河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）说明书
三效顺流蒸发工艺流程示意图
2、 工艺流程描述
2.1离子交换法生产碳酸钾简介
连续离子交换技术是80年代开发的完全革新的分离工艺技术,经过不断地改进和完善,目前已成功地应用在医药、化工、化肥等不同产业领域中。与传统的离子交换柱相比,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;由于非间断操作下的连续运转,产品的成分、浓度保持基本稳定;具有良好的操作弹性,可根据生产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。
离子交换法目前为国内大部分碳酸钾生产企业所采用，其主要工艺流程为:以氯化钾为原料配制精盐水,以氨水、二氧化碳为原料制备碳铵溶液,二者通过阳离子交换树脂床进行交换,收集液经蒸发浓缩、碳化结晶、离心分离、煅烧热解、干燥即可制得符合标准的碳酸钾产品。反应（式中R为树脂分子骨架部分）如下
KR+NH4HCO3→NH4R+KHCO3 NH4R+KCl→KR+NH4Cl
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2KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O
这种方法的主要优点是工艺流程简单,投资少,产品质量好,技术成熟可靠,成本较低。缺点一是碳酸钾母液浓度低,蒸发浓缩能耗较高；二是生产过程中产生大量氯化铵废水,因浓度太低全部回收利用困难,不符合清洁生产要求。
2.2碳酸钾的生产工艺流程
用离子交换完成液预热后，在解吸塔中分解挥氨，然后进入三效蒸发单元，蒸发完成液进入二氧化碳吸收塔，碳酸钾全部被碳酸化为碳酸氢钾。碳酸化所用的二氧化碳气来自煅烧石灰石，解吸塔分解的氨气被氨吸收塔吸收为氨水做配液循环使用。再将生产出来的碳酸氢钾进行重结晶，经分离机离心分离，进入沸腾床干燥，最后经包装便可得到产品。
离子交换法流程简图
目前国内碳酸钾生产的主要方法是离子交换法。这种方法工艺流程简单,技术成熟可靠,投资少,产品质量好,成本较低.
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3、 蒸发工段物料衡算与热量衡算
3.1 物料衡算
已知条件：年产碳酸氢钾4万吨，除去大修、停车时间，假设设备的年工作
.56kg/h。 日为300天，即工作时间数为7200小时，则年产量M?5555经离子交换工段生成浓度约为10%的碳酸氢钾溶液，进入蒸发工段，则碳酸
F0?M5555.56??55555.6kg/hx00.1。
氢钾溶液的初始浓度x0=10%，故原料处理量
根据经验数据，经三效蒸发后碳酸氢钾浓度为x3=58%，故三效总蒸水量
?x0??0.1??W总?F0?1??55555.6?.05kg/h?1???45977?x??0.3?3??。
3.2 热量衡算
3.2.1 初算各效传热面积
(1) 总有效传热温差的计算
根据生产经验及指导老师建议，并考虑到锅炉压力、管道腐蚀等，确定Ⅰ效加热生蒸汽压强为P1=500kPa（绝压，以下同），温度为151.7℃，考虑到管道传热损失，确定Ⅰ效生蒸汽温度为T1=151℃。
根据生产经验，确定Ⅲ效二次蒸汽压强为P3=15 kPa，温度为T3=53.5℃；确定原料液经预热后预热到t0=90℃后，进入蒸发器。
∵蒸发器内溶液的沸点升高为
?????????????
式中 ??——由于不挥发溶质的存在引起的沸点升高，℃ ???——由于液柱静压力引起的沸点升高，℃
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????——由于管道流动阻力引起的沸点升高，℃
由于本设计选用降膜蒸发器，故?''可忽略不计；由于三效蒸发器间隔距离较近，管道流动阻力较小，?'''可忽略.
根据生产经验，初步估算各效因不挥发溶质存在造成的沸点升高为
?'1?2℃ ?'2?3℃ ?'3?15℃
∴?∴??'?2?3?15?20℃
????'???''???'''?20?0?0?20℃
?t有效?T0?T1????151?53.5?20?77.5℃
∴总有效传热温差为?(2) 总有效温差在各效的预分配 按等传热温差原则近似分配各效温差，取
5 ?t1?25.5℃ ?t2?25.5℃ ?t3?26.℃计算各效汽、液相温度公式如下：
?ti?Ti?ti
T'i?Ti?1?ti?T'i??'i?i?1,2,3?
∵T?151℃ t0?90℃
∴ t1?T1??t1?151?25.5?125.5℃ T1'?t1??1?T2?125.5?2?123.5℃
t2?T2??t2?123.5?25.5?98℃T2'?t2??2?T3?98?3?95℃t3?T3??t3?95?26.5?68.5℃T3'?t3??3?68.5?15?53.5℃通过查阅相关数据，汇总各效二次蒸汽相关物性数据如下表
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二次蒸汽 效数 0（生蒸汽） 绝对压力（kPa） 500.0 223.7 85.7 15.0 温度（℃） 151.0 123.5 95.0 53.5 汽化热r′(kJ/kg) 2113.2 2195.5 2273.9 2370.0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
⑶ 由热量衡算求各效水分蒸发量
因为蒸发器中碳酸钾分解热较小，故在热量衡算中忽略不计。 由方程组
?Q1?Dr0?W1r'1?Fcp0?t1?t0???Q2?W1r'1?W2r'2??Fcp0?W1cpw??t2?t1???Q3?W2r'2?W3r'3??Fcp0?W1cpw?W2cpw??t3?t2??W?W?W?W23?1
计算各效蒸水量W1、W2、W3及Ⅰ效加热蒸汽消耗量D。
由于没有查到有关不同碳酸氢钾溶液比热容确定的资料和公式，此处暂用水的比热容代替，即
?kg?℃?cpo?cpw?4.19kJ/
将表中物性数据代入上方程组得
?2113.2D?2195.5W1?27780?4.19??125.5?90???2195.5W1?2273.9W2?4.19??27780?W1??98?125.5???2273.9W2?2370.0W3?4.19??27780?W1?W2??68.5?98??W?W?W?45977.0523?1解此方程组得
?D?18460.16kgh?W?14004.28kgh?1??W2?15627.16kgh??W3?16345.61kgh
⑷ 计算各效蒸发器传热面积
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