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年产4.0万吨碳酸钾蒸发车间设计

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河北工业大学城市学院本科毕业设计(论文)说明书

般要求大于5~7℃,因此限制了效数的增加。

本次设计拟采用三效蒸发装置。 1.3.3三效蒸发系统流程的选择

在多效蒸发中,可选用溶液的顺流、逆流、平流和混流操作[19] [20]。流程的选择,应根据溶液的特性、操作方便及经济程度来定[19]。

采用顺流流程是最常见的流程。因为后一效的压力低,溶液的沸点也低,当溶液由前一效进入后一效时,会有因过热而自行蒸发,称为闪蒸。因而后一效有可能比前一效产生更多的二次蒸汽。同时由于效间压差的存在,效间的过料不需用泵,可一节约电能消耗,其缺点是对于粘度随浓度迅速增加的溶液不能适用。对于逆流操作,料液从末效加入,依次由泵送入前一效。后一效的溶液进入前一效时,其温度低于该效的沸点,溶液浓度加大,蒸发的温度升高。因此各效的粘度差别不会很大,传热系数人致相同。但是各效之间都要用泵,设备较复杂,且增加了能耗。同时由于溶液从后一效进到前一效时,液温低于送入效的沸点,有时需要补充加热,否则产生的二次蒸汽量将逐级减少。该流程适用于粘度随温度变化较大的物料,但不适用于热敏性物料。

从理论上讲,三效逆流比三效顺流更合理,因为逆流过程中的余热利用较方便。但是实践发现: 在逆流流程中, 由于第Ⅰ效是在温度、压力和浓度都较高的恶劣环境下运行, 设备腐蚀速度较快,而第Ⅱ、Ⅲ效的设备腐蚀不大。为了减轻第Ⅰ效蒸发器的腐蚀状况, 宜采用三效顺流工艺流程,这样就使得第Ⅰ效在高温、低浓度下运行, 而末效则在低温、高浓度下运行, 从而缓解了对设备的腐蚀。所以,碳酸钾溶液的蒸发宜采用三效顺流工艺流程。 1.3.4工艺流程简图

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三效顺流蒸发工艺流程示意图

2、 工艺流程描述

2.1离子交换法生产碳酸钾简介

连续离子交换技术是80年代开发的完全革新的分离工艺技术,经过不断地改进和完善,目前已成功地应用在医药、化工、化肥等不同产业领域中。与传统的离子交换柱相比,其设备紧凑、系统简化、管道缩减并且占地面积少;与固定床相比,树脂消耗量减少(50~90)%,再生剂、冲洗水消耗降低;由于非间断操作下的连续运转,产品的成分、浓度保持基本稳定;具有良好的操作弹性,可根据生产负荷的变化自动调节旋转速度;在生产过程中基本无三废排放。

离子交换法目前为国内大部分碳酸钾生产企业所采用,其主要工艺流程为:以氯化钾为原料配制精盐水,以氨水、二氧化碳为原料制备碳铵溶液,二者通过阳离子交换树脂床进行交换,收集液经蒸发浓缩、碳化结晶、离心分离、煅烧热解、干燥即可制得符合标准的碳酸钾产品。反应(式中R为树脂分子骨架部分)如下

KR+NH4HCO3→NH4R+KHCO3

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NH4R+KCl→KR+NH4Cl 2KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O

这种方法的主要优点是工艺流程简单,投资少,产品质量好,技术成熟可靠,成本较低。缺点一是碳酸钾母液浓度低,蒸发浓缩能耗较高;二是生产过程中产生大量氯化铵废水,因浓度太低全部回收利用困难,不符合清洁生产要求。

2.2碳酸钾的生产工艺流程

用离子交换完成液预热后,在解吸塔中分解挥氨,然后进入三效蒸发单元,蒸发完成液进入二氧化碳吸收塔,碳酸钾全部被碳酸化为碳酸氢钾。碳酸化所用的二氧化碳气来自煅烧石灰石,解吸塔分解的氨气被氨吸收塔吸收为氨水做配液循环使用。再将生产出来的碳酸氢钾进行重结晶,经分离机离心分离,进入沸腾床干燥,最后经包装便可得到产品。

离子交换法流程简图

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目前国内碳酸钾生产的主要方法是离子交换法。这种方法工艺流程简单,技术成熟可靠,投资少,产品质量好,成本较低.

3、 蒸发工段物料衡算与热量衡算

3.1 物料衡算

已知条件:年产碳酸氢钾4万吨,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M?5555.56kg/h。

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

F0?M5555.56??55555.6kg/hx00.1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

?x0??0.1??W总?F0?1??55555.6??1???45977.05kg/h?x?0.3??3??。

3.2 热量衡算

3.2.1 初算各效传热面积

(1) 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=500kPa(绝压,以下同),温度为151.7℃,考虑到管道传热损失,确定Ⅰ效生蒸汽温度为T1=151℃。

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,℃

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???——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

?'1?2℃ ?'2?3℃ ?'3?15℃

∴?∴??'?2?3?15?20℃

????'???''???'''?20?0?0?20℃

?t有效?T0?T1????151?53.5?20?77.5℃

∴总有效传热温差为?(2) 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

?t1?25.5℃

?t2?25.5℃

?t3?26.5℃

计算各效汽、液相温度公式如下:

T'?Ti?ti?Ti?tii?1 t0?ti?T'i??'i?i?1,2,3?∵

1T1?151℃11?90℃

t?T??t∴ t?T

22?151?25.5?125.5℃T1'?t1??1?T2?125.5?2?123.5℃??t2?123.5?25.5?98℃?95?26.5?68.5℃T2'?t2??2?T3?98?3?95℃333 t?T??t

T3'?t3??3?68.5?15?53.5℃第 11 页 共 59 页

年产4.0万吨碳酸钾蒸发车间设计

河北工业大学城市学院本科毕业设计(论文)说明书般要求大于5~7℃,因此限制了效数的增加。本次设计拟采用三效蒸发装置。1.3.3三效蒸发系统流程的选择在多效蒸发中,可选用溶液的顺流、逆流、平流和混流操作[19][20]。流程的选择,应根据溶液的特性、操作方便及经济程度来定[19]。采用顺流流程是最常见的流程
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