《化工原理》课程设计报告-真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计

1、天津大学2014级本科生化工原理课程设计报告化工原理课程设计报告真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计学院天津大学化工学院专业化学工程与工艺班级2014学号姓名指导教师化工流体传热课程设计任务书专业 化学工程与工艺 班级 化工1班 姓名 学号（编号）（一）设计题目：真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计（二）设计任务及条件1、蒸发系统流程及有关条件见附图。2、系统生产能力：60万吨/年。3、有效生产时间：300天/年。4、设计内容：效预热器（组）第12345678台预热器的设计。5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器，试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器（组）进行设计。6、卤水为易结垢工质，卤水流速不得低于0.5m/s。7、换热管直径选为383mm。（三）设计项目1、由物料衡算确定卤水流量。2、假设K计算传热面积。3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。4、核算总传热系数。5、核算压降。6、确定预热器附件。7、设计评述。（四）设计要求1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。2、按机械制图标准和规范，绘制预热器的工艺条件图（2#），注意工艺尺寸和结构的清晰表达。设计说明书的编制按下列条目

2、编制并装订：（统一采用A4纸，左装订）（1） 标题页，参阅文献1附录一。（2） 设计任务书。（3） 目录。（4） 说明书正文设计简介：设计背景，目的，意义。由物料衡算确定卤水流量。假设K计算传热面积。确定预热器的台数及工艺结构尺寸。核算总传热系数。核算压降。确定预热器附件。设计结果概要或设计一览表。设计评述。（5） 主要符号说明。（6） 参考文献。（7） 预热器设计条件图。主要参考文献1. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 20022. 柴诚敬，张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 20073. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京: 化学工业出版社, 20014. 机械制图自学内容：参考文献1，第一章、第三章及附录一、三；参考文献2，第五七章；参考文献3，第1、3、4、5、11部分。目录第一章设计简介- 1 -1.1设计背景- 1 -1.2设计目的- 1 -1.3设计意义- 1 -第二章工艺及设备设计计算- 2 -2.2物性参数的确定- 2 -2.2氯化钠的物料衡算- 4 -2.3假设K计算传热面积- 5 -2.4确定预热器台数及工艺结构

3、尺寸- 5 -2.5核算总传热系数- 7 -2.6核算单台换热器的传热系数- 8 -2.7压降核算- 10 -第三章换热器附件选择- 13 -3.1法兰- 13 -3.2导热管的选择- 14 -3.3壳体厚度的确定- 14 -3.4接管的选择- 15 -3.5折流挡板的选择- 16 -3.6管板的选择- 17 -3.7封头的选择- 17 -3.8拉杆的选择- 19 -3.9基座的选择- 19 -第四章设计结果概要- 20 -第五章设计评述- 21 -主要符号说明- 21 -参考文献- 22 -预热器设计条件图- 23 -附录与备注- 23 -一篇后记.- 26 -第一章设计简介1.1设计背景盐对于人们而言是不可或缺的物质，不仅仅是因为其是生命不可缺少的一部分，是人们生活的必需品，更是现代化学工业的重要原料。在工业发达国家，化工用盐可占90以上。纯碱、烧碱、合成盐酸、氯气、合成橡胶、塑料、合成纤维、农药、医药等，盐都是必不可少的基本原料。可向下游延伸生产PVC、甲烷氯化物等多种重要的基础化工原料，以及众多的精细专用化学品，是带动其他行业发展的基础原材料。而这些化工产品又相应地影响着其它工

4、业的发展。因此制盐工业在各国的国民经济中，均占有重要的地位。制盐工业的发展过程也可谓历史悠久。历史上有用锅煎熬制盐之举，后来又出现了盐田晒盐。随着时代发展，现代食盐的制造使用的多为“真空制盐”技术。真空制盐技术，就是创造一定的真空条件，改变物质的物理条件，加快海水的挥发性，使盐能够尽快的结晶，提高制盐的效率。目前国内真空蒸发制盐大多采用多效蒸发的方式，现在多数采用四效蒸发技术，部分厂家采用五效蒸发技术1.2设计目的在真空制盐工艺中，卤水的浓缩利用热介质所提供的热量，蒸发器里蒸发产生的二次蒸汽又携带着大量余热。通过设计一套预热器组，将两者整合在一起，将二次蒸汽的热量传递给待加热的卤水。多次利用二次蒸汽，使各效罐的卤水蒸发析盐，将工艺路线中的热量综合利用起来，可以节省生蒸汽的使用，达到节能减排降低生产成本的目的。本组设计的第效预热器，目的即为利用对应蒸发器加热过程中产生的二次蒸汽加热进料，使之从61提升至83，充分利用蒸汽所含热量，减少生蒸汽的使用。1.3设计意义而在当今物质匮乏的年代，节能减排已经不知不觉的成为了一种强有力的号召。而制盐企业作为耗能较高的企业，以实现节能减排为设计标准，不

