KNO3水溶液三效并流加料蒸发装置的设计.pdf
《KNO3水溶液三效并流加料蒸发装置的设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《KNO3水溶液三效并流加料蒸发装置的设计.pdf(33页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、广东石油化工学院化工单元操作课程设计说明书课题:KNO,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目录第一章蒸发装置设计任务书.31.1 设计题目.31.2 设计任务及操作条件.31.3 设计项目.3第二章设计方案简介.42.1 设计方案论证.42.2 蒸发器简介.5第三章设计任务.63.1 估算各效蒸发量和完成液浓度.63.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差.63.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算.93.4 蒸发器传热面积的估算.113.5 有效温差的再分配.123.6 重复上述计算步骤.123.7
2、 计算结果列表.17第四章蒸发器的主要结构尺寸的计算.174.1 加热管的选择和管数的初步估算.174.2 循环管的选择.184.3 加热室直径及加热管数目的确定.184.4 分离室直径和高度的确定.194.5 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.225.1 气液分离器.225.2 蒸汽冷凝器的选型设计.235.3 封头尺寸的确定.26第六章5设计结果汇总.276.1 多效蒸发的工艺计算.276.2 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第一章蒸发装置设计任务书1.1 设计题目KNO?水溶液
3、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 5.20 x IO,t/aKN03水溶液(2)设备形式 中央循环管式蒸发器。(3)操作条件KNO3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80、恒压比热容为3.5kJ/(kg)0加热蒸汽压力为400kPa(绝压),冷凝器压力为20kPa(绝压)。各效蒸发器的总传热系数为:K,=2000W/(m),K2=1000W/(m ),K3=500W/(m )o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。每年按
4、300天计,每天24小时连续运行。厂址:天津地区。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KN03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。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57。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
5、页图5.9硝酸盐等水溶液的沸点可知,KN03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,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第169页图2.50硝酸盐水溶液的粘度可
6、知,KN03溶液的黏度不大,所以适用本流程。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。42.2 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
7、效温度差减小。此外,设备的清洗 和检修也不够方便。5第三章蒸发器的工艺计算确定蒸发器的传热面积3.1 估算各效蒸发量和完成液浓度总蒸发量卬二尸凹=5.2x104 xl 些=34667t/a因并流加料,蒸发中无额外蒸汽引出,可设卬1:卬2:印3=1:1.1:1.2W=Wi+W2+W3=3.3Wi3.3=105051/W2=1.1x10505=1155&/3=1.2x10505=12606”。Fxo 52000 x0.15.,ooxi=-=-=0.188F-Wi 52000-10505Fxo 52000 x0.15X2-=-F-W1-W2 52000-10505-115560.260%3=0.45
8、3.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差oi=400Ap。(绝压)=20柱。(绝压)设各效间压力降相等,则总压力差为AP=Pi=400 20=380女尸。各效间的平均压力差为VAP 380APi=J一=126.61 kPa 3 3由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力,即AP,=400-126.67=273.33人尸。6P2=P-2AP,=400 2 义 126.67=146.66kPqP3=Pk=20 kPa由各效的二次蒸气压力,从化工原理(上册)闭第341页饱和水蒸气表 可查得相应的二次蒸气的温度和汽化潜热,列于下表中表1各效二次蒸汽物化数据效数IIIIII二次蒸气压力p:,kPa273.3
9、3146.6620二次蒸气温度看,(即下一效加热蒸汽的温度)130.05110.4760.1二次蒸气的气化潜热r;,kJ/kg(即下一效加热蒸汽的气化潜执)八、)2177.332231.002354.9蒸发操作常常在加压或减压下进行,但从手册中很难直接查到非常压下溶液 的沸点。当缺乏实验数据时,由化工单元操作课程设计3第87页可知,可用下式估算。=fa,0.0162(7,+273-f=-7-式中:常压(101.3kPa)下由于溶质存在而引起的沸点升高,;操作压力下由于溶质存在而引起的沸点升高,。C;f校正系数;操作压力下二次蒸气的温度,C;r操作压力下二次蒸气的汽化潜热,kj/kgo常压下水的
