年产40万吨碳酸钾蒸发车间设计

年月日毕业设计说明书名：马宏伟 专业：过程装备与控制工程 题目：年产4.0万吨碳酸钾蒸发车间设计 碳酸钾是一种重要的无机基础化工原料，主要用于电视玻壳、化肥脱碳、电焊条、制药、双氧水、电影胶片、搪瓷、印染、钾玻璃等行业。目前国内碳酸钾此外，原料及动力的消耗、车间布置以及节能环保的设计等也是本次设计的重要Title：Evaporationworkshopdesignofpotassiumcarbonateproducing4.0X107kg/yAbstractPotashcarbonatewasanimportantfoundationofinorganicchemicalrawmaterials,mainlyfortheTVglass-shells,chemical,pharmaceutical,decarburization,wirehydrogenperoxide,film,enamel,printinganddyeing,potassiumglassetc.Atpresentdomesticpotashproductionmainanddemandathomeandabroadandalsointroducedexistingproductionprocessesandequipmentofthemaintrend.Then,thedesignhasintroducedthetechnologicalprocessandcraftlationnKeywords：potassiumcarbonate；ionexchange；Processcalculation；酸钾的生产现状6次工艺设计流程及设备简介72.1离子交换法生产碳酸钾简介11产工艺流程123、蒸发工段物料衡算与热量衡算134、蒸发器加热室结构设计及强度计算184.1加热室中换热管的排布及壳体直径的计算185、蒸发器分离室结构设计及强度计算245.2Ⅱ效分离室尺寸的确定及强度计算305.3Ⅲ效分离室尺寸的确定及强度计算356、蒸发器有关接管管径的计算396.2Ⅱ效蒸发器有关接管直径的计算426.3Ⅲ效蒸发器有关接管直径的计算44板冷凝器4920世纪90年代，随着世界范围内电视机特别是家用计算机需求的迅猛增加，钾装a地区(主要国家为法国、德国、比利时、意大利、西班牙等)碳酸钾总生产能力,近几年新开发步工福利厂(0.5万t/a)等[11]。为K2CO3，白色粉末状、细颗粒状结晶或圆型橡胶行业的防老化。此外，其在石油炼制、泡花碱、。a不足，不适应该行业的快速发展[5]。蒸向下液膜。2、传热温差损失小。因为降膜蒸发器没有因液位静压引起的沸点升高而带小。在总推动力不变的前提下，使有效传热温差变大。3、易于实现多效操作。降膜蒸发器传热温差损失小，提高了总有效传热温4、易于处理热敏性物料。溶液往往一次通过加热室即可达到要求，停留时抗生素、医药中间体等热敏性物料。5、适用于处理易起泡的物料。降膜蒸发器汽化表面很大，因而二次蒸汽中6、不适于处理易结晶、结垢和粘度很大的溶液。发生上述情况时将破坏溶7、必须安装料液成膜装置。为了使料液对每根换热管均匀分配，并使料液蒸发管的垂直度。二次汽二次汽料液进口生蒸汽料液出口旧费的限制，设备投资几乎与效数成正比增加，而能理论温度差的极端情况。3、随着效数的增加，蒸发强度下降，设备投资费用增大：而且加热蒸汽的4、对于自然循环蒸发器来说，当有效温差过小时，不能维持自然循环，一本次设计拟采用三效蒸发装置。三效顺流蒸发工艺流程示意图2、工艺流程描述年代开发的完全革新的分离工艺技术,经过不断地改的离子交换柱相比,其设备紧凑、系统简化、管道缩减并且占地面积少。与固定床相比,树脂消耗量减少(50~90)%,再生剂、冲洗水消耗降低。由于非间断操作下负荷的变化自动调节旋转速度。在生产过程中基本无三废排放。企业所采用，其主要工艺流程为:得符合规范的碳酸钾产品。反应(式中R为树脂分子骨架部分)如下KRNHHCO→NH4R+KHCO3NH4R+KCl→KR+NH4Cl简单,投资少,产品质量好,技术成熟可靠,,蒸发浓缩能耗较高；二是生产过程中产术成熟可靠,投资少,产品质量好,成本较低.年工作FM5555.5655555.6kg/h氢钾溶液的初始浓度x0=10%，故原料处理量0x00.1。gh。总0x0.3。效加热生蒸汽压强为P1=500kPa(绝压，以下同)，温度为151.7℃，考虑到管道传不挥发溶质存在造成的沸点升高为'=2℃'=3℃'=15℃123123t=TtiiiT'=Tiii0112222222333333二次二次蒸汽ⅠⅡⅢ绝对压力(kPa)温度(℃)。