5、仅能提高自己的社会竞争力，同时也能达到提高盈利的目的。要达到这个目的，就必须提高其制盐装置的科学有效性，必须提高生产过程中的能源利用率。经过分析，发现在制盐系统中设置卤水分效预热器系统，可以有效地提高制盐过程中二次蒸气的利用率，实现能源的节约。利用二次蒸汽预热卤水，热能前移，减轻末效蒸发强度，同时，提高进入蒸发结晶器的卤水温度，减少热损失。在四效真空蒸发工艺制盐中设置3个二次蒸汽预热，逐效的提高进入蒸发罐的卤水温度，减少温差引起的热损失，以提高蒸发系统的热效率。选用管壳式换热器做预热器，其结构简单，造价与物料成本较低，且管内便于清洗、更换，同时能够广泛应用于多种情况。 根据换热任务，本组将设计真空制盐卤水分效预热器。通过此次列管式换热器设计，我们也可以更全面地了解管壳式换热器的结构特点，掌握根据工艺要求设计换热器结构，能根据传热的基本原理选择流程，计算传热面积及核算压降。第二章工艺及设备设计计算2.2物性参数的确定2.1.1水及其水蒸气物性参数的确定表2-1 饱和水蒸汽表（以温度为准）1温度/绝对压力/kPa蒸汽的密度/(kgm3)汽化热/(kJkg)8557.8750.3531229

6、5.29070.1360.42992283.19584.5560.50392270.9100101.330.59702258.4表2-2 水的物理性质1温度/饱和蒸气压/kPa密度/(kgm3)比热容/kJ/(kg)热导率k102/W(m)黏度105/(Pas)7031.164977.84.18766.7640.618047.379971.84.19567.4535.659070.136965.34.20868.0431.65100101.33958.44.22068.2728.382.1.2卤水的物性参数的确定表2-3氯化钠溶液的密度/(g/cm3)2浓度%温度/40506080100241.169711.164141.15841.14631.1331261.186141.180451.17471.16261.1492表2-4氯化钠溶液的比热容/ J/(kgK)2浓度%温度/ 2030405060243.3203.3293.3373.3453.354263.2663.2743.2833.2913.295图2-1电解质水溶液的导热系数和温度的关系3图2-225%盐水黏度共线图12.1.

7、3卤水的物料概述表2-5 卤水的物料概述项目数据单位生产能力60万吨/年工作时间300天/年卤水中NaCl含量293.76g/L第效体积分率54%固体氯化钠晶体的密度2200kg/m3盐浆的固相体积分率0.60当地大气压101.3kPa35卤水的密度1180kg/m32.2氯化钠的物料衡算2.2.1卤水典型组成表2-6卤水典型组成/（g/L）Ca2+Mg2+SO42-Cl-NaCl1.620.153.31178.20293.76卤水中的离子绝大部分为Na+、Cl-，除此之外，还含有少量Ca2+、Mg2+、SO42-等离子。在进入预热、蒸发操作系统时，卤水中部分氯化钠以晶体形式析出，也就是我们得到的产量；部分卤水未排出，在系统中循环利用，保证盐浆能顺畅流动。一般来说，未排出这部分卤水可认为和精制卤水的性质是相同的。在物料衡算中，全部氯化钠的量应包含析出的氯化钠晶体，以及液相中溶解的氯化钠。2.1.2卤水典型组成由表2-1氯化钠的生产能力为60万吨/年，因此固相NaCl的量为：V固相=W=601041032200=272727.27 m3盐浆能顺畅流动时的固相体积分率为0.60，故液相体积

8、为：V=V10.60.4=272727.270.60.4=181818.18 m3盐浆从蒸发器第四效流出以后，液相部分直接合并进入原料卤水中继续使用，即可以认为从第四效流出的盐浆温度为35.根据表2-1中所给数据，在35时卤水的密度为1180kg/m3,且卤水中NaCl的含量为293.76g/L，则液相中溶解的NaCl的质量为：m液相NaCl=V液相293.76=181818.18293.76=53410908.56 kg精制卤水中氯化钠的量应包含析出的氯化钠晶体，以及液相中溶解的氯化钠。于是总的氯化钠的量为：mNaCl=m固相NaCl+m液相NaCl=6108+53410908.56=653410908.6 kg由表2-2知卤水中氯化钠含量为293.76g/L，故精制卤水的总体积流量为：V总=653410908.6293.76300243600=0.086 m3/s由表2-1知进入第二效的体积分率为54%，以质量流量为衡算标准，则流入第二效的质量流量为总质量流量的54%，即Ws=V总54%=0.086118054%=54.80 kgs2.3假设K计算传热面积第二效中卤水温度从61上升到83，定性温度为72。在此计算过程中，将卤水近似处理为质量浓度为24.89%的盐水。由上一节中的图表插值或作图得：=1159kgm3；Cp=3.42kJ(kg)；=1.5 mPas；=0.632Wm将上述物性参数带入计算得热负荷为：Q=WcCpct2-t1=54.803.4222=4123.125kJs易得平均温差为：tm=t2-t1lnt2t1=21.12 其中 t1=T-t1；t2=T-t2.参照书化工流体流动与传热附录

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