【正文】 elopment of industry and agriculture,annual demand of potassium chloride increased year by , to increase the development efforts of production of potassium chloride has great significance to promoting China39。 doubleeffect evaporation。 process design。這種操作是將溶液加熱，使其中部分（或全部）溶劑氣化并不斷除去，以提高溶液中的溶質(zhì)濃度。用來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)操作的設(shè)備 稱為蒸發(fā)器 . 蒸發(fā)按操作溫度可分為自然蒸發(fā)和沸騰蒸發(fā)。沸騰蒸發(fā)是使溶液中的溶劑在沸點(diǎn)時(shí)汽化，在汽化過(guò)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。 蒸發(fā)操作總是從溶液中分離出部分（或全部）溶劑。但蒸發(fā)又有別于一般的傳熱過(guò)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(guò)程。有些溶液在蒸發(fā)過(guò)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。換句話說(shuō)，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。 (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。 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 2 頁(yè) 共 33 頁(yè) 2 文獻(xiàn)綜述 氯化鉀的物性 白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末。有吸濕性。鈉和鎂的氯化物，能降低其在水中的溶解度。相對(duì)密度 。沸點(diǎn) 1500℃ (部分升華 )。 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。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(yíng)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。可強(qiáng)化凝膠作用 )。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(lái)已成為鉀復(fù)肥的一個(gè)重要復(fù)配原料。所以加大氯化鉀生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)力度 ,對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)有重大意義。 MgCl2目前國(guó)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。總體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(shuō)明書 第 3 頁(yè) 共 33 頁(yè) 制?。? — 浮選 — 洗滌 — 冷結(jié)晶工藝 。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。 蒸發(fā)器一般可分為循環(huán)蒸發(fā)器和單程式蒸發(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。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(kāi)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。有些溶液的蒸發(fā)，若設(shè)計(jì)效數(shù)過(guò)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。 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(lái)定。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。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)。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。 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(guò)查閱相關(guān)資料初步確定了選用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。循 環(huán)速度一般可達(dá) 米 /秒。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)。 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)。逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器具有更多優(yōu)點(diǎn)。 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 5 頁(yè) 共 33 頁(yè) 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(jiǎn)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(wàn)噸 /年，年工作 7200 小時(shí)，可提供加熱生蒸汽表壓為 MPa，真空度≥ 。 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)。 （ 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(lái)確定溶液的沸點(diǎn)。 平流加料時(shí)，每一效可以看作是單效蒸發(fā)。 0 1 0pWr F c t tD r??? 其中 D為加熱蒸汽用量。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 。 ：流速， m/s。 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。（ ℃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? