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化工设计课程设计-- 管道设计计算

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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:** 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:KNO3水溶液三效蒸发工艺设计 设计条件:

1.年处理能力为 7.92×10 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。

4

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 .............................................................................................................. 17

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

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