(Q=Dr=Wr'+Fc(t-t)(Q=Dr=Wr'+Fc(t-t)将表中物性数据代入上方程组得为123A=Q1=Dr0=18460.162113.2103=283.29m21KtKt36001500282KtKt36001000283KtKt360080028.5At+At+AtA=11223At+At+At231A362.62A362.63A362.6111112222222333333(Q=(Q=Dr=Wr'+Fc(t-t)汽化热汽化热r′(kJ/kg)二次蒸汽ⅠⅡⅢ温度(℃)122223KAt,KAt,3600人800人3433331222233334、蒸发器加热室结构设计及强度计算管为φ38×3.0、全管长6M的不锈钢换热管。考虑到上下管A360iN。N。蒸汽，冷凝水碳酸氢钾混合溶液0进口90出口131称工作介质工作压力工作温度设计压力设计温度传热面积Pa℃PapDc式中6：计算厚度mmpc：计算压力MPa0：焊接接头系数此处取0=1137MPac12c12a)水压实验压力按下式计算T26sesaPD7.4)GTie==65.38MPTaesaTab)管程水压实验压力及强度校核与壳程计算过程类似，此处不再赘述，经压力下的筒体薄膜应力为PD7.4)GTie==65.38MPTaesaTa因加热室选用的换热管规格为φ38×3.0，故加热室管板最小厚度minnnnt4.2.5拉杆设计4.2.7布膜器设计开孔直径i2，etrhd615.2根6=60.76mm)|1b.内侧有效高度h2按下式计算，取二者之中较小值h=d6=615.2根6=60.76mm)|②接管多余金属面积A=2h(6-6)f+2h(6-C)f③接管区焊缝面积(焊脚取6.0mm)132e123e各接管厚度相同，最大开孔不需要补强，所以所有接4.2.9支座的选取in322215、蒸发器分离室结构设计及强度计算各效分离室筒体、封头及所有附件、管道组成件的材料均选择为不锈钢0Cr18Ni10Ti各效分离室中蒸汽速度uv可按下式估算uv度mspp：溶液和蒸汽的密度vvvc0：焊接接头系数此处取0=1137MPa圆形封头，其厚度计算式为c2[(] Ti Tie共0.90(T26se TaesaTaD开孔直径i2，etr2nnth=d6=521.2根5=51.45mm)|b.内侧有效高度h2按下式计算，取二者之中较小值h=d6=265.2根5=36.41mm)|21ettr2et2r21ettr2et2r③接管区焊缝面积(焊脚取6.0mm)12④有效补强范围e3ein322211W15255.25svvc0：焊接接头系数此处取0=1137MPa2c[(][(] Ti Tie元0.90(T26se esaTaDi2nnnt补强面积Aetr[][]h=d6=708.2根4=53.22mm)|b.内侧有效高度h2按下式计算，取二者之中较小值h=d6=708.2根4=53.22mm)|筒体多余金属面积A1按下式计算eetereeter21ettr2et2r21ettr2et2r③接管区焊缝面积(焊脚取6.0mm)12④有效补强范围e23e因本效蒸发器分离室中各接管厚度相同，最大开孔不需要补强，所以所有接管都in32221vvv1,2头度33D5032ee02233aD5032a0mp(D/6)2.53人0.1人(5032/15.4)2.5c0eLmax2463i9.4eR4500222233aRaca新计算。iR450033aR4500aca∴锥体高度(含直边)2cec3按外压圆筒图算法进行校核计算cD5439c ( (D5439aL[(][(] (=Tie (=Tie共0.90(T26sesa esaTain322213.5视镜的选择4V由公式d2u=V亭d=s生蒸汽流速u=25m/s2kg/m³VD418637.10：d=s===VD418637.10：d=s===环4kg/m³V4F472.15V4F472.15ums为ρ=1.453kg/m³：d=s=1==0.474m：d=s=0==：d=s=01==0.1185m=119mm6.2Ⅱ效蒸发器有关接管直径的计算进汽口直径取值与Ⅰ效蒸发器分离室出汽口直径相同室冷凝水排出口直径为：d=s=11==0.155m=155mm汽流速u=20m/s密度为ρ=0.649kg/m³：d=s=2==0.645m=645mm：d=s=012==0.091m=91mm6.3Ⅲ效蒸发器有关接管直径的计算进汽口直径取值与Ⅱ效蒸发器分离室出汽口直径相同蒸汽出汽口直径略小：d=s=112==0.1856m=185.6mmu976kg/m³：d=s=3==1.241m=1241mm：d=s=0