毕业设计200kta烧碱装置蒸发工段的初步设计

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1、精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 毕 业 设 计 说 明 书 题 目 200kt/a 烧碱装置蒸发工段的初步设计（固碱）精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 毕业设计（论文）任务书 材料与化学工程 系 专业 班 题 目 200kt/a 烧碱装置蒸发工段的初步设计（固碱）一、设计(论文)的要求 1、进行工段工艺流程设计，绘制带主要控制点的工艺流程图；2、进行工段物料、热量衡算并对结果列表（成图）；3、确定工段设备（类型、尺寸），绘制主要设备的装配图；4、编写工段工艺初步设计说明书。二、设计（论文）的原始数据 三、参考资料及说明：化工工艺、氯碱工艺学、化工原理 化工工程手册（蒸发与结晶）、化工设计 化

2、工计算等及相关文献资料。精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 前言精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 目 录 前言 第一篇 液碱 1 第一章 总论 1 一、产品 1 二、生产流程和生产方案的确定 1 三、生产流程简述 4 第二章 液碱的蒸发 5 一、物料衡算 5 二、温差损失计算 11 三、热量衡算 13 四、迭代计算 15 五、闪蒸效 32 第三章 蒸发器的结构和辅助设备设计 34 一、蒸发器的结构设计 34 二、蒸发器接管尺寸的确定 36 三、蒸发辅助设备 38 四、设备一览表 41 第二篇 固碱 42 第四章 总论 42 一、产品 42 二、固碱生产概况 43 三、锅式法固碱的生产原理 43

3、四、锅式法固碱生产工艺流程叙述 44 第五章 物料衡算 45 一、计算依据 45 二、物料衡算 45 第六章 热量衡算 48 第七章、设备及配置 50 环保与安全 51 设计评述 52 参考文献 53 致谢 55 附图精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 第一篇 液碱 第一章 总论 一、产品精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 第二章 液碱的蒸发 一、物料计算 1.1 计算依据：（1）产品 200kt/a （折 100%NaOH）（2）年作业时间 7200 小时（3）原料碱：隔膜法电解工序来的碱液 NaOH NaCl H2O 及其它 温度 10%15.5%74.5%90（4）三效蒸发器出来的成品碱 N

4、aOH NaCl H2O 及其它 44.7%1%54.3%（5）加热蒸汽压力：08MP（绝）（6）末效二次蒸汽压力：0.0145MP（绝）（7）产量 200kt/a（折 100%NaOH）20010001000/30024=27778kg/h（8）由于实际生产过程中，考虑浴度 8%，即 Fa=27778（1+0.08）=30000 kg/h（10）13 效流程示意简图如下 W1 H1 W2 H2 W3 H3 F0Xa0t0 D T H F1Xa1t1 F2Xa2t2 F3Xa3t3 G1 D T G2 D2T2 G3 D3T3 附图 2-1-1 流程示意简图 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您

5、1.2、总物料衡算 1）以 30000kg/h100%NaOH 为计算基础 在蒸发过程中由于碱液中的杂质比较少可以忽略进行计算，洗水一般为 0.5Fa。进入蒸发系统的碱液量：F0=Fa/Xa0=30000/0.1=300000 kg/h 则其中的：NaOH Fa=3000000.1=30000 kg/h NaCl Fs=3000000.155=46500 kg/h H2O Fw=300000（1-0.1-0.155）=223500 kg/h 2）出蒸发系统的碱液量：F3=Fa/Xa3=30000/0.447=67114.0940 kg/h 则其中的：NaOH 67114.09400.447=3

6、0000 kg/h NaCl 67114.09400.01=671.1409 kg/h H2O 67114.09400.543=36442.9530 kg/h 3）总蒸发水量：W=FXw-Fa/Xa1Xw1+0.5Fa =202057.047kg/g 4）总的析盐量为：Gs=F0Xso-Fa/Xa1Xs1 =3000000.155-30000/0.4470.01 =45828.8591 kg/h 5）列出物料平衡表如 211：6）初步估计各效蒸发水量。三效逆流蒸发水量一般可设1 W1：W2：W3=1：1：1 由于 W1+W2+W3=W 解上述方程组得：W1=W2=W3=67352.3490 k

7、g/h 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 表 211 物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 46500 NaCl 671.1409 H2O 223500 H2O 36442.9530 洗涤 水量 15000 蒸发 水量 202057.0470 析盐 量 45828.8591 合计 315000 合计 315000 1.3、各效的物料衡算 1.3.1 第三效的物料衡算 估算其碱液的浓度为：Xa3=Fa/（F0-W3）=30000/（300000-67352.349）=0.1298 则可由下列关联式算出

8、 NaOH 的浓度：由于其溶液的沸点75 ，则采用1：Xs3=0.2613721-0.6894598Xa3-0.7948191Xa23+2.465996Xa33 则 Xs3=0.1645 由于在蒸发过程中 NaCl 在溶液中始终处于饱和状态，所以析盐量为：Gs3=Fa/Xa0Xs0-Fa/Xa3Xs3 =30000/0.10.155-30000/0.12980.1645 =8244.1860 kg/h 核算碱液浓度：XL3=Fa/（F0-W3-Gs3）=30000/（300000-67352.349-8244.186）=0.1337 假设相对误差 Z=0.001，若XL3-Xa3/Xa3Z，则