10、沸点为100 C。由化工原理(上册第349页无机盐水溶液的沸点表知,常压下不同7质量分数的KN03沸点如下表表2常压下不同质量分数的KN03沸点质量分数18.8%26.1%45%沸点101.5102.3104.8(1)各效由于溶液沸点升高而引起的温度差损失为0.0162(130.25+273)2X2177.33(101.5-100)=1.81=于 Na=0.0162(110.47+273)22231.00(102.3-100)=2.46”啜(网=3.66t由于不考虑液注静压和流动阻力对沸点的影响,所以蒸发装置的总的温度差 损失为EA=ZA=1.81+2.46+3.66=7.93(2)各效料液的
11、温度和有效总温差根据已估算的各效二次蒸气压力P:及温度差损失,可根据下式估算各效 溶液的沸点乙%=丁:.+,.=1.81A2=A;=2.46A3=Aj=3.66各效料液温度为八二工+41=130.05+1.81=131.86t2=T+A2=110.47+2.46=112.93t3=普+八3 60.1+3.66=63.76有效总温度差%=亿-北)-注由由化工原理(上册)2第341页饱和水蒸气表可查得400kPa饱和蒸 汽的温度为143.4,汽化潜热为2138.5kJ/kg,所以8Z&=(4/)Za=(143.4 60.1)7.93=75.37。3.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步估算由化工单
12、元操作课程设计3第88页可知第i效的热量衡算式为2=,=%-WiCpw-W2cpw 叫,小)&-一)+叱力由于忽略溶液的浓缩热及蒸发器的热损失,即可忽视热利用系数(7?=1),所以Dr、九1 九卬,=+FcPo-pw-W2cpw 式中 D,第i效加热蒸汽量,t/a,当无额外蒸汽抽出时,D,=*=;E 第i效加热蒸汽的汽化潜热,kj/kg;ri第i效二次蒸气的汽化潜热,kj/kg;Cp。原料液的比热容,kJ/(kg );CPW水的比热容,kJ/(kg);f、h-分别为第i效和第iT效溶液的温度(沸点)。C。第I效的热量衡算式为2138.5“sc”7 80-131.86=-D,+52000 x 3
13、.5 x-_2177.33 2177.33=0.982224334.9第II效的热量衡算式为9%=萼+(Fc,o叫牛 丫2-22177.332231.00叱+(52000 x3.5 4.187%)131.86-112.932231.00=0.9404叱+1544.3第in效的热量衡算式为W F t t吗 T+%=2231.00 000 义 3.5 _ 4.187 叱4.187 叱)1123 63.女2354.9 2354.9=0.0874叱+0.8600%+3800.1又W,+W2+W3=34667 t/a联立,计算得W|=10517t/aW2=11434 t/aW3=12715 t/a二15
14、121 t/a与第一次计算结果比较,其相对误差为1111050510517=0.00111155611434=0.0111260612715=0.00810计算相对误差均在0.05以下,故各效蒸发量的计算结果合理。3.4蒸发器传热面积的估算任一效的传热面积为式中Q,第i效的传热速率,W;K,第i效的总传热系数,W/(m2 );S第i效的传热面积,m2;At第i效的传热温差,。C。所以3Q.=D,r=15121x10 x2138.5x103=1.24754x106W 1 1 1 300 x24x3600儆司 T=143.4-131.86=11.54S1=KQ1.24754X106-八 2-=54
15、.05m22000 x11.54。2=%Xi。x2177.33xl03=8.83448x105W 300 x24x3600A,2=%一马=(=130.05 112.93=17.12 2K2t2渭需二30 Qi _ KiMiS?6=300X600X2231-00X13=9.84153x105W=T3T3=T2T3-110.47 63.76=46.71 a 9.84153X105 八 一 2S.=-=42.14m2K3 M 500 x46.7111S 42 14误差为1-=1-=022 5,误差较大,应调整各效的有效温差,max 34.U3重复上述计算过程。3.5 有效温差的再分配SA%+邑八弓+
16、邑八百_ 54.05x11.54+51.60 x17.12+42.14x46.71 75.37=46.11机2重新分配有效温度差,得,S.A 54.05 一 一 1reAt.=At.=-x 11.54=13.53 1 S 1 46.11At;=At2=2&x17.12=19.16S 2 46.11S 4?14At;二、二一一x 46.71=42.69。03 S 3 46.113.6 重复上述计算步骤(1)计算各效料液浓度由所求得的各效蒸发量,可求各效料液的浓度,即Fxo 52000 x0.15 _ 1OO-=-=0.188F-Wi 52000-10517_ Exo _ 52000 x0.15%
17、-F-W1-W2-52000-10517-11434=0.260 x3=0.45(2)计算各效料液的温度因末效完成液浓度和二次蒸气压力均不变,各种温度差损失可视为恒定,故 末效溶液的温度仍为63.76C,即13=63.76 12则第iii效加热蒸汽的温度(也即第n效二次蒸气温度)为4二普=A+=63.76+43.69=106.45 由化工原理(上册)2第349页无机盐水溶液的沸点表知,常压下不同 质量分数KNO3溶液的沸点如下表表3常压下不同质量分数的KNO3沸点质量分数18.8%26.1%45%沸点101.5102.3104.8由化工原理(上册第341页饱和水蒸气表可查得106.45C水的二
18、次蒸气的汽化潜热为2241.66 kJ/kg,所以A;=0.0162x(106.45+273)2(也遂.100)=2.39r2241.66A2=A2=2.39t2=普+&2=106.45+2.39=108.84。7;=7=r2+A4=108.84+19.16=128.00 同样也可由化工原理(上册第341页饱和水蒸气表可查得128.00的二次蒸气的汽化潜热列于表4表4温度差更新分配后各效二次蒸气的温度和汽化潜热效数IIIIII二次蒸气温度(,(即下一效加热蒸汽的温度)128.00106.4560.1二次蒸气的气化潜热弓,,kJ/kg(即下一效加热蒸汽的汽化潜 执)八、)2183.132241.