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 管子規(guī)格：φ 25 管法蘭： HG2059297 法蘭 RF 分離室 (1) 出汽口直徑 u：二次蒸汽流速，取u=18 m/s W1：二次蒸汽流量， 1W 729kg/h? ρ：二次蒸汽密度 ,ρ = kg/m179。 4 8 9 1 0 . 0 1 5 1 53 6 0 0 3 . 1 4 1 4 0 0 1 . 0id m m m?? ? ? ?? ? ? 管子規(guī)格：φ 25 管法蘭： HG2059297 法蘭 RF Ⅱ效接管直徑 加熱室 (1) 料液進(jìn)口直徑 F：質(zhì)量流 量， F=3241kg/h u：料液流速，取 = m/s 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) ρ：料液密度 ,ρ =1200kg/m179。 (3) 冷凝水排出口直徑 u：水的流速，取 = m/s W1：冷凝水流量， W1=1458 kg/h ρ：水的密度，ρ = kg/m179。 24 4 4 1 4 5 8 0 . 3 3 2 3 3 23 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 0 . 1 3 0 6 8 3 5si V Wd m m muu? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 管子規(guī)格：φ 370 10mm 管法蘭： HG2059297 法蘭 RF (2) 出料口直徑 u：料液流速，取 =1 m/s FW1W2：料液流量， 2F W2=32411458=1783 kg/h 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 11 頁(yè) 共 33 頁(yè) ρ：料液密度 ,ρ =1400kg/m179。54 .7 6 1 0 k J hpQ c F t? ? ?? ? ? 524 .7 6 1 0 2 0 2 .12 3 5 4 .9 W? ?? 假設(shè) K 800 W (kg C )?? 則53 21 4 .7 6 1 0 1 0 3 .7 88 0 0 3 5 3 6 0 0QSmKt ??? ? ?? ? ? JB/T471592 選擇固定管板式換熱器 查《化工原理》上冊(cè)附錄， 換熱管 ?? 數(shù)據(jù)如下表， 表 51 預(yù)熱器參數(shù)表 公稱直徑 DN/mm 公稱壓力PN/MPa 管程數(shù)NP 管子根數(shù) n 管子排列方法 管程流通面積m2 換熱管長(zhǎng)度 mm 計(jì)算換熱面積 m2 273 1 38 ? 1500 4 6 蒸發(fā)器工藝尺寸的計(jì)算 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì) 蒸發(fā)器的加熱管通常選用 ? 25*、 ? 38*、 ? 57* 等幾種河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 12 頁(yè) 共 33 頁(yè) 規(guī)格的管材。 因?yàn)槲覀冞x用的是降膜蒸發(fā)器，加熱管的長(zhǎng)度一般為 3— 10 米，根據(jù)我們的設(shè)計(jì)任務(wù)和物料條件，所選用的管長(zhǎng) L=3m。 因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，則計(jì)算 n 時(shí)的管長(zhǎng)應(yīng)用（ L— ） m. 所需加熱管數(shù)目 50 ????n 根 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定 加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、數(shù)目及在管板撒謊能夠的排列方式。 管心距 t 為相鄰兩管中心線之間的距離， t 一般為加熱管外徑的 ～ 倍， 定加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)的具體做法是：先計(jì)算管束中心線上管數(shù) nc，管子安正三角形排列時(shí)， =* n ；其中 n 為總加熱管數(shù)。 （ 1） 筒體壁厚計(jì)算 筒體承受內(nèi)壓 ? ? ctc pDp i??? ??? 2 式中 ? ：計(jì)算厚度 mm cp ：計(jì)算壓力 aMP ? ：焊接接頭系數(shù) ? =1 ??t? ：設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力 aMP ，材料的許用應(yīng)力為125 aMP 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 14 頁(yè) 共 33 頁(yè) iD ：筒體內(nèi)徑 mm ? ?0 . 2 2 8 0 0 0 . 7 0 52 1 2 5 1 0 . 2 22 ic tcpD mmp? ??? ?? ? ?? ? ?? 因 mm2min ?? ，所以 mm2?? 。 ? ?0 1 . 1 1 0 . 2 2 8 0 0 0 . 7 8 12 1 2 5 12 ic tf p D mm? ???? ??? ? ??? 因 mm2min ?? ，所以 mm2?? 。 管板和折流板的選擇 管板厚度取 40mm； 折流板間距 500mm。 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 一效加熱室蒸汽進(jìn)口 160 5? ? 的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 16 頁(yè) 共 33 頁(yè) 補(bǔ)強(qiáng)方法判別 開(kāi)孔直徑 2 1 5 0 2 2 .8 1 5 5 .6id d C m m? ? ? ? ? ? ? 本筒體開(kāi)孔直徑 1 5 5 . 6 4 0 0 5 2 02 iDd m m m m? ? ? ?， 且 滿足等面積發(fā)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 因最大開(kāi)孔不需要補(bǔ)強(qiáng)，所以加熱室所有接管都不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 20 頁(yè) 共 33 頁(yè) 負(fù)偏差， mmC ? 腐蝕裕量， mmC 22 ? 名義厚度為 mmCCn ???? ?? ，做換熱設(shè)備時(shí)綜合考慮取mmn 8?? 。 ? ?0 1 . 1 1 0 . 0 1 1 1 4 0 0 0 . 0 6 82 1 2 5 12 ic tf p D mm? ???? ??? ? ??? 因 mm2min ?? ，所以 mm2?? 。 (3) 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壁厚計(jì)算 ? ?