9、重新设 Xa3=XL3，代入上式 复上述计算，直至误差在允许范围内为止，算得三效的浓度和析盐量。计算结果如表 2-1-2精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 表 2-1-2 计算数据表 由于 0.00070.001，所以 Xa3=0.1354 则 F3=Fa/Xa3=30000/0.1354=221565.7312 kg/h 即 Xw3=（Fw0-W3）/F3 =（223500-67352.349）=0.7047 Xs3=1-0.1354-0.7047 =0.1599 表 2-1-3 第三效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaO

10、H 30000 NaCl 35428.3604 NaCl 46500 H2O 156137.3708 蒸发 水量 67352.6292 H2O 223500 析盐 量 11071.6396 合计 300000 合计 300000 其中：NaOH 221565.73120.1354=30000 kg/h NaCl 221565.73120.1599=35428.3604 kg/h H2O 221565.73120.7047=156137.3708 kg/h 析盐量为：Gs3=F0Xs0-F3Xs3Xa3 0.129 0.1337 0.1350 0.1353 Xs3 0.1645 0.1609 0

11、.1599 0.1596 Gs3 8244.1860 10396.7898 10966.6667 11111.9734 XL3 0.1337 0.1350 0.1353 0.1354 Z 0.036 0.009 0.002 0.0007 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 =3000000.155-221565.73120.1599 =11071.6369 kg/h 第三效的物料平衡如表 2-1-3 1.3.2、第二效进行物料衡算 估算第二效的碱液的浓度为 Xa2=Fa/（F3-W2+15000）=30000/（221565.7312-67352.349+15000）=0.1773 则可由下列关

12、联式算出 NaOH 的浓度：由于其溶液的沸点75 ，则采用1：Xs2=0.285252-0.8860123Xa2+0.228191Xa22+0.855736Xa23 则 Xs2=0.1401 由于在蒸发过程中 NaCl 在溶液中始终处于饱和状态，所以析盐量为：Gs2=Fa/Xa3Xs3-Fa/Xa2Xs2 =30000/0.13540.1599-30000/0.17730.1401 =11722.7766 kg/h 核算碱液浓度：XL2=Fa/（F3-W2-Gs2+W）=30000/（221565.7312-67352.349-8244.186+15000）=0.1905 表 2-4 计算数据

13、表 Xa2 0.1773 0.1905 0.1943 0.1954 0.1957 Xs2 0.1401 0.1307 0.1280 0.1272 0.1270 Gs2 11722.7766 14845.6832 15665.1077 15899.1895 15959.7861 XL2 0.1905 0.1943 0.1954 0.1957 0.1958 Z 0.0745 0.0199 0.0057 0.0015 0.0005 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 假设相对误差 Z=0.001，若XL2-Xa2/Xa2Z，则重新设 Xa2=XL2，代入上式重复上述计算，直至误差在允许范围内为止，算得

14、三效的浓度和析盐量。计算结果如下表2-2-4 由于 0.00050.001，则 Xa2=0.1958 Xs2=0.127 Gs2=15959.7861 kg/h F2=Fa/Xa2=30000/0.1958=153217.5689 kg/h 其中 NaOH 153217.5689 0.1958=30000 kg/h NaCl 153217.5689 0.127=19458.6313 kg/h H2O 153217.56890.6772=103758.9377 kg/h 则蒸发水量为：W2=Fw3-Fw2+15000 =156137.3708-103758.9377+15000 =67378.4

15、331 kg/h 对于第二效列物料平衡表 如表 2-1-5 表 2-1-5 第二效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 35428.3604 NaCl 19458.6313 H2O 156137.3708 H2O 103578.9337 洗涤 水量 15000 蒸发 水量 67378.4331 析盐 量 15689.8431 合计 236565.7312 合计 236565.7312 1.3.3、第一效作物料衡算精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 进入蒸发器的物料：其中：NaOH 30000 kg/h

16、 NaCl 19458.6313 kg/h H2O 103578.9337 kg/h 离开蒸发器的碱液：其中：NaOH 30000 kg/h NaCl 671.1409 kg/h H2O 36442.953 kg/h 蒸发水量为：W3=103578.9337-36442.953=67135.9807 kg/h 析盐量为：Gs3=19458.6313-671.1409=18787.4904 kg/h 第一效的物料平衡如表 2-1-6 表 2-1-6 第一效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 671.

17、1409 NaCl 19458.6313 H2O 36442.9530 蒸发 水量 67135.9807 H2O 103578.9337 析盐 量 18787.4904 合计 153037.565 合计 153037.565 二、温差损失计算 2.1、估算各效二次蒸汽压力（温度）精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 估算各效二次蒸汽压力、温度；选定加热蒸汽压力 P1=0.8MP（绝）和末效压力P3=0.0145MP（绝），各效以等压差进行分配2，即 P=（P1-P3）/3=0.2618MP P1=P1-P=0.8-0.2618=0.5382MP P2=P1-2P=0.8-2 0.2618=0.27

18、64MP P3=P1-3P=0.8-3 0.2618=0.146MP 根据化工原理3查得 P1=0.5382MP(绝)T1=154.4 r1=2104.8kJ/kg P2=0.2764MP(绝)T2=130.4 r2=2176.3kJ/kg P3=0.0146MP(绝)T3=52.7 r3=2371.5kJ/kg 2.2、溶液中因溶质浓度引起的温度损失 常压下溶液的沸点升高为2:0=2.671111-39.64219X+445.4087X2-448.1834X3 二次蒸汽压力下沸点升高的修正系数为2:f=0.0162(T+273)2/R 二次蒸汽压力下溶液沸点升高为2:=f0 则 1=47.9