19、662354.9各效由于溶质存在和大气压而引起的温度差损失可=.=3黑署产匚(101.5_1。)“79&=2.3913A;0.0162x(60.1+273)22354.9x(104.8 100)=3.66各效料液的温度为八=?;+;=128.00+1.79=129.79。t2=小42=106.45+2.39=108.84。表5温度差更新分配后各效温度情况t3=63.76 温度差重新分配后各效温度情况列于下表。效数IIIIII加热蒸汽温度,TJC143.4128.00106.45有效温度差,A 一叱金卬)乙孕 丫2 丫22183.132241.66叱+(52000 x3.5 4.187%)129
20、.79-108.842241.66=0.9348叱+1700.914第in效的热量衡算式为IV F t t2241.662354.9W2+(52000 x3.5 4.187叱4.187 弘)108.84-63.762354.9=0.0802叱+0.8718%+3484.0又W1+W2+W3-34667联解式,可得W,=10489t/aW2=11506 t/aW3=12673 t/aD,=14945 t/a与第一次计算结果比较,其相对误差为1 10517-10489=0.0031 11434-11506=0.0061 12715-12673=0.003计算相对误差均在0.05以下,故各效蒸发量的
21、计算结果合理。各效溶液浓度无明显变化,不需重新计算。蒸发器传热面积的估算1521=Dj14Q45xlO3-x2 1 38.5x103=1.23 3 02x106W 300 x24x3600Ar;=13.61 二号1.23302 xlO6 八 2-二 45.30m22000 x13.613Z24x3600X2183-13X108-83443xl5|ya4=19.16 Q?8.83443XlO5 2S?=,=-=46.11m22应 1000 x19.163。=W?r=11506x10 x2241.66xl03=9.95083x105W3 2 2 300 x24x3600At3=42.69邑=悬9.
22、95083xlO5 乙/2-二 46.62m2500 x42.69误差为i-sUmax=1一需=“2803迭代计算合理,取平均传热面积5=45.30+46.11+46.62 2-=46.11 m3由化工原理(上册第294页经济性的定义可知,各效经济性:鸳理“。1 D 14945石2 二E 二也 J26733%U506=1.10163.7计算结果列表表6计算结果效数IIIIII冷凝器加热蒸汽温度7,C143.4128.00106.4560.1操作压力耳,kPa256.56128.302020溶液温度(沸点),129.79108.8463.76完成液浓度418.826.045蒸发量叱,kg/h14
23、56.81598.11760.1蒸汽消耗量D,kg/h2075.7传热面积m?46.0146.0146.01经济性0.701.101.10第四章蒸发器的主要结构尺寸设计中央循环管式蒸发器的主要结构尺寸包括:加热室和分离室的直径和高 度,加热管与中央循环管的规格、长度及在管板上的排列方式。这些尺寸 的确定取决于工艺计算结果,主要是传热面积。4.1加热管的选择和管数的初步估算蒸发器的加热管通常选用25 mmx 2.5 mm、38 mmx 2.5 mm、57 mmx3.5 mm等几种规格的无缝钢管。此次设计选用加热管型号为57 mmx 3.5 mm。根据实际情况选择加热管长度为L5m。由化工单元操作
24、课程设计3第91页可知,当加热管的规格与长度确定后,可由下式初步估算所需的管子数:.S所需管子数=,“八万do(L-O.l)其中S蒸发器的传热面积,m2,由前面的工艺计算决定d0一加热管外径,mL加热管长度,m,17所以n46.01=184 根3.14x0.057x(1.5-0.1)4.2 循环管的选择由化工单元操作课程设计3第92页可知,循环管的截面积是根据 使循环阻力尽量减小的原则来考虑的。中央循环管式蒸发器的循环管截面积 可取加热管总截面积的40%100%。本次计算取55%o则循环管的总截面积为=0 55 fl;D=yjo.55ndi=Jo.55x184 x(57-2x3.5)=503m
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- KNO3 水溶液 加料 蒸发 装置 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。