,輔助設(shè)備Auxiliary Equipment,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,真空泵,末效壓強為31.2kPa，排氣量為2.07kg/h選用2BA-6型的系列的真空

21、泵,加料泵,流量為56.818m3/h,選用IS-80-160型的離心泵,,IS-80-160型離心泵參數(shù),,安全分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,節(jié)能分析,1.加熱蒸汽產(chǎn)生的冷凝水的利用2. 末效處于真空下，二次蒸汽溫度低,,,安全分析,1.熱蒸汽容易造成燙傷2.壓力容器易爆炸3.機械碰傷,安全節(jié)能分析Energy Saving And Safety Anal

22、ysis,,安全分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,到控制點工藝流程圖Process Chart With Control Points,,安全分析,,,,,,,,,,,,,,加熱管管徑,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,平面布置圖Plane Arrangement Chart,,安全分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

23、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,參考文獻Reference,[1魏宗勝. 蒸發(fā)器設(shè)計中值得注意的幾個問題[J]. 氯堿工業(yè), 1982(01):38-47. [2] 孫勤. 我國隔膜法燒堿的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 氯堿工業(yè), 2007(z1):24-27. [3羅曉鵬. 燒堿蒸發(fā)裝置擴能技術(shù)改造[D]. 四川大學(xué), 2004. [4]王世常. 燒堿蒸發(fā)工藝現(xiàn)狀及節(jié)能改造的建議[J]. 氯堿工業(yè), 2010(01):

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