19、 2=10.5 3=4.1 2.3、因溶液液柱静压引起温差损失 因溶液液柱静压引起温差损失（）：蒸发器操作时，溶液常呈气液混合状态，密度比较小，理论计算结果往往偏高，故根据经验选用：1 2 3 1.5 2.4、各效之间管路助力引起的温差损失 由于各效之间管路助力引起的温差损失1：一般每两效之间的损失可取为 1 2.5、各效溶液的沸点 各效溶液的沸点1：蒸发器内溶液的沸点等于蒸发室二次蒸汽温度加上沸腾升高值，因此 一效：tL=T1+1+1=203.80精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 二效：t2=T2+2+2=142.40 三效：t3=T3+3+3=57.50 三、热量衡算 在蒸发过程中，NaO

20、H 溶液浓缩热、盐结晶析出热与盐泥带出热与总的热量消耗相比约为 1%左右，所以在计算时这部分热量作为热损失考虑。另外，料液带入热量为：（Fa/X0）Cp0T0=（FaCp0Cpw/X0Cpw）T0 3.1、蒸发水量 即 Fa/X0（kg）料液所含热量相当于 FaCp0/X0Cpw（kg）水所含热量，FaCp0/X0Cpw 称为料液的当量水量，下面进行热量衡算时以料液当量水量代替料液量，先不记热损失。对于第一效进行热量衡算。进入蒸发器热量：新鲜蒸汽带入热量：D0H0 料液带进热量：（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）CpwtL2 Cpo、Cpw 分别为料液、水的定压比热容，kJ/（kg

21、.）Cpo、Cpw 查化工工艺手册4分别为 4.062 kJ/（kg.）、4.220 kJ/（kg.）出蒸发器的热量：二次蒸汽带出热量：WL1H1 蒸汽冷凝水带出热量：D0CPW T0 出料液带出热量：（FaCp0/X0Cpw-WL1-WL2-WL3+W）CpwtL3 根据热量平衡，进入蒸发器的等于离开蒸发器的热量，则有：D0H0+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W ）CpwtL2=WL1H1+D0CPW T0+（FaCp0/X0Cpw-WL1-WL2-WL3+W）CpwtL3 则 WL1=D0（H0-CPWT0）/（H-CPWtL1）+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）

22、Cpw（tL2-tL1）/（H-CPWtL1）令：（H0-CPWT0）/（H1-CPWtL1）=RD/R1 （tL2-tL1）/（H1-CPWtL1）=N1 同理：（H1-CPWT1）/（H2-CPWtL2）=R1/R2（H2-CPWT2）/（H3-CPWtL3）=R2/R3 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您（tL3-tL2）/（H2-CPWtL2）=N2（tL0-tL3）/（H3-CPWtL3）=N3 考虑热损失，溶液浓缩热等都记入热损失中，故取热利用系数为3=0.960.98：取经验值为1=2=3=0.97 一效蒸发水量为：WL1=D RD/R1+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+

23、W）Cpw N1 1 同理二、三效蒸发水量为：WL2=WL1R1/R2+（FaCp0/X0Cpw-WL3+W）Cpw N2 2 WL3=WL2R2/R3+（FaCp0/X0Cpw）Cpw N3 3 由于 RD/R1=2052.7/2104.8=0.9752 R1/R2=2104.8/2176.3=0.9671 R2/R3=2176.3/2371.5=0.9177 N1=（142.4-203.8）/2104.8=-0.02917 N2=（57.5-142.4）/2176.3=-0.039 N3=（90-57.5）/2371.5=-0.0137 将其数代入前面的式子得：WL1=0.9752D+（2

24、88767.7725-WL2-WL3+15000）Cpw N1 1 WL2=WL1R1/R2+（FaCp0/X0Cpw-WL3+W）Cpw N2 2 WL3=WL2R2/R3+（FaCp0/X0Cpw）Cpw N3 3 解之上述方程组的：D=124373.4212kg/h WL1=94563.5597kg/h WL2=49889.0334kg/h WL3=60604.4539kg/h 3.2、总的有效温差及其在各效的分配 1）总有效温差等于新鲜蒸汽与三效二次蒸汽的温差与总的温差损失之差，即 t=T-TK-=170.4-52.7-62.5-4.5-3 =47.7 2）各效传热量：精选文档 欢迎下

25、载，希望能帮到您 一效：Q1=D0.R0=124373.42122052.7=70917033.8W 二效：Q2=WL1.R1=94563.55972104.8=55288166.24W 三效：Q3=WL2.R2=49889.03342176.3=30159306.5W 3）有效在各效中的分配，蒸发器的传热系数取经验数据2：K1=4610W/（m2K）K2=3210W/（m2K）K3=2760W/（m2K）由于 t=Q1/K1A1+Q2/K2A2+Q3/K3A3 由于在三效逆流过程中三效的传热面积比其为2：0.38：1：1 设 A3=A 则有 A2=A、A1=0.38A 则 t=（Q1/0.3

