NaCl废水蒸发工艺及设备设计.docx

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1、1引言21. 1文献综述21.2存在的问题：22实施方案及主要研究手段43蒸发工段物料衡算与热量衡算53. 1物料衡算53. 2热量衡算54管径的选择103.1 I效接管直径103.2 II效接管直径114. 3山效接管直径125. 1第一次预热145.2第二次预热146蒸发器的机械设计166. 1加热室的设计166.2分离室的设计227大气冷凝器的设计357. 1需用冷却水量357. 2直接冷凝器的筒体直径357.1 各管口直径357.2 冷凝器的安装高度357.3 淋水板的设计358泵的选择379其它主要部件一览表38结论40参考文献41致谢421引言1.1 文献综述1.1.1 国内发展情

2、况：废水处理是利用物理、化学和生物的方法对废水进行处理，使废水净化,减少污染，以至达到废水回收、复用，充分利用水资源。我国目前的废水处理主要分为物理处理法、化学处理法和生物处理法3类。蒸发（或称浓缩）是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液进行蒸发浓缩的过程，主要是利用加热作用使溶液中一部分溶剂汽化而获得。所以，将废水用蒸发工艺处理，不仅废水得到了处理，而且通过蒸发作用后原料达到一定的浓度还可以回收利用，是目前国内废水处理比较常用的方法。1.1 . 2国外发展情况：污水处理是经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分，其在发达国家已有较成熟的经验。如英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投巨资对

3、因工业革命和经济发展带来的水污染进行治理，日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对污水处理给予了较大投资，特别是新加坡并没有走先污染后治理的道路，而是采取经济与环境协调发展的政策，使该国不仅在经济上进入了发达国家的行列，而且还是一个绿树成荫、碧水蓝天、环境优美的国家。国外污水处理厂建设和发展的主要特点为污水处理厂趋向于大型化。国内外对城市污水是集中处理还是分散处理的问题已经形成共识，即污水的集中处理（大型化）应是城市污水处理厂建设的长期规划目标。结合不同的城市布局、发展规划、地理水文等具体情况，对城市污水处理厂的建设进行合理规划、集中处理，不仅能保证建设资金的有效使用率、降低处理能耗，而且有利于

4、区域或流域水污染的协调管理及水体自净容量的充分利用。1.2 存在的问题：含有NaCl废水蒸发工艺及设备设计中存在的问题有：（1）能耗问题：由于废液中含氯化钠的浓度较低，要回收氯化钠就必须先去掉大量的水分因而能耗较大，成本过高；（2）腐蚀问题：氯化钠溶液对设备的腐蚀性极强，其设备采用一般金属材料是不行的，需要使用钛材等特殊材料，这又加重了氯化钠的回收成本；（3）结垢问题：在蒸发回收氯化钠的过程中，蒸发室和加热管极易结垢，这将使加热管的传热系数降低，增加能源的消耗；（4）在蒸发回收氯化钠的过程中的二次汽中含3-氯丙烯、氯仿、丙烯，这三种有机物随二次汽进入冷凝水中可导致冷凝水的二次污染。2实施方案及

5、主要研究手段从操作方式可分为单效蒸发、多效蒸发和直接接触蒸发；按流体循环方式可分为不循环型蒸发、自然循环型蒸发、强制循环型蒸发、刮膜式蒸发及离心式薄膜蒸发。设计时针对不同的物料用不同的蒸发器。正确的应用不仅能提高产品的质量，又能节能降耗、降低生产成本、提高经济效益。本次设计选择外加热式蒸发器。大气冷凝器和真空泵使得蒸发系统为真空蒸发，这样降低了各效蒸发器内溶液的沸点，使其在100C以下沸腾，因而可以减轻氯化钠溶液对设备的腐蚀。由于真空度提高后，溶液的沸点随之下降，水分更容易由液相转变为汽相，当加热温度一定时，真空蒸发的蒸出速度就会提高。同时真空蒸发降低了料液的饱和温度，这样在很大程度上减轻了氯

6、化按在蒸发的过程中的挥发程度，也就是减少了随着二次蒸汽的凝结而进入冷凝水中的氨氮含量。此外蒸发的温度降低也有利于3-氯丙稀、氯仿、丙烯物质的挥发，这样使得冷凝水中含氯化钠的量有很大程度的降低。溶液的流程可以是并流、逆流、平流和错流。并流是溶液与蒸气成并流，不需要泵，成本低，但对粘度随浓度迅速增加的溶液不适宜；逆流是溶液与蒸气成逆流，适用于粘度随浓度变化较大的溶液，但热敏性溶液应有相应措施；平流是每效都加入原料液，适用于蒸发过程中伴有结晶析出场合；错流是溶液与蒸气在有些效成并流，而在有些效间则成逆流，操作复杂，实际很少应用。本次设计选择并流，并流加料的优点是：(1)由于后一效蒸发室的压力较前一效

