KNO水溶液三效并流加料蒸发实验设计说明书

广西科技大学化工原理课程设计说明书课题名称：KNO3水溶液三效并流加料蒸发实验设计指导教师：罗建平班级：卓越化工121姓名：学号：成绩评定：指导教师：（签字）2014年12月31日)./(///)./(22CmWKmhsmgfhkgFhkgDmDmdCkgkJcmb总传热系数，高度，重力加速度，校正系数，无因次原料液流量，加热蒸汽消耗量，直径，加热管的内径，比热容，管壁厚度，英文字母CmkgXxhkgWhkgWmVsmVsmmUS温度损失，希腊字母质量，单位体积冷却水的蒸汽次溶质的质量分率，无因质量流量，蒸发量，分离室的体积，流体得体积流量，蒸发体积强度，33333////)./(秒压力流速，温度，管心距，溶液的温度，传热面积，气化潜热，总传热量，绝对压力，蒸发系统总效数，管数，长度，spsmuCTmtCtmSkgkJrWQPapnnmL//2体积的蒸汽的最小的最大的液体的冷凝器的下标焊缝系数，无因次因次管材质的校正系数，无密度，表面张力，粘度，导热系数，热利用系数，无因次uvLKmkgmNsPaCmWminmax//.)./(3目录1概述......................................................................11.1蒸发及蒸发流程......................................................11.2蒸发操作的分类......................................................11.3蒸发操作的特点......................................................11.4蒸发器选型..........................................................22设计任务..................................................................22.1设计题目.............................................................22.2设计任务及操作条件...................................................22.2.1设计任务.......................................................22.2.2.操作条件.......................................................22.3设计项目.............................................................33.设计条件及设计方案说明....................................................34物性数据及相关计算........................................................44.1蒸发工艺设计计算.....................................................44.3估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差................................54.4加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算...............................74.5蒸发器传热面积的估算.................................................94.6有效温度的再分配.....................................................94.7重复上述计算步骤.....................................................94.7.1计算各效料液..................................................104.7.2计算各效料液的温度............................................104.7.3各效的热量衡算................................................114.7.4蒸发器传热面积的计算..........................................124.8计算结果列表........................................................135主体设备计算和说明.......................................................135.1加热管的选择和管数的初步估计........................................135.2循环管的选择........................................................145.3加热室的直径以及加热管数目的确定....................................145.4分离室直径和高度的确定..............................................155.4.1分离室体积的计算式为..........................................155.4.2分离室的高度和直径的确定......................................165.5接管尺寸的确定......................................................165.5.1溶液的进出口..................................................175.5.2加热管蒸汽进口与二次蒸气出口的确定............................175.5.3冷凝水进出口的确定............................................176辅助设备的选择...........................................................186.1气液分离器..........................................................186.2蒸汽冷凝器..........................................................196.2.1冷却水量......................................................196.2.2冷凝器的直径..................................................196.2.3淋水板的设计..................................................197三效蒸发器主要结构尺寸和计算结果........................................208对本设计进行评述.........................................................229参考资料.................................................................2211概述1.1蒸发及蒸发流程定义：物质从液态转化为气态的相变过程。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。蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较为常见的单元操作。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。蒸发器内备有足够的分离空间，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，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。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。按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。若把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。按操作压力可以分为常压、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。在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气加以利用。因此，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。1.3蒸发操作的特点从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发时间壁两侧分别为蒸气冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，蒸发操作又有如下特点:2(1)沸点升高蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在港台压力下溶液的蒸气压较同温度下纯溶剂的蒸气压低，使溶液的沸点高于纯溶液的沸点，这种现象称为溶液沸点的升高。在加热蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必定小于加热唇溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。(2)物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析出晶体，或易于结垢；有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作彼此必须要考虑的问题。(3)节约能源蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸气。如何充分利用热量，提高加热蒸气的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。1.4蒸发器选型随着工业蒸发技术的发展，蒸发设备的结构与形式亦不断改进与创新，其种类繁多、结构各异。本次设计要求采用中央循环管式蒸发器，其结构中，加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管。中央循环管式蒸发器具有结构紧凑、制造方便、操作可靠等优点，故在工业上应用较广，有“标准蒸发器”之称。但实际上，由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/s以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其组成始终接近完成液的组成，因而溶液的沸点高、有效温度差减小。此外，设备的清洗和检修也不够方便。2设计任务2.1设计题目设计题目：KNO3水溶液三效并流加料蒸发装置设计2.2设计任务及操作条件2.2.1设计任务1.处理能力：年处理硝酸钾水溶液（8.0×104+30X）吨〖注：X代表学号最后两位数〗。2.设备型式：中央循环管式蒸发器。2.2.2.操作条件（1）原料液浓度15%，完成液浓度45%，