26、8K1+Q2/K2+Q3/K3）/A 解之得：t1=28.7 t2=11.6 t3=7.4 4）各效溶液的沸点及各效的二次蒸汽温度1。效溶液沸点：t1=T0-t1=141.7 效二次蒸汽温度：T1=t1-=92.3 效溶液沸点：t2=T1-1-t2=79.7 效二次蒸汽温度：T2=t2-=67.7 效溶液沸点：t3=T2-1-t3=59.4 相应的二次蒸汽压强查化工原理得 PL1=0.7648MPa PL2=0.02821MPa 由于第三效的二次蒸汽的压力知为0.0145MP，温度为 53.7 误差条件1：PL1-P1 /P1Z1,PL2-P2/P2Z1,WL1-W1 /W1Z2,WL2-W2

27、 /W2Z2,WL3-W3 /W3Z1所以进行重新计算.则重新设 P1=Pl1,P2=Pl2,W1=Wl1,W2=Wl2,W3=WL3代入前面式开始重复上述计算，直至误差全部在允许范围内为止。四、迭代计算 4.1、第一次迭代计算 4.1.1、物料衡算 1）第三效的物料衡算精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 估算其碱液的浓度为：Xa=Fa/（F0-W3）=30000/（300000-60604.4539）=0.1253 则可由下列关联式算出 NaOH 的浓度：由于其溶液的沸点75 ，则采用：Xs3=0.2613721-0.6894598Xa3-0.7948191Xa32+2.465996Xa33

28、则 Xs=0.1674 由于在蒸发过程中 NaCl 在溶液中始终处于饱和状态，所以析盐量为：Gs=Fa/XaXs-Fa/XaXs =30000/0.10.155-30000/0.12530.1674 =6420.1915kg/h 核算碱液浓度：XL=Fa/（F-W-Gs）=30000/（300000-60604.4539-6420.1915）=0.1288 假设相对误差 Z=0.001，若XL-Xa/XaZ，则重新设 Xa=XL，代入上式重复上述计算，直至误差在允许范围内为止。计算结果如表 2-4-1 表 2-4-1 计算数据表 由于 0.000770.001，所以 Xa3=0.1300 则

29、F3=Fa/Xa3=30000/0.13=230769.2308 kg/h 即 Xs3=0.1637 Gs3=8723.077 kg/h Xw3=01-0.13-0.1637=0.7063Xa3 0.1253 0.1288 0.1297 0.1300 Xs3 0.1674 0.1647 0.1640 0.1637 Gs3 6420.1915 8138.1988 8566.3069 8723.0770 XL3 0.1288 0.1297 0.1300 0.1301 Z 0.028 0.0069 0.002 0.00077 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 其中：NaOH 230769.23080

30、.1300=30000 kg/h NaCl 230769.23080.1637=37776.9231 kg/h H2O 230769.23080.7063=162992.3077 kg/h 析盐量为：Gs3=8723.077 kg/h 蒸发水量为：W3=223500-162992.3077=60507.6923 kg/h 第三效的物料平衡如表 2-4-2 表 2-4-2 第三效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 37776.923 NaCl 46500 H2O 162992.3077 蒸发 水量

31、60507.6923 H2O 223500 析盐 量 8723.077 合计 315000 合计 315000 2）第二效的物料衡算 估算第二效的碱液的浓度为 Xa2=Fa/（F3-W2+15000）=30000/（230769.2308-49889.0334+15000）=0.1532 则可由下列关联式算出 NaOH 的浓度：由于其溶液的沸点75 ，则采用：精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 Xs2=0.285252-0.8860123Xa2+0.228191Xa22+0.855736Xa23 则 Xs2=0.1579 由于在蒸发过程中 NaCl 在溶液中始终处于饱和状态，所以析盐量为：Gs2

32、=Fa/Xa3Xs3-Fa/Xa2Xs2 =30000/0.130.1637-30000/0.15320.1579 =6858.5575kg/h 核算碱液浓度：XL2=Fa/（F3-W2-Gs2+W）=30000221565.731267352.349-8244.186+15000 =0.1587 假设相对误差 Z=0.001，若XL2-Xa2/Xa2Z，则重新设 Xa2=XL2，代入上式重复上述计算，直至误差在允许范围内为止，算得三效的浓度和析盐量。计算结果如下表一 表 2-4-3 计算数据数据表 由于 0.00060.001，则 Xa2=0.1607 Xs2=0.1523 Gs2=9345

33、.0624 kg/h F2=Fa/Xa2=30000/0.1958=186683.2607 kg/h 其中：NaOH 186683.26070.1607=30000 kg/h NaCl 186683.26070.1523=28431.8606 kg/h H2O 186683.26070.687=128251.4001 kg/h 表 2-4-4 第二效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 35428.3604 NaCl 28431.8606 Xa 0.1532 0.1587 0.1603 0.1607

34、 Xs 0.1579 0.1538 0.1526 0.1523 Gs 6858.5575 8703.1990 9217.971 9345.6024 XL 0.1587 0.1603 0.1607 0.1608 Z 0.0359 0.01 0.002 0.0006 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 H2O 156137.3708 H2O 128251.4001 洗涤 水量 15000 蒸发 水量 42885.9707 析盐 量 9345.0624 合计 236565.2308 合计 245769.2308 则蒸发水量为：W2=Fw3-Fw2+15000 =156137.3708-128251.4

