硝酸钾水溶液三效并流加料蒸发装置的设计

天 津 农 学 院

化工原理课程设计任务书

设计题目：KNO水溶液三效并流加料蒸发装置的设计

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系 别： 食品科学系 专 业： 学生姓名: 学 号:

起迄日期: 2010 年 5 月 25日 ~ 2010年 6 月5

日

指导教师: 王步江 教研室主任：

xx课程设计任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： （一）设计题目 KNO3 水溶液三效并流加料蒸发装置的设计。 （二）设计任务及操作条件 （1） 处理能力 34131t/aKNO3水溶液。 （2） 设备形式 中央循环管式蒸发器。 （3） 操作条件 ①KNO3水溶液的原料液浓度为15%，完成液浓度为44%，原料液温度为80℃、比热容为3.5KJ/(Kg?℃) ②加热蒸汽压力为400Kpa(绝压)，冷凝器压力为20Kpa(绝压)。 ③各效蒸发器的总传热系数为：K1=2000W/(m2?℃)，K2=1000W/（m2?℃），K3=500 W/（m2?℃）。 ④各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积相等，并忽略溶液的浓缩热和蒸发器的热损失，不考虑液柱静压和流动阻力对沸点的影响。 ⑤每年按300天计，每天24小时连续运行。 ⑥厂址：天津地区。 （三）设计项目 （1） 设计方案简介：设计一台中央循环管式蒸发器，使KNO3水溶液由15%的原料液经过蒸发器变为44%的完成液。 （2） 蒸发器的工艺计算：在三效并流加料的蒸发器中，每小时将1975.69kg 15%的KNO3水溶液浓缩到44% ① 估计各效蒸发量和完成液浓度 总蒸发量 W=F（1-x0x3）=34131?（1-0.150.44）=22495.43kgh 因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，可设 W1:W2:W3=1:1.1:1.2 W=W1+W2+W3=3.3W W1=X1=Fx0F?W122495.433.3=6816.79kgh W2=1.1? W1 =7498.47kgh W3=1.2?W1=8180.15kgh =0.187 =34131?0.1534131?6816.79X2=Fx0F?W1?W2Fx0=34131?0.1534131?6816.79?7498.47=0.26 X3=F?W1?W2?W3=34131?0.1534131?6816.79?7498.47?8180.15=0.44 ②估计各效溶液的沸点和有效总温度差 设各效间压力降相等，则总压力差为 ??P?P1?PK??400?20?380KPa ??p3?126.67KPa各效间平均压力为?pi? 由各效的二次蒸汽压力，从手册中可查得相应的二次蒸汽的温度和汽化潜热列于下表中。 效数 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 二次蒸汽压力 273.33 146.66 20 Pi,kPa' 131.20 2177.25 111.32 2230.22 60.1 2854.91 二次蒸汽温度Ti',℃ 二次蒸汽的汽化热ri,kjkg' 蒸发操作常常在加压或减压下进行，从手册中很难直接查到非常压下的溶液沸点。所以用以下方法估算。???f??a f?0.0162(T??273)r?2 ??a—常压下(101.3kPa)由于溶质引起的沸点升高，即溶液的沸点-水的沸点 常压下水的沸点为100℃ 查表得 常压下不同质量分数的KNO3沸点如下表 质量分数kg/l 18.5% 25% 沸点℃ 101.5 102.3 40% 104.2 经查表400 kPa下饱和蒸汽温度为143.3℃，气化潜热为2138.5kj/kg ??f??a??10.0162(130.25?273)r?0.0162(112.2?273)2230.2222??a?2.32 ??2?f??a???a?2.48 ???f??a?30.0162(60.1?273)2854.912??a?2.64 由于不考虑液柱静压和流动阻力对沸点的影响，所以总温差为???7.44 各效料液温度为t1?T1???1?131.20?2.32?133.5 t2?T2???2?110.32?2.48?112.68 t3?T3???3?60.1?2.64?62.74 ③加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算 由于忽略溶液的浓缩热，所以??1 Wi??i??Diri?ri??(Fcp0?W1cpw?...?Wi?1cpw)ti?1?ti?? ri???Drt?t1??2138.5143.4?131.2?W1??11?Fcp00?D?1975.69? ① 1?????r1??2177.252177.25??r1?WrW2??12?(Fc?r??2?W1cpwt1?t2??2177.25W1131.2?112.68???)?(1975.25?4.2W)1?r2???2230.2?2230.02??p0 ② =0.944W1+53.85 ?Wrt?t3??2230.2114.68?62.74?W3??23?(Fcp0?W1cpw?W2cpw)2?W?(1975.69?3.5?4.18W?4.18W) 212???r3???2854.92854.9??r3? =0.704W2-0.076W1+125.8 ③ 又W1+W2+W3=1234.8125 ④ 联立 ①②③④ 计算得 W1=410.67 kg/h W2=411.13 kg/h W3=412.12 kg/h D1=392.77 kg/h （1） ④传热面积的计算 任一效的传热速率方程为 Qi?KiSi?ti 传热面积 S1?Q1K1?t1 S2?Q2K2?t2 S3?Q3K3?t3 555 Q1?D1r1 =2.356?10 Q2?W1r1?=2.188?10 Q3?W2r2?=2.98?10 ?t1?T1?t1=9.9 ?t2?T1??t2=18.52 ?t3?T2??t3=48.58 S1?Q1K1?t1Q2K2?t2Q3K3?t35?=2.356?102000?9.92.188?10?11.82m 25S2?=1000?18.522.98?105?11.81m 2S3?=500?48.58=12.22m 2误差为1?SminSmax?1?11.8212.22?0.033＜0.05 迭代计算合理，取平均传热面积S=11.95 m2 计算结果表格如下： 效次 Ⅰ 加热蒸汽温度Ⅱ 131.20 Ⅲ 111.32 冷凝器 60.1 143.4 Ti,C? 273.33 133.5 18.5 410.67 392.77 146.66 112.68 25 411.13 392.77 20 62.74 40 412.12 392.77 20 操作压力Pi?,kPa溶液温度ti,C? 完成液浓度xi,%蒸发量Wi,kg/h 蒸汽消耗量D,kg/h 传热面积Si,m 211.82 11.81 12.22 (3)蒸发器的主要结构尺寸设计. (4)主要辅助设备选型，包括气液分离器及蒸气冷凝器等。

(5)绘制KNO3水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。

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