化工设计课程设计
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中南民族大学
化工专业课程设计
学院: _________________ 专业:化学工程与工艺年级:2011 级
题目:KNO 3水溶液三效蒸发工艺设计
学生姓名: 学号: ******
指导教师姓名:—***—职称:教授
2014 年12 月29 日
化工专业课程设计任务书
设计题目:KNO水溶液三效蒸发工艺设计
设计条件:
4
1.年处理能力为7.92 X O t/a KNO 3水溶液;
2.设备型式中央循环管式蒸发器;
3.KNO3水溶液的原料液浓度为8%,完成液浓度为48%,原料液温度为
20T,比热容为3.5kJ/(kg. C);
4.加热蒸汽压力为400kPa (绝压),冷凝器压力为20kPa(绝压);
5.各效加热蒸汽的总传热系数:K仁2000W/(m2?C) ;K2=1000W/( m2?C);K3=500W/ / m2?°C);
6.各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。各效传热面积相等,并忽略浓缩热和热损失,不计静压效应和流体阻力对沸点的影响;
7.每年按300天计,每天24小时运行;
设计任务:
1.设计方案简介:对确定的工艺流程进行简要论述。
2.蒸发器和换热器的工艺计算:确定蒸发器、换热器的传热面积。
3.蒸发器的主要结构尺寸设计。
4.主要辅助设备选型,包括气液分离器及换热器等。
5.绘制KNO3水溶液三效蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。
姓名:
班级:化学工程与工艺专业
学号:
指导教师签字:
目录
1概述 (1)
1.1蒸发简介 (1)
1.2蒸发操作的分类 (1)
1.3蒸发操作的特点 (4)
2设计条件及设计方案说明 (5)
2.1设计方案的确定以及蒸发器选型 (5)
2.2工艺流程简介 (6)
3.物性数据及相关计算 (7)
3.2换热器设计计算 (8)
3.3管道选材及计算 (9)
3.3.1料液管道管径的确定 (10)
3.3.2加热蒸汽管道与二次蒸气管道管径的确定 (10)
3.3.3冷凝水管道管径的确定 (10)
3.4管材的选择 (11)
4 对本次设计任务的评价 (16)
1概述
1.1蒸发简介
在化工、轻工、医药、食品等工业中,常常需要将溶有固体溶质的稀溶液加以浓缩,以便得到浓溶液(固体产品)或制取溶剂,例如硝酸铵、烧碱、抗生素、食糖等生产以及海水淡化等。工业上常用的浓缩方法是蒸发,蒸发是采用加热的方法,使含有不挥发性杂质(如
盐类)的溶液沸腾,除去其中被汽化单位部分杂质,使溶液得以浓缩的单元操作过程。
化工生产中蒸发主要用于以下几种目的:
(1)获得浓缩的溶液产品;
(2)将溶液蒸发增浓后,冷却结晶,用以获得固体产品,如烧碱、抗生素、糖等产品;
(3)脱除杂质,获得纯净的溶剂或半成品,如海水淡化。进行蒸发操作的设备叫做蒸发器。
蒸发器内要有足够的加热面积,使溶液受热沸腾。溶液在蒸发器内因各处密度的差异而
形成某种循环流动,被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。蒸发器内部有足够的分离空间,以除去汽化的蒸汽夹带的雾沫和液滴,或装有适当形式的除沫器以除去液沫,排出的蒸汽可回
收热量加以利用,或经过冷凝器冷凝
蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法,通常把作热源用的蒸汽称做一次蒸汽,从溶液蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸汽。
1.2蒸发操作的分类
按操作的方式可以分为间歇式和连续式,工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。
按操作压力,蒸发可以分为常压蒸发、加压或减压蒸发。真空蒸发有许多优点:
(1)在低压下操作,溶液沸点较低,有利于提高蒸发的传热温度差,减小蒸发器的传
热面积;
(2)可以利用低压蒸气作为加热剂;
(3)有利于对热敏性物料的蒸发;
(4)操作温度低,热损失较小。
按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发,倘若将加热蒸汽通入一蒸发器,
则液体受热而沸腾,所产生的二次蒸汽,其压力与温度比较原加热蒸汽(生蒸汽)为低。但此二次蒸汽仍可设法加以利用。最普遍的利用方法是将其当作加热蒸汽,引入另一个蒸发器,只要后者的蒸发室压力和溶液沸点均较原来蒸发器中为低,则引入的二次蒸汽仍能起到加热
作用。此时第二个蒸发器的加热室便是第一个蒸发器的冷凝器,这就是多效蒸发的原理。将
多个蒸发器这样连接起来一同操作,即组成一个多效蒸发器。每一蒸发器称为一效,通入生蒸汽的,称为第一效,利用第一效的二次蒸汽为加热蒸汽的称为第二效,以此类推。由于各效(最后一效除外)的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽,提高了生蒸汽的利用率,节省了生蒸汽用量,
所以,在蒸发大量水分时,广泛采用多效蒸发,常用的多效蒸发有双效、三效或四效,有的多达六效。
多效蒸发按加料方式又可分为以下四种:
①溶液与蒸汽成并流的方法,简称并流法;
②溶液与蒸汽成逆流的方法,简称为逆流法;
③溶液与蒸汽在有些效间成并流而在有些效间则成逆流,简称错流法;
④I每一效都加入原料液的方法,简称平流法。
以三效为例加以说明,当效数有所增减时,其原则不变。
(1)并流法
不凝性气体
完成液水
图1三效蒸发并流加料流程
并流法是工业中最常用的为并流加料法,如图1所示,溶液流向与蒸汽相同,即第一效
顺序流至末效。因为后一效蒸发室的压力较前一效为低,故各效之间可无须用泵输送溶液,此为并流法的优点之一。其另一优点为前一效的溶液沸点较后一效的为高,因此当溶液自前
一效至后一效内,即成过热状态而立即自行蒸发(常称为自蒸发或闪蒸),可以发生更多的
二次蒸汽,使能在次一效蒸发更多的溶液。其缺点则为最后一效的溶液的浓度较前一效的大,而温度又较低,粘度增加显著,因而传热系数就小很多。这种情况在最末一、二效尤为严重,使整个蒸发系统的生产能力降低。因此,如果遇到溶液的粘度随浓度的增大而很快增加的情
况,不宜采用并流法。