【正文】 汽化，在汽化過程中，溶液呈沸騰狀態(tài)，溶劑的汽化不僅發(fā)生在溶液表面，而且發(fā)生在溶液內(nèi)部，因此，沸騰蒸發(fā)的速率遠(yuǎn)大于自然蒸發(fā)的速率。工業(yè)上的蒸發(fā)操作大多采用沸騰蒸發(fā)。 蒸發(fā)操作總是從溶液中分離出部分（或全部）溶劑。常見的蒸發(fā)過程實(shí)際上是通過傳熱壁面的傳熱，使一側(cè)的蒸汽冷凝而另一側(cè)的溶液沸騰，溶劑的汽化速率由傳熱速率控制，所以蒸發(fā)屬于傳熱過程 。但蒸發(fā)又有別于一般的傳熱過程，具有下述特點(diǎn)： (1)傳熱性質(zhì)：傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽冷凝，另一側(cè)為溶液沸騰，所以屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過程。 (2)溶液性質(zhì)：在蒸發(fā)過程中溶液的黏度逐漸增大，腐蝕性逐漸加強(qiáng)。有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出、易結(jié)垢、易產(chǎn)生泡沫，在高溫下易分解或聚合。 (3)溶液沸點(diǎn)的改變：含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸氣壓較同溫度下溶劑的蒸氣壓低。換句話說，在相同壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，所以當(dāng)加熱蒸汽的壓強(qiáng)一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)溶劑時(shí)的溫度差。溶液濃度越 高這種現(xiàn)象越顯著。 (4)泡沫夾帶：溶劑蒸汽中夾帶大量泡沫，冷凝前必須設(shè)法除去，否則不但損失物料，而且污染冷凝設(shè)備。 (5)能源利用：蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量溶劑蒸汽，如何利用溶劑的汽化熱，是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一。 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 2 頁 共 33 頁 2 文獻(xiàn)綜述 氯化鉀的物性 白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末。有苦咸味。有吸濕性。 1g 溶于 水、 沸水、 14ml 甘油、約 250ml 乙醇，不溶于乙醚、丙酮和鹽酸。鈉和鎂的氯化物，能降低其在水中的溶解度。 15℃飽和水溶液的相對(duì)密度為 ， pH 約為 7。相對(duì)密度 。熔點(diǎn) 770℃。沸點(diǎn) 1500℃ (部分升華 )。有刺激性。 氯化鉀的利用 氯化鉀既是一種重要的鉀肥 ,又是重要的化工原料。在化學(xué)工業(yè)中 ,它用于制造各種鉀 ,在電解抓化鎂制金屬鎂時(shí) ,作為配制電解液的成分之一。它在醫(yī)藥上用作利尿劑 ,也被用于電鍍、冶金、照相等行業(yè)中 (營養(yǎng)增補(bǔ)劑；膠凝劑；代鹽劑；酵母 食料；與 食鹽 一樣可用于農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、發(fā)酵品、調(diào)味品、罐頭、方便食品的調(diào)味劑等。也用于強(qiáng)化鉀（供人體電解質(zhì)用）配制 運(yùn)動(dòng)員 飲料等?？蓮?qiáng)化凝膠作用 )。注射氯化鉀溶液可以使 心臟 停止跳動(dòng) ,在 中國 和美國 ,氯化鉀和硫噴妥鈉 ,泮庫溴銨一起用于注射死刑。在農(nóng)業(yè)上氯化鉀是制造各種鉀肥的基本原料 ,尤其是近年以來已成為鉀復(fù)肥的一個(gè)重要復(fù)配原料。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展 ,氯化鉀的年需求量逐年上升。所以加大氯化鉀生產(chǎn)的開發(fā)力度 ,對(duì)促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)有重大意義。 