年产万吨碳酸钾蒸发车间工作方案设计书中期报告.docVIP

河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）中期报告 PAGE PAGE 29 河北工业大学本科生毕业设计（论文）中期报告 毕业设计（论文）题目：年产2.0万吨碳酸钾蒸发车间设计 适用专业：过程装备与控制工程 学生信息：学号：064049 姓名：郎玥班级：过程C062 指导教师信息：姓名、职称：赵景利教授 报告提交日期：2010年5月19日 1 蒸发工段物料衡算与热量衡算 1.1 物料衡算 已知条件：年产碳酸氢钾2万吨，除去大修、停车时间，假设设备的年工作日为300天，即工作时间数为7200小时，则年产量. 经离子交换工段生成浓度约为10%的碳酸氢钾溶液，进入蒸发工段，则碳酸氢钾溶液的初始浓度x0=10%，故原料处理量. 根据经验数据，经三效蒸发后碳酸氢钾浓度为x3=58%，故三效总蒸水量. 1.2 热量衡算 1.2.1 初算各效传热面积 ⑴ 总有效传热温差的计算 根据生产经验及指导老师建议，并考虑到锅炉压力、管道腐蚀等，确定Ⅰ效加热生蒸汽压强为P1=600kPa（绝压，以下同），温度为158.7℃，考虑到管道传热损失，确定Ⅰ效生蒸汽温度为T1=158℃。 根据生产经验，确定Ⅲ效二次蒸汽压强为P3=15 kPa，温度为T3=53.5℃；确定原料液经预热后预热到t0=90℃后，进入蒸发器。 ∵蒸发器内溶液的沸点升高为 式中 ——由于不挥发溶质的存在引起的沸点升高，℃ ——由于液柱静压力引起的沸点升高，℃ ——由于管道流动阻力引起的沸点升高，℃ 由于本设计选用降膜蒸发器，故可忽略不计；由于三效蒸发器间隔距离较近，管道流动阻力较小，可忽略。 根据生产经验，初步估算各效因不挥发溶质存在造成的沸点升高为 ∴ ∴ ∴总有效传热温差为 ⑵ 总有效温差在各效的预分配 按等传热温差原则近似分配各效温差，取 计算各效汽、液相温度公式如下： ∵ ∴ 通过查阅相关数据，汇总各效二次蒸汽相关物性数据如下表 二次蒸汽 效数 绝对压力（kPa） 温度（℃） 汽化热r′(kJ/kg) 0（生蒸汽） 600.0 158.0 2091.1 Ⅰ 256.6 128.0 2183.1 Ⅱ 91.9 97.0 2265.9 Ⅲ 15.0 53.5 2370.0 ⑶ 由热量衡算求各效水分蒸发量 因为蒸发器中碳酸钾分解热较小，故在热量衡算中忽略不计。 由方程组 计算各效蒸水量及Ⅰ效加热蒸汽消耗量。 由于没有查到有关不同碳酸氢钾溶液比热容确定的资料和公式，此处暂用水的比热容代替，即 将表中物性数据代入上方程组得 解此方程组得 ⑷ 计算各效蒸发器传热面积 根据生产经验初定各效传热系数为 、、。 有上述数据计算各效蒸发器传热面积如下： 因各效传热面积相差较大，故进行重新计算。 1.2.2 复算各效传热面积 ⑴ 重新分配总有效传热温差 ⑵ 重新计算各效汽液相温度 根据重新分配的各效温差计算各效气液相温度如下： 通过查阅相关数据，汇总各效二次蒸汽相关物性数据如下表 二次蒸汽 效数 绝对压力(kPa) 温度(℃) 汽化热（kJ/kg） 0（生蒸汽） 600.0 158.0 2091.1 Ⅰ 306.4 134.0 2166.1 Ⅱ 124.3 105.5 2244.2 Ⅲ 15.0 53.5 2370.0 ⑶ 由热量衡算重新各效水分蒸发量 同理，由如下方程组 解得 ⑷ 复算各效蒸发器传热面积 传热系数同上。 复算计算各效蒸发器传热面积如下： 因各效传热面积比较接近，故取传热面积为。 ⑸ 核算各效传热系数 核算各效蒸发器传热系数如下 各效传热系数经核算后与原估计值相差很小，故计算结果可取。 2 蒸发器有关接管管径的计算 2.1 Ⅰ效蒸发器有关接管直径的计算 2.1.1 加热室 ⑴ 进料口直径 由公式 式中：料液的体积流量 ：料液流速，此处取=1m/s ρ:料液密度, 此处取ρ=1052.6kg/m3 管子规格：φ108×4 管法兰：HG20592-2009 法兰 PLDN100-0.6 RF (2) 进汽口直径 取生蒸汽流速=20m/s 生蒸汽在158℃密度为ρ=3.1056kg/m3 管子规格：φ273×4 管法兰：HG20592-2009 法兰 PLDN250-0.6 RF (3) 出料口直径 降膜蒸发器中，蒸汽与料液共同从加热室排向分离室，但因液体相对于对蒸汽体积变化很小，故可按二次蒸汽量计算管径。 取蒸汽流速=20m/s。 蒸汽在134℃下密度为ρ=1.6720kg/m3。 管子规格：φ325×4 管法兰：HG20592-2009 法兰 PLDN300-0.6 RF (4) 冷凝水排出口直径 生蒸汽在饱和温度下冷凝，故冷凝水温度取158℃ 取水的流速=0.5m/s 水在158℃下的密度, ρ=909.26kg/m3 管子规格：φ