论文总字数：17964字

摘 要

随着环境保护和节能意识的提高，经济高效回收稀碱液的工艺方法也得到了更多的关注。针对某厂将5%的稀碱液浓缩到28%回用工艺要求，本设计提出了一种采用机械压缩式三效热泵蒸发的方法。本方法利用热泵原理提高二次蒸汽的压强，使蒸汽在蒸发设备间循环使用无需添加生蒸汽。改变了传统蒸发过程消耗大量蒸汽的情况，也减少了工艺废水的排放。其次，本工艺采用各效间设置压缩机，这种方式优化了各级压缩比，减少了消耗的总压缩功。同时由于各效温度提高，也改善了蒸发器内的传热效果。本文通过Aspen模拟软件对工艺过程进行了模拟并对蒸发效数，蒸汽压力等工艺参数进行了优化，结果表明本工艺设计是可行的。

关键词：烧碱；热泵；蒸发。

The Concentrate and Recycle Process Design of Dilute NaOH Solution

Abstract

With the improvement of conscious of protect environment and save energy, the technique with high efficiency and economy to recycle the dilute NaOH liquid has got more attention. To meet the factory’s requirement of concentrate the dilute NaOH liquid from 5% to 28%, The design of my graduation put forward a method which is evaporation through mechanical compression heat pump, the method uses heat pump to improve the secondary steam pressure, so that the steam can cycle in the evaporator without adding raw steam, which changes the situation that the traditional evaporation consumes a large amount of steam ,and discharge of waste water are also reduced. Secondly, the process set compressor between the two evaporators, which could optimizes the compression ratio, and reduce the total compression work. And while the temperature of evaporator rised, the heat transfer status are also improved. Through simulations of Aspen Plus, the steam pressure can be confirmed and optimized. The results show that it is feasible to design this process.

Key words: caustic soda; heat pump; evaporation

摘要 I

Abstract II

第一章. 文献综述 1

1.1 概述 1

1.1.1 蒸发及蒸发的目的 1

1.1.2 蒸发操作的特点 1

1.1.3 蒸发操作的分类 2

1.1.4 蒸发设备 2

1.1.4.1循环型蒸发器 2

1.1.4.2单程型蒸发器 3

1.2 多效蒸发和热泵蒸发的比较 3

1.2.1 多效蒸发 4

1.2.2 热泵蒸发 4

1.3 机械压缩式与蒸汽动力压缩式的比较 5

1.3.1 机械压缩式 5

1.3.2 蒸汽动力压缩式 6

1.4 压缩机 7

1.5 设计流程的确定 8

第二章．工艺流程模拟 9

2.1设计任务： 9

2.2 设计流程： 9

2.3 运用Aspen Plus模拟的结果 11

2.3.1 第一效蒸发器的模拟如图2-3 12

2.3.2 压缩机的模拟 13

2.3.3 第二效蒸发器的模拟 14

2.3.4 压缩机的模拟： 15

2.3.5第三效蒸发器的模拟 16

第三章．设备选型 19

3.1 蒸发器的选型 19

3.2 蒸发器中换热设备的选型 19

3.2.1 确定换热设备的材料及压力等级； 19

3.2.2 流体通道的选择 20

3.2.3 加热室的规格 20

3.3 蒸发装置计算 20

3.3.1 加热管的直径和长度 20

3.3.2 循环管的尺寸 21

3.3.3 加热室直径及管数 21

3.3.4 分离室的高度与直径 22

3.3.5 接管尺寸的确定 23

3.3.5.1 溶液的进出口 23

3.3.5.2 加热蒸汽与二次蒸汽接管 23

3.3.5.3 冷凝水进出口的确定 24

3.4 机械式压缩机的选型 24

3.4.1 轴流式压缩机 24

3.4.2 离心式压缩机 24

3.5 蒸发器辅助设备的设计 25

3.5.1 气液分离器 25

3.5.2 蒸汽冷凝器 26

第四章 设计结果 28

参考文献 29

致 谢 30

第一章. 文献综述

1.1 概述

某厂在日常的生产实践中产生了大量的废碱液，直接排放会浪费资源，并且污染环境，所以就需要用一定的方法来浓缩并且回收这些碱液，通过蒸发的方法可以有效的浓缩碱液，但蒸发也有很多种不同的方法，不同的方法所需要的能耗也不一样，所以就会涉及到一个优化的问题。

1.1.1 蒸发及蒸发的目的

含不挥发性溶质（如盐类）的溶液在沸腾条件下受热，是部分溶剂汽化为蒸汽的操作为蒸发^[1]。

蒸发操作广泛应用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，在化工生产中蒸发操作的目的是：

（1） 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品

（2） 借蒸发以脱除溶剂，将溶液增浓至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发、结晶的联合操作以获得固体溶质。

（3）脱除杂质，制取纯净的溶剂^[2]。

1.1.2 蒸发操作的特点

尽管蒸发操作的目的是物质的分离，但其过程的实质是热量传递而不是物质传递，溶剂汽化的速率取决于传热速率。因此，蒸发操作应属于传热过程，但它具有某些不同于一般传热过程的特殊性。

（1）溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使传热过程恶化。

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