35、001+15000=42885.9707 kg/h 对于第二效列物料平衡如表 2-4-3：3）第一效作物料衡算 进入蒸发器的物料：其中：NaOH 30000 kg/h NaCl 28431.8606 kg/h H2O 128251.4001 kg/h 离开蒸发器的碱液：其中：NaOH 30000 kg/h NaCl 671.1409 kg/h H2O 36442.953 kg/h 蒸发水量为：W3=128251.4001-36442.953=91808.4471 kg/h 析盐量为：Gs3=28431.8606-671.1409=27760.7197 kg/h 表 2-4-5 第一效物料平衡表

36、 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 碱液 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 671.1409 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 NaCl 28431.8606 H2O 36442.1530 蒸发 水量 91808.447 H2O 128251.4001 析盐 量 27760.7197 合计 186683.2607 合计 186683.2607 第一效的物料平衡如表 2-4-5：4.1.2、温差损失计算 1）估算各效二次蒸汽压力、温度 估算各效二次蒸汽压力、温度；选定加热蒸汽压力 P1=0.8MP（绝）和末效压力P3=0.0145MP（绝），由于

37、P1=0.07649MP P2=0.02821MP P3=0.0145MP 根据化工原理查得 P1=0.07649MP(绝)T1=92.3 r1=2277.7 kJ/kg P2=0.02821MP(绝)T2=67.7 r2=2337.1 kJ/kg P3=0.0145MP(绝)T3=53.7 r3=2371.9 kJ/kg 2）溶液中因溶质浓度引起的温度损失 常压下溶液的沸点升高为:0=2.671111-39.64219X+445.4087X2-448.1834X3 二次蒸汽压力下沸点升高的修正系数为:f=0.0162(T+273)2/R 二次蒸汽压力下溶液沸点升高为:=f0 则 1=32.2

38、 2=4.7 3=3.0精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 3）因溶液液柱静压引起温差损失 因溶液液柱静压引起温差损失（）：蒸发器操作时，溶液常呈气液混合状态，密度比较小，理论计算结果往往偏高，故根据经验选用：1 2 3 1.5 4）由于各效之间管路阻力引起的温差损失 由于各效之间管路助力引起的温差损失：一般每两效之间的损失可取为 1 5）各效溶液的沸点 各效溶液的沸点：蒸发器内溶液的沸点等于蒸发室二次蒸汽温度加上沸腾升高值，因此 一效：tL=T1+1+1=126.0 二效：t2=T2+2+2=75.1 三效：t3=T3+3+3=57.2 4.1.3、热量衡算 在蒸发过程中，NaOH 溶液浓缩热

39、、盐结晶析出热与盐泥带出热与总的热量消耗相比约为 1%左右，所以在计算时这部分热量作为热损失考虑。另外，料液带入热量为：（Fa/X0）Cp0T0=（FaCp0Cpw/X0Cpw）T0 1、蒸发水量：即 Fa/X0（kg）料液所含热量相当于 FaCp0/X0Cpw（kg）水所含热量，FaCp0/X0Cpw 称为料液的当量水量，下面进行热量衡算时以料液当量水量代替料液量，先不记热损失。对于第一效进行热量衡算。进入蒸发器热量 新鲜蒸汽带入热量：D0H0 料液带进热量：（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）CpwtL2 Cpo、Cpw 分别为料液、水的定压比热容，kJ/（kg.）Cpo、Cpw

40、 查化工工艺手册分别为 4.062 kJ/（kg.）、4.220 kJ/（kg.）出蒸发器的热量 二次蒸汽带出热量：WL1H1 蒸汽冷凝水带出热量：D0CPW T0精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 出料液带出热量：（FaCp0/X0Cpw-WL1-WL2-WL3+W）CpwtL3 根据热量平衡，进入蒸发器的等于离开蒸发器的热量则有 D0H0+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W ）CpwtL2=WL1H1+D0CPW T0+（FaCp0/X0Cpw-WL1-WL2-WL3+W）CpwtL3 则 WL1=D0（H0-CPWT0）/（H-CPWtL1）+（FaCp0/X0Cpw-WL2-W

41、L3+W）Cpw（tL2-tL1）/（H-CPWtL1）令：（H0-CPWT0）/（H1-CPWtL1）=RD/R1 （tL2-tL1）/（H1-CPWtL1）=N1 同理：（H1-CPWT1）/（H2-CPWtL2）=R1/R2（H2-CPWT2）/（H3-CPWtL3）=R2/R3 （tL3-tL2）/（H2-CPWtL2）=N2（tL0-tL3）/（H3-CPWtL3）=N3 考虑热损失，溶液浓缩热等都记入热损失中，故取热利用系数为：一效蒸发水量为：WL1=D RD/R1+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）Cpw N11 同理二、三效蒸发水量为 WL2=WL1R1/R2+（F

42、aCp0/X0Cpw-WL3+W）Cpw N2 2 WL3=WL2R2/R3+（FaCp0/X0Cpw）Cpw N3 3 由于 RD/R1=2052.7/2277.7=0.9012 R1/R2=2277.7/2377.1=0.9746 R2/R3=2337.1/2371.9=0.9853 N1=（75.1-126）/2277.7=-0.022 N2=（57.2-75.1）/2337.1=-0.0077 N3=（90-57.2）/2371.9=-0.0138 将其数代入前面的式子得：WL1=RD/R1D+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）Cpw N1 1 WL2=WL1R1/R2+（