氯化鉀的制取 世界上用于生產(chǎn)敘化鉀的原料絕大多數(shù)是水溶性的鉀鹽礦鉀石鹽（ KCl+NaCl）或光鹵石（ KCl MgCl2 6H2O）。目前國內(nèi)外從含鉀鹵水中回收氛化鉀 ,都是首先制取光鹵石 ,再對(duì)光鹵石進(jìn)行加工制取氯化鉀。制取氯化鉀 ,首先將鹽湖鹵水泵人鹽蒸發(fā)池 ,在池內(nèi)用太陽能蒸發(fā) 50%水分 ,同時(shí)析出 NaCl 和CaSO4，當(dāng)鹵水成分達(dá)到光鹵石點(diǎn)時(shí) ,將它泵人光鹵石蒸發(fā)池 ,再蒸發(fā) 20%水分 ,同時(shí)析出光鹵石和氯化 鈉 ,最終母液排放到老鹵池 ,曬制氯化鎂 ,鹽田曬制得到的光鹵石礦附有母液和氯化鈉 ,其純度一般為 65%— 70%?？傮w上可有以下幾種種方法河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 3 頁 共 33 頁 制取： — 浮選 — 洗滌 — 冷結(jié)晶工藝 。 蒸發(fā)設(shè)備簡述 針對(duì)各種物料不同的物性，要選用不同結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。但是蒸發(fā)器均由加熱室、流動(dòng)（或循環(huán)）通道、氣液分離空間三部分組成。除以上三部分外，還需要蒸發(fā)輔助設(shè)備，包括除沫器、冷凝器、疏水器等。 蒸發(fā)器一般可分為循環(huán)蒸發(fā)器和單程式蒸發(fā)器。其中循環(huán)式蒸發(fā)器分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)等，單程式蒸發(fā)器 主要有升膜式和降膜式以及旋轉(zhuǎn)刮板式蒸發(fā)器。 單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā) 單效蒸發(fā)是原料液在蒸發(fā)器內(nèi)被加熱汽化，產(chǎn)生的二次蒸汽由蒸發(fā)器引出后排空或冷凝，不再利用，多效蒸發(fā)是把產(chǎn)生的二次蒸汽作為后效的加熱蒸汽，使熱量多次利用，因此比單效蒸發(fā)節(jié)省能量。但不是效數(shù)越多越好，應(yīng)該綜合科考慮設(shè)備腐蝕問題，設(shè)備投資問題。設(shè)備投資幾乎與效數(shù)成正比增加，而能耗的下降（蒸汽耗量與水耗量的減少）卻與效數(shù)成反比，當(dāng)因節(jié)能而省下的開支不足以補(bǔ)償設(shè)備折舊費(fèi)的增加時(shí)，增加效數(shù)失去經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在投資有限時(shí)，其效數(shù)也受限制。另外隨著效數(shù)增 加，溫度差損失加大。有些溶液的蒸發(fā)，若設(shè)計(jì)效數(shù)過多，還可能出現(xiàn)總溫度差損失等于甚至大于總理論溫度差的極端情況。最后隨著效數(shù)的增加，蒸發(fā)強(qiáng)度下降，設(shè)備投資費(fèi)用增大：而且加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性提高的幅度降低。 在多效蒸發(fā)中，可選用溶液的順流、逆流、平流和混流操作流程，應(yīng)根據(jù)溶液的特性、操作方便及經(jīng)濟(jì)程度來定。在工程上主要應(yīng)用的是并流和逆流。并流是溶液與蒸汽的流向相同，都由第一效順序流入在最后一效。原料液用泵送入第一效，依靠效間的壓差自動(dòng)流入下一效，濃縮液自末效由泵抽出。逆流是原料液有末效由泵打入，并用泵依次加到前一效 ，完成液體有一效排出，料液與蒸汽逆向流動(dòng)。隨著溶劑的蒸發(fā)溶液的濃度逐漸提高，溶液的蒸發(fā)溫度也逐漸提高，因此各效的傳熱系數(shù)也大致相同。但溶液有由后一效送入前一效時(shí)液溫低于送入效的沸點(diǎn)，有時(shí)需要補(bǔ)充加熱，否則產(chǎn)生的二次蒸汽量將逐漸減少。一般用于粘度河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 4 頁 共 33 頁 隨溫度變化較大的溶液。 