蒸发浓缩用于废水处理

蒸发浓缩用于废水处理化工原理课程设计—蔗糖汁溶液蒸发器设计第一章 总论第一节设计依据与指导思想本课程设计依据广西大学《化工原理》课程教学的要求，为加强化工原理课程教学综合性和实践性以及理论联系实际的教学目的，使学生把握综合运用本课程和前修课程的根本学问，完成以某项单元操作为主的学会综合运用已学学问地分析和解决工程实际问题。言、简洁的文字、清楚的图表来表达自己的设计思想和计算结果。设计的根本思想是，依据过程根本原理和工程实践阅历，初步确定蒸发器的主要工艺构造尺寸，然后结合理论和实际阅历进展蒸发器的面积与各效蒸发力量的校核，依据校核结果，针对设计不尽合理的构造尺寸进展调整，改进设计，使设计更加合理。最终选取一个比较合理和科学的方案，使蒸发器每一效的蒸发面CAD其次节设计原则与设计范围设计原则：总的原则是尽可能多地承受先进的技术，使生产到达技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。⑴满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度常常有变化，因此设计的流程与设备需要肯定的操作弹性和安全性，可便利地进蒸发力量和传热量的调整。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和掌握生产过程。⑵满足经济上的要求要节约热能和电能的消耗，削减设备与基建的费用，如合理安排效书，进展抽汽，提高热能的利用率和经济效益。蒸发器的类型、效数确实定以、进料的方式以及抽汽方案确实定，对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必需依据具体状况选择适宜设计方案与工艺流程。力求总费用完可能低一些。⑶保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。鉴于蒸发器大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，其设备应具有肯定刚度和强度。主要设计有蒸发的工艺流程图，蒸发器的类型以及装配图、关心设备的选型。要求有详尽的计算过程以及相应的验证、校核，以及关心设备的选型依据、生产流程图的科学合理性。第三节生产规模与生产天数生产规模：糖清汁处理量43200kg/h每天生产时间24小时，日糖清汁处理量：43200×24＝1036.8t/d生产天数：每年生产天数300天，年处理糖清汁处理量：1036.8×300=311040t/y四节 主要技术经济指标生产力量：糖清汁处理量43200kg/h产品浓度：60%〔质量〕加热蒸汽压：1.5atm末效蒸汽压：0.14atm加热室标准面积：500m2Ø42/36加热管数：1303根蒸发室工作介质：糖清汁加热室工作容积：13.6m3蒸发室工作容积：36.4m3其次章蒸发器工艺计算第一节 流程图及对设计流程图的说明蒸发操作流程确实定蒸发装置流程是指多效蒸发器中蒸发器的数目及其组合排列方式,物料和蒸汽的流向,以及附属设备的安排等.多效蒸发器的流程依据加热蒸汽与料液的流向不同可以分为并流、逆流、平流及混流四种。2-1所示。并流操作，料液在效间的传输可以利用各效间的压差进展，而不用另外用泵来传输。同时由于效间沸点依次降低，前一效的料液进入后一效时，会因过差不是太大，传热系数变化也不是很大。逆流加料适合于黏度随浓度变化较大的料液，而不适宜热敏性物料的蒸发。平流操作适合于有结晶析出的物料,或用于同时浓缩两种以上的水溶液体系.2-2所示。但是操作比较简单。鉴于糖汁是热敏性料液，不宜承受逆流；其出效黏度变化也比较小，在并流能满足的状况下，为了操作简便和经济，设计管路比较繁琐,其操作比较简单，一般状况也不承受混流。从以上又知道，平流不适宜于糖汁的蒸发。所以选择并流比较经济。1.2.蒸发效数确实定承受多效蒸发的目的在于充分利用热能。通过二次蒸汽的再利用，削减蒸汽的消耗量，提高蒸汽的经济2-1表示不同效数蒸发过程的单位蒸汽消耗量，可以借此作为选效参考。