43、FaCp0/X0Cpw-WL3+W）Cpw N2 2 WL3=WL2R2/R3+（FaCp0/X0Cpw）Cpw N3 3 解之上述方程组的：D=82068.8259 kg/h精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 WL1=70198.8429 kg/h WL2=59081.3017 kg/h WL3=72776.9025 kg/h 2、总的有效温差及其在各效的分配 1）总有效温差等于新鲜蒸汽与三效二次蒸汽的温差与总的温差损失之差，即 t=T-TK-=170.4-53.7-39.9-4.5-3 =69.3 各效传热量：一效：Q1=D0.R0=82068.82592052.7=46975188.59W

44、 二效：Q2=WL1.R1=70198.84292277.7=44414417.91W 三效：Q3=WL2.R2=59081.30172337.1=38355252.83W 2）有效在各效中的分配，蒸发器的传热系数取经验数据：K1=4610W/（m2K）K2=3210W/（m2K）K3=2760W/（m2K）由于 t=Q1/K1A1+Q2/K2A2+Q3/K3A3 由于在三效逆流过程中三效的传热面积比其为：0.38：1：1 设 A3=A 则有 A2=A、A1=0.38A 则 t=（Q1/0.38K1+Q2/K2+Q3/K3）/A 同上解之得：t1=34.5 t2=17.9 t3=17.9 3）

45、各效溶液的沸点及各效的二次蒸汽温度。一效溶液沸点：t1=T0-t1=135.9 一效二次蒸汽温度：T1=t1-=102.2 二效溶液沸点：t2=T1-1-t2=83.3 二效二次蒸汽温度：T2=t2-=77.1 三效溶液沸点：t3=T2-1-t3=58.2 相应的二次蒸汽压强查化工原理得 PL1=0.109918MPa PL2=0.042259MPa 由于第三效的二次蒸汽的压力知为 0.0145MP，温度为 53.7 误差条件：PL1-P1 /P1Z1,PL2-P2/P2Z1,WL1-W1 /W精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 1Z2,WL2-W2 /W2Z2,WL3-W3 /W3Z1所以进行

46、重新计算.则重新设 P1=Pl1,P2=Pl2,W1=Wl1,W2=Wl2,W3=WL3代入前面式开始重复上述计算，直至误差全部在允许范围内为止。如 止 反 复 计 算，当 P1=Pl1=0.100995MPa,P2=Pl2=0.039257MPa,W1=Wl1=72145.4244 kg/h,W2=Wl2=58548.5216 kg/h,W3=WL3=71363.101 kg/h 4.2 第二次迭代计算 4.2.1、物料计算 1）、第三效的物料衡算 估算其碱液的浓度为：Xa=Fa/（F0-W3）=30000/（300000-71363.101）=0.1312 则可由下列关联式算出 NaOH

47、的浓度：由于其溶液的沸点75 ，则采用：Xs3=0.2613721-0.6894598Xa3-0.7948191Xa32+2.465996Xa33 则 Xs=0.1628 由于在蒸发过程中 NaCl 在溶液中始终处于饱和状态，所以析盐量为：Gs=Fa/XaXs-Fa/XaXs =30000/0.10.155-30000/0.13120.1628 =9274.3902 kg/h 核算碱液浓度：XL=Fa/（F-W-Gs）=30000/（300000-9274.3902-71363.101）=0.1368 假设相对误差 Z=0.001，若XL-Xa/XaZ，则重新设 Xa=XL，代入上式重复上述计

48、算，直至误差在允许范围内为止。计算结果如表 2-5-6：表 2-4-6 计算数据表精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 由于 0.00090.001，所以 Xa3=0.1387 则 F3=Fa/Xa3=30000/0.1387=216138.3285 kg/h 即 Xw3=（Fw0-W3）/F3=（223500-72145.4244）/216138.3285=0.7003 Xs3=1-1387-0.7003=0.1609 Gs3=11723.3429 kg/h 其中：NaOH 216138.32850.1387=30000 kg/h NaCl 216138.32850.1609=34776.657

49、 kg/h H2O 216138.32850.7003=151361.6714 kg/h 蒸发水量为：W3=72145.4244 kg/h 第三效的物料平衡如表 2-5-7：表 2-4-7 第三效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 34776.657 NaCl 46500 H2O 151361.6714 蒸发 水量 72145.4244 H2O 223500 析盐 量 11723.3429 合计 300000 合计 300007.0957 Xa3 0.1312 0.1368 0.1383 0.13

50、87 Xs3 0.1628 0.158 0.1573 0.1570 Gs3 9274.390 11741.2281 12378.525 12541.8169 XL3 0.1368 0.1383 0.1387 0.1388 Z 0.04 0.011 0.003 0.0009 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 2）第二效进行物料衡算 设第二效的碱液的浓度为 Xa2=Fa/（F3-W2+15000）=30000/（216138.3285-58548.5216+15000）=0.1738 则可由下列关联式算出 NaOH 的浓度：由于其溶液的沸点75 ，则采用：Xs2=0.285252-0.886012

51、3Xa2+0.228191Xa22+0.855736Xa23 则 Xs2=0.1426 由于在蒸发过程中 NaCl 在溶液中始终处于饱和状态，所以析盐量为：Gs2=Fa/Xa3Xs3-Fa/Xa2Xs2 =30000/0.13870.1609-30000/0.17380.1426 =9319.2182kg/h 核算碱液浓度：XL2=Fa/（F3-W2-Gs2+W）=30000/（216138.3285-58548.5216-9319.2182+15000）=0.1837 假设相对误差 Z=0.001，若XL2-Xa2/Xa2Z，则重新设 Xa2=XL2，代入上式重复上述计算，直至误差在允许范围

