广东石油化工学院
化工单元操作课程设计说明书
课 题：KNO3水溶液三效并流加料蒸发装置的设计
专 业： 应用化学
班 级： 应化11-1班
学 号：
姓 名：
指导老师：
日 期： 2014.07.03
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目 录
第一章 蒸发装置设计任务书 .................................. 3
1.1设计题目 ........................................... 3 1.2设计任务及操作条件 ....................................... 3 1.3设计项目 ........................................... 3 第二章 设计方案简介 ........................................ 4
2.1 设计方案论证 ................................................. 4 2.2 蒸发器简介 ................................................... 5
第三章 设计任务 ............................................ 6
3.1 估算各效蒸发量和完成液浓度 ................................... 6 3.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差 ............................. 6 3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 ....................... 9 3.4 蒸发器传热面积的估算 ........................................ 11 3.5 有效温差的再分配 ............................................. 12 3.6 重复上述计算步骤 ............................................ 12 3.7 计算结果列表 ................................................ 17
第四章 蒸发器的主要结构尺寸的计算 ......................... 17
4.1 加热管的选择和管数的初步估算 ................................ 17 4.2 循环管的选择 ................................................ 18 4.3 加热室直径及加热管数目的确定 ................................ 18 4.4 分离室直径和高度的确定 ...................................... 19 4.5 接管尺寸的确定 .............................................. 20
第五章 蒸发装置的辅助设备的选用计算 ...................... 22
5.1 气液分离器 .................................................. 22 5.2 蒸汽冷凝器的选型设计 ........................................ 23 5.3 封头尺寸的确定 .............................................. 26
第六章 5设计结果汇总 ..................................... 27
6.1 多效蒸发的工艺计算 .......................................... 27 6.2 蒸发器及辅助设备的结构尺寸设计 .............................. 27
第七章 装置流程图及蒸发器设备条件图 ....................... 29 第八章 设计评语 .......................................... 29 附录 ..................................................... 30 参考文献 ................................................. 33
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第一章 蒸发装置设计任务书
1.1 设计题目
KNO3 水溶液三效并流加料蒸发装置的设计。
1.2 设计任务及操作条件
（1）处理能力 （2）设备形式 （3）操作条件
①KNO3 水溶液的原料液质量分数为 0.15，完成液质量分数为 0.45，原料 液温度为 80oC、恒压比热容为 3.5kJ/(kg·oC)。
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/(m ·C)，K2=1000W/(m ·C)，K3=500W/(m ·C)。
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。
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水溶液5.20 ?104 t/a KNO3
中央循环管式蒸发器。
1.3 设计项目
（1）设计方案简介，对确定的工艺流程及蒸发器形式进行简要论述。
（2）蒸发器的工艺计算确定蒸发器的传热面积。
（3）蒸发器的主要结构尺寸设计。
（4）蒸发装置的辅助设备
（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。 （6）对本设计进行评述。
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第二章 设计方案简介
2.1 工艺流程
实际工业生产中，大多采用多效蒸发，其目的是降低蒸汽的消耗量，从而提高蒸发装置的经济性。在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，每一效的温差不能小于 5～7oC。通常，对于沸点升高较大的电解质溶液可采用3～5效，由 《化工物性算图手册》[1]第304 页图 5.9 硝酸盐等水溶液的沸点可知，KNO3溶液沸点升高较大，所以本次设计取 3 效。
根据加热蒸汽与物料流向的不同，多次蒸发的操作流程可分为并流、逆流、平流、错流等流程。
并流流程也称顺流加料流程，料液与蒸汽在效间流动同向。因各效间有较大的压力差，液料自动从前效流到后效，不需输料泵；前效的温度高于后效，料液从前效进入后效时呈过热状态，过料时有闪蒸出现。并流流程结构紧凑，操作简便，应用广泛。对于并流流程，后效温度低、组成高，料液的黏度逐效增加，传 热系数逐效下降，并导致有效温差在各效间的分配不均。因此，[1]第 本流程只适用于处理黏度不大的料液。由《化工物性算图手册》169 页KNO3 溶液的黏度不大，所以适用本流程。 图 2.50 硝酸盐水溶液的粘度可知，并流加料三效蒸发的物料衡算和热量衡算示意图如图 1 所示。
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2.2 蒸发器形式
随着工业蒸发技术的发展，蒸发设备的结构与形式亦不断改进与创新，其种 类繁多、结构各异。
本次设计要求采用中央循环管式蒸发器，其结构中，加热室由一垂直的加热 管束（沸腾管束）构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管。
中央循环管式蒸发器具有结构紧凑、制造方便、操作可靠等优点，故在工业 上应用较广，有“标准蒸发器”之称。但实际上，由于结构上的限制，其循环速 度较低（一般在 0.5m/s 以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其组成 始终接近完成液的组成，因而溶液的沸点高、有效温度差减小。此外，设备的清洗和检修也不够方便。
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