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器及其工作原理 由于在實(shí)際生產(chǎn)操作中，氯化鉀溶液會(huì)結(jié)晶，所以必須選用可以除結(jié)晶的蒸發(fā)器，通過查閱相關(guān)資料初步確定了選用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是 蒸發(fā)設(shè)備的一類 ， 溶液在設(shè)備內(nèi)的循環(huán)主要依靠外加動(dòng)力所產(chǎn)生的強(qiáng)制流動(dòng)。循 環(huán)速度一般可達(dá) 米 /秒。傳熱效率和生產(chǎn)能力較大。原料液由循環(huán)泵自下而上打入，沿加熱室的管內(nèi)向上流動(dòng)。蒸汽和液沫混合物進(jìn)入蒸發(fā)室后分開，蒸氣由上部排出，流體受阻落下，經(jīng)圓錐形底部被循環(huán)泵吸入，再進(jìn)入加 熱管，繼續(xù)循環(huán)。 它的加熱室有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)，液體循環(huán)速度大小由泵調(diào)節(jié)。根據(jù)分離室循環(huán)料液進(jìn)出口的位置不同，它又可以分為正循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器及逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器，循環(huán)料液進(jìn)口位置在出口位置上部的稱為正循環(huán)，反之為逆循環(huán)。逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器具有更多優(yōu)點(diǎn)。 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 圖 21 液體在加熱管內(nèi)的循環(huán)流速通常在 — /秒范圍之內(nèi) (當(dāng)懸浮液中晶粒多 ,所用管材硬度低，液體粘度較大時(shí)，選用低值 )，加熱管可以是立式單程、立式雙程、臥式單程、臥式雙程，后兩者者設(shè)備總高較小但管子不易清洗且易磨損管壁 。 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 5 頁 共 33 頁 工藝流程選擇 綜合以上各種因素，本工藝流程選擇真空強(qiáng)制循環(huán)雙效蒸發(fā)，并選擇平流加料，流程簡圖如下： 圖 22 3 蒸發(fā)工段物料衡算與熱量衡算 物料衡算 已知條件： 采用三效并流加料蒸發(fā)流程，進(jìn)料液濃度為 33%，處理量 萬噸 /年，年工作 7200 小時(shí)，可提供加熱生蒸汽表壓為 MPa，真空度≥ 。 總蒸發(fā)水量 W： 進(jìn)料量： 35000000F 4 6 8 1 k g h 1 . 3 5 /7200 k g s? ? ?總 選擇流程是平流加料，所以要選擇適當(dāng)?shù)母餍Ъ恿狭俊? 初步選擇 12: 1:2FF? ，所以 1 11= 4 8 6 1 k g /h = 7 2 9 k g /h33FF? ? ?總 2 22= 4 8 6 1 k g /h = 3 2 4 1 k g /h33FF? ? ?總 根據(jù)氯化鉀的物性，初步確定濃縮到 60%左右，到達(dá)飽和結(jié)晶狀態(tài)。所以初河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 6 頁 共 33 頁 步確定 1260%??ω ω 熱量衡算 各效參數(shù)估算 Ⅰ效蒸發(fā)水量 011 10 . 3 31 1 6 2 0 / 1 7 2 9 /0 . 6 0xW F k g h k g hx?? ??? ? ? ? ? ??? ?????? 02220 . 3 31 3 2 4 1 / 1 1 4 5 8 /0 . 6 0xW F k g h k g hx?? ??? ? ? ? ? ??? ?????? 各效沸點(diǎn)和有效傳熱溫差的計(jì)算 （ 1）等壓降分配 設(shè)蒸汽壓力按等壓降分配，取 P0=（絕壓）， P3=(絕壓 )，則每效壓降為 : △ 02P P 0 .2 0 .0 2P 0 .0 9 M Pa22 ?? ? ? 