52、内为止，算得三效的浓度和析盐量。计算结果如下表 2-5-8：表 2-4-8 计算数据表 Xa2 0.1738 0.1837 0.1866 0.1874 0.1876 Xs2 0.1426 0.1355 0.1334 0.1329 0.1327 Gs2 9319.2182 11805.2473 12486.7723 12658.3708 12713.0353 XL2 0.1837 0.1866 0.1874 0.1876 0.1876 Z 0.057 0.016 0.004 0.00106 0 精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 由于 00.001，则 Xa2=0.1876 Xs2=0.1523

53、Gs2=9345.0624 kg/h 则：F2=Fa/Xa2=30000/0.1876=159914.7122 kg/h Xw2=（Fw2+15000-W2）/Fw2=（159914.7122+15000-585248.5216）/159914.7122=0.6742 则 Xs2=1-0.6742-0.1876=0.1382 其中：NaOH 159914.71220.1876=30000 kg/h NaCl 159914.71220.1382=22100.2132 kg/h H2O 159914.71220.6742=107813.1498 kg/h 则蒸发水量为：W2=58548.5216

54、kg/h 所析盐量为：Gs2=Fs3-Fs2=12676.4438 kg/h 对于第二效列物料平衡表 如表 2-4-9：精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 表 2-4-9 第二效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系 统 电解 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 34776.657 NaCl 22100.2132 H2O 151361.6714 H2O 107813.1498 洗涤 水量 15000 蒸发 水量 58548.5216 析盐 量 12676.4438 合计 231138.3284 合计 231138.3194 3）第一效作物料衡算 进

55、入蒸发器的物料：其中：NaOH 30000 kg/h NaCl 22100.2132 kg/h H2O 107813.1498 kg/h 离开蒸发器的碱液：其中：NaOH 30000 kg/h NaCl 671.1409 kg/h H2O 36442.953 kg/h 蒸发水量为：W3=107813.1498-36442.953=71370.1968 kg/h 析盐量为：Gs3=22100.2132-671.1409=21428.8023 kg/h 第一效的物料平衡如表 2-4-10:精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 表 2-4-10 第三效物料平衡表 进 入 蒸 发 系 统 出 蒸 发 系

56、统 碱液 溶液 NaOH 30000 碱液 的量 NaOH 30000 NaCl 671.1409 NaCl 22100.2132 H2O 36442.1530 蒸发 水量 71370.1968 H2O 107813.1498 析盐 量 214428.8023 合计 159913.363 合计 159913.363 4.2.2、温差损失计算 1）估算各效二次蒸汽压力（温度）估算各效二次蒸汽压力、温度；选定加热蒸汽压力 P1=0.8MP（绝）和末效压力P3=0.0145MP（绝），由于 P1=0.100995MP P2=0.039257MP P3=0.0145MP 根据化工原理查得 P1=0.1

57、00995MP(绝)T1=99.8 r1=2258.9kJ/kg P2=0.039257MP(绝)T2=75.4 r2=2330.3kJ/kg P3=0.0145MP(绝)T3=53.7 r3=2371.9kJ/kg 2）溶液中因溶质浓度引起的温度损失 常压下溶液的沸点升高为:0=2.671111-39.64219X+445.4087X2-448.1834X3 二次蒸汽压力下沸点升高的修正系数为:f=0.0162(T+273)2/R 二次蒸汽压力下溶液沸点升高为:=f0精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 则 1=33.8 2=7 3=3.4 3）因溶液液柱静压引起温差损失 因溶液液柱静压引起温差

58、损失（）：蒸发器操作时，溶液常呈气液混合状态，密度比较小，理论计算结果往往偏高，故根据经验选用 1 2 3 1.5 4）由于各效之间管路助力引起的温差损失 由于各效之间管路助力引起的温差损失：一般每两效之间的损失可取为1 5）各效溶液的沸点 各效溶液的沸点：蒸发器内溶液的沸点等于蒸发室二次蒸汽温度加上沸腾升高值，因此 一效：tL=T1+1+1=1135.1 二效：t2=T2+2+2=83.9 三效：t3=T3+3+3=58.2 4.2.3 热量衡算 在蒸发过程中，NaOH 溶液浓缩热、盐结晶析出热与盐泥带出热与总的热量消耗相比约为 1%左右，所以在计算时这部分热量作为热损失考虑。另外，料液带入

59、热量为：（Fa/X0）Cp0T0=（FaCp0Cpw/X0Cpw）T0 1）蒸发水量 即 Fa/X0（kg）料液所含热量相当于 FaCp0/X0Cpw（kg）水所含热量，FaCp0/X0Cpw 称为料液的当量水量，下面进行热量衡算时以料液当量水量代替料液量，先不记热损失。对于第一效进行热量衡算。进入蒸发器热量 新鲜蒸汽带入热量：D0H0 料液带进热量：（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）CpwtL2 Cpo、Cpw 分别为料液、水的定压比热容，kJ/（kg.）Cpo、Cpw 查化工工艺手册分别为 4.062 kJ/（kg.）、4.220 kJ/（kg.）精选文档 欢迎下载，希望能帮到