2-1不同效数蒸发过程的单位蒸汽消耗量〔㎏蒸汽/㎏水〕[1]数单效双效三小四效五效理论蒸汽消耗量1.10.50.330.250.2实际消耗量1.10.570.40.30.27假设再增加效数可节约的蒸汽/%933025107在蒸发操作中,为保证传热的正常进展,每一效的温差不能小于5~7℃,对于电解质,承受2~3效,对于非电解质,4~6效.糖汁溶质属于非电解质,4效,以利于确保每一效的加热面积一样。流程图及对设计流程图的说明〔二效蒸汽〕进入下一效连续进展加热蒸发，依次这样进展直到四效，每一效的二次蒸汽依据具体状况进展抽汽，抽汽方案具体见后面分析。出四效的二次蒸汽经冷凝罐冷凝，冷凝液向下排出，不凝性气体直接排空。其次节蒸发器类型选择中的运动状况，大致可分为以下两大类：单程型蒸发器特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进展循环。优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发温度差损失较小外表传热系数较大缺点设计或操作不当时不易成膜热流量将明显下降不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。此类蒸发主要有 a.升膜式蒸发器 b.降膜式蒸发器c.刮板式蒸发器循环型蒸发器溶液在蒸发器中做循环流淌，蒸发器内溶液浓度根本一样，接近完成液的浓度。操作稳定。此类蒸发器主要有a.中心循环管式蒸发器b.悬筐式蒸发器 c.外热式蒸发器d.列文式蒸发器 e.强制循环蒸发器。其中，前四种为自然循环蒸发器。蒸发器的选型[1]等优点，应用格外广泛，有“标准蒸发器“之称。汽管，汽凝水从接近与下管板的四个出水口排解。缩小糖汁在罐内的停留时间，糖汁进出口装置合理，入汁不会与出汁混合。TWX型外循环蒸发器。最终确定出设备尺寸。蒸发工艺计算根本步骤：〔1〕依据生产任务算出总的蒸发水量，然后安排到各效，求出各效的蒸发水量。由加热蒸汽压强和末效压强，依据溶液的蒸汽压、液柱静压及流淌阻力所引起的温度损失，算出总的选用各效传热系数的阅历值。〔4〕按传热速率方程算出各效传热面积。1.5atm〔绝压〕，第四效的二0.14atm〔绝压〕2-2所示：2-2各效压力差安排[2]效序ⅠⅡⅢⅣⅤ三效系统11/3010/309/30——四效系统11/4010.5/409.05/409.0/40—五效系统11/5010.5/5010/509.5/509.0/50总压力差 △P总=P0－P5=1.5atm-0.14atm=1.36atm各效压力降为△P1=11/40×△P总=11/40×1.36=0.374atm △P2=10.5/40×△P总=10.5/40×1.36=0.357atm△P3=9.5/40×△P总=9.5/40×1.36=0.323atm △P4=9/40×△P总=9/40×1.36=0.306atmP1`=P0-△P1=1.5-0.374=1.126atm=114.1KPa P2`=P1`-△P2=1.126-0.357=0.769atm=77.9KPaP3`=P2`-△P3=0.769-0.323=0.446atm=45.2KPa P4`=0.14atm=14.2KPa〔以压强为标准〕和饱和水蒸气压表〔以温度为标准〕，再据1ti=Ti+1-12-3所示：2-3蒸发热力状况列表效数效数ⅠⅡⅢⅣ工程加热蒸汽压强Pi〔KPa〕152.0141.177.945.2Ti〔℃〕111.5103.393.178.7加热蒸汽汽化潜热Ri〔kJ/kg〕2228.22245.32277.12320.8汁汽温度ti〔℃〕104.394.179.752.7汁汽压强pi〔KPa〕118.182.046.814.2ri〔kJ/kg〕2247.32273.22307.82396.43.2抽汽方案的拟定372某个糖厂的抽汽方案[2]2-4：2-4抽汽方案确实定〔%C〕工程加热煮糖甲膏乙膏丙膏乙丙种合计Ⅰ效5.53.51.51.011.5Ⅱ效3.513.517.0Ⅲ效3.53.5总计%C32.0总蒸发水量和各效蒸发水量3.2.1总蒸发水量：Wg(1－)[2]式中:g—清汁量%C，Bn—糖浆锤度，B0—清汁锤度清汁取g=99.06%，B0=13.6(ºBx) Bn=B4=60(ºBx)W=g(1－)=99.06%×(1－)=76.61%C3.2.2各效蒸发水量1W1=D1=37.15%C