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