60、您 出蒸发器的热量 二次蒸汽带出热量：WL1H1 蒸汽冷凝水带出热量：D0CPW T0 出料液带出热量：（FaCp0/X0Cpw-WL1-WL2-WL3+W）CpwtL3 根据热量平衡，进入蒸发器的等于离开蒸发器的热量则有 D0H0+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W ）CpwtL2=WL1H1+D0CPW T0+（FaCp0/X0Cpw-WL1-WL2-WL3+W）CpwtL3 则 WL1=D0（H0-CPWT0）/（H-CPWtL1）+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）Cpw（tL2-tL1）/（H-CPWtL1）令：（H0-CPWT0）/（H1-CPWtL1）=RD

61、/R1 （tL2-tL1）/（H1-CPWtL1）=N1 同理：（H1-CPWT1）/（H2-CPWtL2）=R1/R2（H2-CPWT2）/（H3-CPWtL3）=R2/R3 （tL3-tL2）/（H2-CPWtL2）=N2（tL0-tL3）/（H3-CPWtL3）=N3 考虑热损失，溶液浓缩热等都记入热损失中，故取热利用系数为=0.97：一效蒸发水量为：WL1=D RD/R1+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）Cpw N11 同理二、三效蒸发水量为 WL2=WL1R1/R2+（FaCp0/X0Cpw-WL3+W）Cpw N22 WL3=WL2R2/R3+（FaCp0/X0Cpw

62、）Cpw N33 RD/R1=2052.7/2258.9=0.9087 R1/R2=2258.9/2330.3=0.9694 R2/R3=2330.3/2371.9=0.9835 N1=（83.9-135.1）/2258.9=-0.0227 N2=（58.6-83.9）/2330.3=-0.0109 N3=（90-58.6）/2371.9=-0.0133 将其数代入前面的式子得：WL1=RD/R1D+（FaCp0/X0Cpw-WL2-WL3+W）Cpw N11精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 WL2=WL1R1/R2+（FaCp0/X0Cpw-WL3+W）Cpw N22 WL3=WL2R2/R

63、3+（FaCp0/X0Cpw）Cpw N33 解之上述方程组的：D=98802.4399 kg/h WL1=72822.3615 kg/h WL2=58089.5732 kg/h WL3=71145.1124 kg/h 2）总的有效温差及其在各效的分配（1）总有效温差等于新鲜蒸汽与三效二次蒸汽的温差与总的温差损失之差，即：t=T-TK-=170.4-53.7-44.2-4.5-3 =65 各效传热量：一效：Q1=D0.R0=98802.43992052.7=5633602.33W 二效：Q2=WL1.R1=72822.36152258.9=45694009W 三效：Q3=WL2.R2=5808

64、9.57322330.3=37601703.45W（2）有效在各效中的分配，蒸发器的传热系数取经验数据：K1=4610W/（m2K）K2=3210W/（m2K）K3=2760W/（m2K）由于 t=Q1/K1A1+Q2/K2A2+Q3/K3A3 由于在三效逆流过程中三效的传热面积比其为：0.38：1：1 设 A3=A 则有 A2=A、A1=0.38A 则 t=（Q1/0.38K1+Q2/K2+Q3/K3）/A 同上解之得：t1=34.8 t2=15.4 t3=14.8（3）各效溶液的沸点及各效的二次蒸汽温度。效溶液沸点：t1=T0-t1=135.6 效二次蒸汽温度：T1=t1-=100.3 效

65、溶液沸点：t2=T1-1-t2=83.9 效二次蒸汽温度：T2=t2-=75.4 效溶液沸点：t3=T2-1-t3=59.6 相应的二次蒸汽压强查化工原理得精选文档 欢迎下载，希望能帮到您 PL1=0.101MPa PL2=0.03925MPa 由于第三效的二次蒸汽的压力知为 0.0145MP，温度为 53.7 误差条件：PL1-P1 /P1=0.0005Z1=0.01,PL2-P2/P2=0Z1=0.01,WL1-W1 /W1=0.0093Z2=0.01,WL2-W2 /W2=0.0078Z2=0.01,WL3-W3 /W3=0.0031Z2=0.由于上面的五个式子都达到了误差允许范围内。所

66、以不在重复计算。五、闪蒸效 由三效蒸发来的碱液进入闪蒸罐在 93.2 下二次蒸汽压力为 0.0145MPa 闪 蒸达浓度到 0.48。盐量0.009 则 在闪蒸效的蒸发水量为：4505.453 kg/h 析盐量为：108.9109 kg/h 完成液的量为：62500kg/h 其中：NaOH 625000.48=30000 kg/h NaCl 625000.009=562.5 kg/h H2O 625000.511=31937.5 kg/h 则 最后的碱液的量为：29552.3864/0.48=61567.4717 kg/h 由于在蒸发过程碱的损失其中回收盐水中的 NaOH 的含量约为3 NaOH2g/L NaCl22g/L 既在回收盐水中 NaOH 0.2%NaCl 22%由于在整个过程中回收盐的总量为：45937.5kg/h 则损失的碱量为：45937.5/0.220.002=417.6136 kg/h 另外其他的损失量取成品碱的 1%左右，则碱的损失量为：300000.01=300 kg/h 完成液中的碱量为：30000-300-417.6136=29552.3864 kg/精选文