W2=W－E1=37.15%C－11.5%C=25.65%C12 2 4 3 W3=W－E=25.59%C－17.0%C=8.65%C W=W－E=8.59%C－3.5%C=2 2 4 3 各效出口糖汁锤度：Bn= B1===21.76(ºBx) B2===36.26(ºBx) B3===48.79(ºBx) B4===59.98(ºBx)B460(ºBx)相差不多,59.98进展计算各糖汁的平均锤度=〔进口锤度+出口锤度〕/2Bm1==17.68(ºBx) Bm2==29.01(ºBx) Bm3==42.52(ºBx) Bm4==54.39(ºBx)确定各效传热有效温差计算浓度效应沸点上升：参考《糖汁加热与蒸发》P16公式[1]1-29e=3.1Bi2-3ti值进展计算，如下所示：e1==0.35℃2-5所示：2-5各效浓度效应的沸点上升表项目ⅠⅡⅢⅣ沸点上升⊿tn〔°C〕0.350.691.241.94则：∑⊿t沸=0.35+0.69+1.24+1.94=4.22(°C)静压效应沸点上升：本次设计用3×3=1m，液柱平均高度取为×1=0.5m=50cm，由糖汁的平均锤度、汁汽温度和液层高度查《糖制汁加热与蒸发》[1]P171-6得静压效2-6所示：2-6各效静压效应的沸点上升表项目项目ⅠⅡⅢⅣ沸点上升⊿沸点上升⊿tn〔°C〕1.211.562.987.80则：∑⊿t静=1.21+1.56+2.98+6.75=13.55C)管道汁汽温度损失△T1=1℃△T2=1℃△T3=1℃ ∑△T损=1+1+1=3〔℃〕所以可以计算出总有效温差为：∑△T =Ⅰ效加热汽温度－末效汁汽温度－总温度损失有效38.03〔℃〕各效糖汁沸点=104.3+0.35+1.21=105.86〔℃〕=94.1+0.69+1.56=96.35〔℃〕=79.7+1.24+2.98=83.92〔℃〕=52.7+1.94+7.80=62.44〔℃〕各效有效温差=加热蒸汽温度－糖汁沸点△T1=111.5–105.86=5.64〔℃〕 △T2=103.3–96.35=6.95〔℃〕△T3=93.1–83.92=9.18〔℃〕 △T4=78.7–62.44=16.26〔℃〕2-7所示:2-7蒸发热力状况列表效数工程IIIIIIIV加热蒸汽压强Pi〔KPa〕152.0141.177.945.2Ti〔℃〕111.5103.393.178.7加热蒸汽汽化潜热Ri〔kJ/kg〕2228.22245.32277.12320.8汁汽温度ti〔℃〕104.394.179.752.7汁汽压强pi〔KPa〕118.182.046.814.2ri〔kJ/kg〕2247.32273.22307.82396.4糖汁沸点上升〔℃〕1.562.254.229.74管道损失〔℃〕01.01.01.0糖汁沸点〔℃〕105.8696.3583.9262.44有效温差〔℃〕5.646.959.1816.26K值，求加热面积计算各效需要的传热速率：参考《甘蔗糖厂设计手册上册》140页[2]，各效传热量公式：Qi=Wi×rii i i i W＝B×C 式中：Q——传热速率，kW W——各效蒸发水量，kg/h r——i i i i 清汁蔗比一般取99.06%，清汁量为43200kg/h，则可以算出对应的甘蔗量为：C=43200/99.06%=43610kg/h Q1=37.15%×43610×2247.3=364.09×105(kJ/h)Q2=25.65%×43610×2273.2=254.28×105(kJ/h) Q3=8.65%×43610×2307.8=87.06×105(kJ/h)Q4=5.15%×43610×2396.4=53.30×105(kJ/h)K值确实定：参考《甘蔗糖厂设计手册上册》1423-61国外传热系数阅历值[2]，取各效传热系数如下：K1=3.0kW/m2·℃K2=1.8kW/m2·℃ K3=0.7kW/m2·℃ K4=0.45kW/m2·℃加热面积：F=Q为传热量，K为传热系数，△t为有效温差A1==597.7(m2)

A2==564.6(m2)

A3==376.3(m2)

