三效蒸发器相关课程设计詳解.doc

中南民族大学 化工专业课程设计 学院： 化学与材料科学学院 专业：化学工程与工艺 年级：2011级 题目:KNO3水溶液三效蒸发工艺设计 学生姓名：888 学号：888888 指导教师姓名：888 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：KNO3水溶液三效蒸发工艺设计 设计条件： 1.年处理能力为 7.92×104 t/a KNO3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20℃，比热容为3.5kJ/(kg. ℃)； 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：K1=2000W/（m2?℃）；K2=1000W/（m2?℃）；K3=500W/（m2?℃）； 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 1.4蒸发设备 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 3.1蒸发器设计计算 7 3.1.1估计各效蒸发量和完成液浓度 8 3.1.2 估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差 8 3.1.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 10 3.1.4蒸发器传热面积的估算 12 3.1.5有效温度的再分配 12 3.1.6重复上述计算步骤 13 3.1.7计算结果 16 3.1.8蒸发器设备计算和说明 17 3.1.9 辅助设备的选择 19 3.2换热器设计计算 23 3.3管道管径的计算 24 4对本设计的自我评述 24  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