可據(jù)此求得各效二次蒸汽壓，并查得各有關(guān)參數(shù)列于下表： 表 31 各效蒸汽參數(shù) Ⅰ效 Ⅱ效 加熱蒸汽壓強(qiáng) p,Mpa 加熱蒸汽飽和溫度 Ti①，℃ 加熱蒸汽的汽化熱 ， kJ/kg 2205 二次蒸汽壓 力 Pi， Mpa 二次蒸汽的飽和溫度 ti，℃ ① 考慮蒸汽管路的阻力，此溫度比前效的二次蒸汽溫度下降 ℃。 （ 2）各效蒸發(fā)器中的傳熱溫差 取效中的溶液濃度等于該效的出口濃度，因此以出口濃度來確定溶液的沸點(diǎn)。 下面用表列出各相應(yīng)數(shù)據(jù) 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 7 頁 共 33 頁 表 32 Ⅰ效 Ⅱ效 溶液密度 ， kg/m3 1400 1400 溶液濃度 xi， % 60 60 蒸發(fā)壓力 P， Mpa Pagl M,21 =p ?? P′ =P+△ P,Mpa 在 P′下的水的飽和溫度 tP′，℃ 沸點(diǎn)升高①，℃ 5 5 溶液的平均溫度 tim ，℃ 有效傳熱溫差 imi tTt ??? ,℃ 有效總傳熱溫差，℃ 蒸發(fā)器內(nèi)液層高度 l=2m （ 3）蒸發(fā)面積估算 原溶液比熱容由公式 ? ?1p w ic c x??估算為 / .kJ kg C。 平流加料時(shí)，每一效可以看作是單效蒸發(fā)。忽略稀釋熱，對(duì)第一效而言， ? ?39。 0 1 0pWr F c t tD r??? 其中 D為加熱蒸汽用量。（初步定為 55℃進(jìn)料） 39。0 1 21111 1 1 1 1 12()[ 22 55 .3 72 9 16 20 2. 8 ( 10 2. 2 55 ) ] 10 00 3816 00 36 00 8. 5pW r F c t tQ D rSK t K t K tm?????? ? ?? ? ? ? ? ????? 同理， 222 22[ 2 3 5 4 . 9 1 4 5 8 3 2 4 1 2 . 8 (6 0 . 1 5 5 ) ] 371 2 0 0 2 1 . 7 3 6 0 0QSmKt ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? 兩 效 的 面 積 較 接 近 ， 考 慮 到 20% 的 安 全 系 數(shù) ， 傳 熱 面 積 取 為23 8 1 .2 4 5 .6Sm? ? ? ，向上圓整為 250m 。 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 8 頁 共 33 頁 4 管徑的選擇 Ⅰ效 接管直徑 加熱室 按公式 uVdVud sisi ?? 44 2 ??? 式中 sV ：體積流量， sm3 。 ：流速， m/s。 （ 1）料液進(jìn)口直徑 F：質(zhì)量流量， F=：料液流速，取 = m/s ρ：料液密度 ,ρ =1200kg/m179。 4 F 4 0 . 4 5 0 . 0 1 4 m 1 43 . 1 4 2 . 5 1 2 0 0id m mu?? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 管子規(guī)格：φ 20 管法蘭： HG2059297 法蘭 RF (2) 生蒸汽進(jìn)口直徑 u：生蒸汽流速，取 =18 m/s D：生蒸汽流量， D= kg/h ρ：生蒸汽密度，ρ =179。 4 4 8 4 2 . 7 0 . 1 2 2 1 2 23 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 1 . 1 2 1 8i Dd m m mu?? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 管子規(guī)格：φ 135 5mm 管法蘭： HG2059297 法蘭 RF (3) 冷凝水排出口直徑 生蒸汽在飽和溫度下冷凝，故冷凝水溫度取 ℃ u：水的流速，取 = m/s 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 9 頁 共 33 頁 D：冷凝水流量， D= kg/h ρ：水的密度，ρ =943kg/m179。（ ℃時(shí)的密度） 4 4 4 8 4 2 . 7 0 . 0 1 8 1 83 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 9 4 3 1 . 0si V Dd m m muu? ? ? ?? ? ? ? ? ?