A4==202.3(m2)重安排各有效温差，《常用化工单元设备设计》[3]P172=A1△tn×所以：△=A1△t1×=597.7×5.64×=7.54=8.78=7.73=7.36各效糖汁沸点、汁汽温度：Ⅰ：沸点=111.5-7.54=103.96(℃)，汁汽温度=102.961.56=101.40(℃)Ⅱ：沸点=100.40–8.78=91.62(℃)，汁汽温度=90.62–2.25=88.37(℃)Ⅲ：沸点=87.37–7.73=79.64(℃)，汁汽温度=78.64-4.22=74.42(℃)Ⅳ：沸点=73.42–7.36=66.06(℃)，汁汽温度=60.449.74=55.32(℃)2-8所示：2-8最终较核热力状况表效数工程IIIIIIIV加热蒸汽压强Pi〔KPa〕152.0141.177.945.2Ti〔℃〕111.5103.393.178.7加热蒸汽汽化潜热Ri〔kJ/kg〕2228.22245.32277.12320.8汁汽温度ti〔℃〕101.488.3774.4255.32ri〔kJ/kg〕2254.82287.12317.52365.8糖汁沸点上升〔℃〕1.562.254.229.74管道损失〔℃〕01.01.01.0糖汁沸点〔℃〕103.9691.6279.6466.06有效温差〔℃〕7.548.787.737.36面积的重校核与确定由以上已经确定以下参数：K1=3.0kW/m2·℃K2=1.8kW/m2·℃K3=0.7kW/m2·℃K4=0.45kW/m2·℃Q1=8848.4×2247.3=364.09×105(kJ/h)Q2=8840.2×2273.2=254.28×105(kJ/h)Q3=8013.3×2307.8=87.06×105(kJ/h)Q4=7745.2×2396.4=53.30×105(kJ/h)则面积的重计算如下：A1==448.6(m2)A3==448.8(m2)

A2==449.6(m2)A4==445.6(m2)误差为：1-Smin/Smax=1-=0.0089，试差合理，取用平均面积：平均面积为：A=〔A1+A2+A3+A4〕/4=448.2〔m2〕，450m2，500m2，即取安全系数为：=1.11 1.1≦1.11≦1.2，设计符合符合一般安全要求加热蒸汽消耗量的计算和各效蒸发量的校核，参考《常用化工单元设备的设计》[4]P276-277，进展有关计算如下：有关计算过程符号的说明：Wi 原来设计时预定的蒸发的水量〔kg/h〕；-----校核每效实际蒸发的水量〔kg/h〕；D 加热生蒸汽消耗量；r，ri 加热蒸汽和第i效二次蒸汽〔本处指汁汽〕的汽化潜热，kJ/kg；Ii i效二次蒸汽的焓kJ/kg；ii 第ikJ/kg；i0 表示进料温度所对应的焓；ηi i效的热利用系数，对溶解热可以无视的料液，ηi=0.98；依据具体状况，《常用化工单元设备的设计》[4]P276-277，依据以下公式进展计算：ηi=0.98-0.7△Xη1=0.98-0.7〔0.2176-0.136〕=0.9229η2=0.98-0.7〔0.3626-0.2176〕=0.8785η3=0.98-0.7〔0.4879-0.3626〕=0.8923η4=0.98-0.7〔0.5998-0.4879〕=0.9017t0=8045查得相应的热力参数[5]：2-9所示：2-9各效对应热力参数表效数ⅠⅡⅢⅣ糖汁沸点〔℃〕105.8696.3583.9262.44糖汁溶液焓ii443.31403.42351.37261.43汁汽温度ti〔℃〕104.394.179.752.7I2683.992667.222641.642592.57蒸汽汽化潜热r2247.312273.182307.802371.84111.5℃查表得：r=2228.2〔kJ/kg〕,t0=80℃，i0=334.94〔kJ/kg〕，依据《常用化工单元设备的设计》[4]P276-277参考公式：W1=η1，Wi=×ηi；依据抽汽方案,2-10:2-10抽汽方案确实定〔%C〕数效ⅠⅡⅢ抽汽量%C11.517.03.5可以求出总抽汽量和各效抽汽量为:E=32.0%×43610=13955.2kg/hⅠ效:E1=11.5%×43610=5015.2kg/h Ⅱ效:E2=17.0%×43610=7413.7kg/hⅢ效:E3=3.5%×43610=1526.4kg/h