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

1、45000噸/年NaOH蒸發(fā)車間工藝設(shè)計(jì),指導(dǎo)老師：張 雷,答 辯 人：劉 志 強(qiáng),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(xiàn)綜述,工藝選擇,設(shè)計(jì)計(jì)算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國(guó)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(diǎn),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(jì)算熱量衡算c.傳熱面積迭代計(jì)算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計(jì)算b.蒸發(fā)輔助設(shè)備的選型,,,文獻(xiàn)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(qiáng)的腐蝕性。易溶于水，其水溶液呈強(qiáng)堿性，固體燒堿具有潮解性。,,,工業(yè)來(lái)源,工業(yè)中燒堿主要來(lái)源于精制后的氯化鈉溶液通過(guò)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(xiàn)綜述,國(guó)外多以離子膜法工藝成熟美國(guó)杜邦公司最先開(kāi)始生產(chǎn)離子膜,,國(guó)內(nèi)以隔膜法為主沒(méi)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(shí)現(xiàn)了離子膜法生產(chǎn)工業(yè)化,,國(guó)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(diǎn)：出槽NaOH濃度高、能耗低、氯氣氫氣純度高，無(wú)污染。缺點(diǎn)：鹽水質(zhì)量要求高，昂貴、容

4、易損壞，國(guó)內(nèi)靠引進(jìn)。,隔膜法：優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，隔膜易得。缺點(diǎn)：污染大，能耗高,,文獻(xiàn)綜述,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻(xiàn)綜述,工藝選擇,設(shè)計(jì)計(jì)算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國(guó)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(diǎn),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(jì)算熱量衡算c.傳熱面積迭代計(jì)算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計(jì)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(diǎn)The Feature of Evaporation Opration,,燒堿蒸發(fā)特點(diǎn),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(jiǎn)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(tái)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(duì)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(diǎn),1.自動(dòng)過(guò)料2.出料溫度低3. 后效黏度大,,,工藝選擇,,,循環(huán)型,特點(diǎn)：溶液循環(huán)流動(dòng)，溶液濃度基本相同，操作穩(wěn)定,設(shè)備選型Equipment Selection,,,特點(diǎn)：?jiǎn)纬踢_(dá)到指定濃度，受熱時(shí)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(jiǎn)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(qiáng),1.提高壓強(qiáng)可改善系統(tǒng)的操作條件2.決定了有效總溫差3.壓強(qiáng)過(guò)低無(wú)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(guò)高降低循環(huán)速度2.液位波動(dòng)過(guò)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(jìn)料溫度,1.提高進(jìn)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(dá)到100℃左右,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻(xiàn)綜述,工藝選擇,設(shè)計(jì)計(jì)算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國(guó)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(diǎn),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(jì)算熱量衡算c.傳熱面積迭代計(jì)算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計(jì)算b.蒸發(fā)輔助設(shè)備的選型,,設(shè)計(jì)計(jì)算,,物料衡算Material Balance,計(jì)算依據(jù),,設(shè)計(jì)計(jì)算,,物料衡算Material Balance,,計(jì)算依據(jù),所得數(shù)據(jù)如下表所示：,總的進(jìn)料F、進(jìn)出物料組成Xi,,進(jìn)出物料的量FW 、 FS 、 Fi,,設(shè)計(jì)計(jì)算,,物料衡算Material Balance,,計(jì)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(jì)計(jì)算,,物料衡算Material Balance,計(jì)算依據(jù),總壓降,,各效平均壓降,,二次蒸汽壓強(qiáng),,二次蒸汽溫度,Ti、Xi,,溶質(zhì)引起的沸點(diǎn)損失,Pi、H,靜壓差引起沸點(diǎn)損失,,工程經(jīng)驗(yàn),,管路引起沸點(diǎn)損失,,各效總的溫差損失,二次蒸汽溫度,溶液沸點(diǎn),,,設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)行熱量衡算的基礎(chǔ),,設(shè)計(jì)計(jì)算,,溫差損失Heat Transfer Temperature Loss,,溶液沸點(diǎn),由得到的溶液沸點(diǎn)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(duì)各效做熱量衡算。,,,,設(shè)計(jì)計(jì)算,,熱量衡算Heat B

12、alance,對(duì)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(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算,,迭代計(jì)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(jì)計(jì)算,,計(jì)算結(jié)果Calculation Results,,,,,,,,,,,,,,,,最終計(jì)算結(jié)果,,,,,,,,,,,目錄,,,,,文獻(xiàn)綜述,工藝選擇,設(shè)計(jì)計(jì)算,設(shè)備選型,1,2,3,4,a.研究背景b.國(guó)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(diǎn),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(jì)算熱量衡算

15、c.傳熱面積迭代計(jì)算,a.蒸發(fā)器主要工藝尺寸計(jì)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(zhǎng)為5m，管子規(guī)格為 的加熱管。根據(jù)面積計(jì)算公式可以得到下列方程：,,根據(jù)計(jì)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(shí)：,,,,,,,,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(lái)計(jì)：,,,,D=1.50m.H=2.26m,溶液進(jìn)出口: mm的無(wú)縫鋼管,,蒸汽進(jìn)出口: mm的無(wú)縫鋼管,,冷凝水進(jìn)出口: mm的無(wú)縫鋼管,,循環(huán)管管徑計(jì)算：,,,上循環(huán)管: mm的無(wú)縫鋼管,,下循環(huán)管: mm的無(wú)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(zhǎng)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(shí)：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(qiáng)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(jī)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(diǎn)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(xiàn)Reference,[1魏宗勝. 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)中值得注意的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 氯堿工業(yè), 1982(01):38-47. [2] 孫勤. 我國(guó)隔膜法燒堿的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 氯堿工業(yè), 2007(z1):24-27. [3羅曉鵬. 燒堿蒸發(fā)裝置擴(kuò)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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28、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,參考文獻(xiàn)Reference,[ 19] 張乃慧.戈?duì)柲み^(guò)濾新工藝與道爾澄清鹽水精制工藝、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的比較[ J] .中國(guó)氯堿, 2002(1):15 -16.[ 20] 孟昭仁.氯堿工業(yè)離子膜和電槽的進(jìn)展[ J] .化學(xué)世界,2001(3):166 -168.[ 21] 陳士平, 王麗彥.2001— 2002年離子膜電解槽中國(guó)專利簡(jiǎn)介[ J] .氯堿工業(yè), 20

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30、的應(yīng)用探討[ J] .氯堿工業(yè), 2006(1):27 -29.,,安全分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,參考文獻(xiàn)Reference,[ 26] 高旭東.我國(guó)燒堿工業(yè)狀況與發(fā)展趨勢(shì)[ J] .氯堿工業(yè),2002, (10):1 -8.[ 27] 孫　勤.創(chuàng)新是我國(guó)氯堿工業(yè)生存與發(fā)展之魂[ J] .氯堿工業(yè), 2005 ,(12):4-10.[ 28] 中國(guó)氯堿工業(yè)協(xié)會(huì)

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