7、为低，故溶液在效间的输送勿需用泵，就能自动从前效进入后效。(2)由于后一效溶液的沸点较前一效为低，故前一效的溶液进入后一效时,会因过热自行蒸发。因而可产生较多的二次蒸汽。(3)由末效引出完成液，因其沸点最低，故带走的热量最少，减少了热量损失。3蒸发工段物料衡算与热量衡算3.1物料衡算已知条件：采用三效并流加料蒸发流程，进料液浓度为10%,处理量3万吨/年，年工作7200小时,加热生蒸汽表压为0.6表a,真空度20. 085MPa0总蒸发水量M进料量:300000007200= 4167kg/h根据氯化钠的溶解度，三效出料浓度取28%,则x=10%, x3=28%or 0.1= 4167x 10

8、.28J=2679kg/h o/ 总蒸发水量血I X3；3. 2热量衡算3.2. 1各效浓度估算因为没有引出额外蒸汽，可假设各效的水分蒸发量相等，故有:W 2679w, = W2 = W5=y = y = 893kg/h则各效中的溶液浓度为：X=FxrAoF-W,_ 4167 xO.l 4167 -893= 12.73%X2= 17.50%Fx() _4167x0/1Fx。F-W1-W2-W3F-W.-W. - 4167 -893 -893= 28%4167 xO.l4167 - 893 - 893 - 8933. 2. 2各效沸点和有效传热温差的计算（1）等压降分配设蒸汽压力按等压降分配，取

9、P0=0.6MPa （绝压）,P3=0.02MPa（绝压）,则每效压降为： P = 0,6-。应-（）.i93MPa33可据此求得各效二次蒸汽压，并查得各有关参数列于下表:表3-1各效蒸汽参数I效n效山效加热蒸汽压力P, MPa0.60.4070.214加热蒸汽饱和温度，158.7143121加热蒸汽的汽化热 y , kj/kg 2113.22139.92199.2二次蒸汽压力 Pi，MPa 0.4070.2140.021二次蒸汽的饱和温度3 14412261. 1考虑蒸汽管路的阻力，此温度比前效的二次蒸汽温度下降1.0。（2）各效蒸发器中的传热温差取效中的溶液浓度等于该效的出口浓度，因此以出

10、口浓度来确定溶液的沸点。下面用表列出各相应数据表3-2各效参数溶液浓度Xi，%溶液密度夕,kg/m沸点升高是根据图2-2查出。蒸发器内液层高度取2. 5m。 2. 3水分蒸发量的初步计算蒸发压力P, MPaAp = lpg,MPap/ =p+AP, MPa在P下的水的饱和温度tp. , 沸点升高，I效II效in效12.7317. 5028. 001091112812040.4070.2140.0020. 00540.00560. 00590.41240.21960. 0259144. 5125.263.92.348146.8129. 271.911. 913. 849. 174.8溶液的平均温

11、度tim , 有效传热温差有效总传热温差，(1)求取各效的蒸发系数巴和自蒸发系数4，其中热利用系数7取0.98,其中进料氯化钠溶液温度取80oHC.1 =%Hctj片由表中数据代入上式得：2113 2 = 0 988, % =0.973, % =0.9341 2139.9B =i-1Xi由表中数据代入上式得：=80-146.8 = _003h 6=。制, p = 00242139.9-(2)将各效的四、才、7代入式叱=%。+ (/0 C 叱一Wi=0. 988D+(4167X3. 601) X (-0. 031) X0. 98W2= 0. 982%+ (4167X3. 601-4. 187 W

12、j X0. 008 X0. 98W3=0. 934W2+ (4167X3. 601-4. 187M-4. 187见)X0. 024 XO. 98W1+W2+W3=2679由上面四式联立，可解出得:W =856.7kg/hW2 =930.9kg/h =Jo.vUmK9At91000 x 3600x 13.8S3 =巫=陛=930.% 2199.2X 期=19 34m23 K3At3K3At3700 x 3600x 49.1相对偏差：,=1- =1-吧= = 57%3%,应进行复算。Smax 45.09q y At.wi y Ql乙w(4)各效有效温差的分配列表如下:I效n效in效加热蒸汽量D”

13、kg/h1371856.7930.9蒸汽的蒸发热力, kj/kg2113.22139.92199.2热负荷QlD” kj/h8. 98X1066. 12X1066. 60X106传热系数W/(m2.K)15001000700Qi/ 兄，m2-K536.5509.2947.8有效传热温差20. 1319. 1035. 56表3-3各效有效温差分配3. 2. 4初设值的复核(1)由各效水分蒸发量反算各效溶液浓度日常我%r - W - w2= 17.51%4167 xQ.l4167 - 856.7 - 930.9= 27.99%Fx0 4167 xQ.lF-W,-W2-W3 - 4167 - 856.7 - 930.9 - 890.9(2)反推各效蒸发压力由于各效的有效传热温差与初设值有差异，各效的溶液浓度也与初设值不同，所以各效操作压力与等压差的设定值不同，反推后的结果列于下表：表3-4设定值与复算值比较I效n效in效设定反推结设定值反推结果设定值反推结果值果溶液浓度Xi, %12. 7312. 5917. 5017.5128. 0027. 99加热蒸汽温度R, 158.7158.7143133.2121103.9溶液沸点升高，2.02.043. 188