多效蒸發(fā)器設計計算[精制甲類]

1、多效蒸發(fā)器設計計算（一） 蒸發(fā)器的設計步驟多效蒸發(fā)的計算一般采用迭代計算法（1） 根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸汽壓強及冷凝器壓強）、蒸發(fā)器的形式（升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器、刮膜蒸發(fā)器）、流程和效數(shù)。（2） 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步估計各效蒸發(fā)量和各效完成液的組成。（3） 根據(jù)經(jīng)驗，假設蒸汽通過各效的壓強降相等，估算各效溶液沸點和有效總溫差。（4） 根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。（5） 根據(jù)傳熱速率方程計算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復步驟（3）至（5），直到所求得的各效傳熱面積相等（或

2、滿足預先給出的精度要求）為止。（二） 蒸發(fā)器的計算方法 下面以三效并流加料的蒸發(fā)裝置為例介紹多效蒸發(fā)的計算方法。1.估值各效蒸發(fā)量和完成液組成 總蒸發(fā)量 （1-1） 在蒸發(fā)過程中，總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和 W = W1 + W2 + + Wn （1-2） 任何一效中料液的組成為 （1-3） 一般情況下，各效蒸發(fā)量可按總政發(fā)來那個的平均值估算，即 （1-4）對于并流操作的多效蒸發(fā)，因有自蒸發(fā)現(xiàn)象，課按如下比例進行估計。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5）以上各式中 W 總蒸發(fā)量，kg/h； W1，W2 ， ，Wn 各效的蒸發(fā)量，kg/h； F 原料液流量，kg/h； x0,

3、 x1, xn 原料液及各效完成液的組成，質(zhì)量分數(shù)。 2.估值各效溶液沸點及有效總溫度差欲求各效沸點溫度，需假定壓強，一般加熱蒸汽壓強和冷凝器中的壓強（或末效壓強）是給定的，其他各效壓強可按各效間蒸汽壓強降相等的假設來確定。即 （1-6） 式中 各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽壓強之差，Pa； 第一效加熱蒸汽的壓強，Pa； 末效冷凝器中的二次蒸汽的壓強，Pa。多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計算： （1-7）式中 有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，； 第一效加熱蒸汽的溫度，； 冷凝器操作壓強下二次蒸汽的飽和溫度，； 總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，。 （1-8）式中 由于溶液的蒸汽壓下降

4、而引起的溫度差損失，； 由于蒸發(fā)器中溶液的靜壓強而引起的溫度差損失，； 由于管路流體阻力產(chǎn)生壓強降而引起的溫度差損失，。關于 、 和 的求法，分別介紹如下：（1）由于溶液蒸汽壓下降多引起的溫度差損失 可用校正系數(shù)法和杜林規(guī)則求得。校正系數(shù)法： （1-9）式中 常壓下由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失，； 某些溶液在常壓下的沸點 值可從手冊差得； 校正系數(shù)，量綱為一。一般取 （1-10） 式中 操作壓強下水的沸點，亦即二次蒸汽的飽和溫度，； 操作壓強下二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg.杜林規(guī)則：某種溶液的沸點和相同壓強下標準液體（一般為水）的沸點呈線性關系。在以水的沸點為橫坐標，該溶液的沸點為縱坐標

5、并以溶液的組成為參數(shù)的直角坐標圖上，可得一組直線，稱為杜林直線。利用杜林線圖，可根據(jù)溶液的組成及世紀壓強下水的沸點查出相同壓強下溶液的沸點，從而得出 值。根據(jù)杜林規(guī)則也可計算液體在各種壓強下沸點的近似值。此法的依據(jù)是：某液體在兩種不同壓強下兩沸點之差 與水同樣壓強下兩沸點之差 ，其比值為一常數(shù)，即 求得k值，其他任一壓強下的沸點 就可由下式求得，即 （1-11） 所以不用杜林線圖也可計算出溶液的 值。（2）由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強引起的溫度差損失 某些蒸汽器在操作室，器內(nèi)溶液需維持一定的液位，因而蒸發(fā)器中溶液內(nèi)部的壓強大于液面的壓強，致使溶液內(nèi)部的沸點較液面處高，二者之差即為因溶液靜壓強引起的溫

6、度差損失 。為簡便起見，溶液內(nèi)部的沸點可按液面和底層的平均壓強來查取。平均壓強近似按靜力學方程估算： （1-12）式中 蒸發(fā)器中液面和底部間的平均壓強，Pa； 二次蒸汽的壓強，即液面處的壓強，Pa； 溶液的平均密度，kg/ m3； 液層高度，m； 重力加速度，m/ s2。 （1-13）式中 根據(jù)平局壓強 求得水的沸點，； 根據(jù)二次蒸汽壓強 求得水的沸點，。由于管道流動阻力產(chǎn)生的壓強降所引起的溫度差損失 在多效蒸發(fā)中，末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過程中，由于管道阻力使其壓強降低，蒸汽的飽和溫度也相應降低，由此而引起的溫度插損失即為 。根據(jù)經(jīng)驗，取各效間因管道阻力引起的溫度差損失為1

7、.根據(jù)已估算的各效二次蒸汽壓強 及溫度差損失 ，即可由下式估算各效溶液的沸點t。 （1-14）3.加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算第一效的焓衡算式為 （1-15） 由式（1-15）可求得第I 效的蒸發(fā)量 。若在焓衡算式中計入溶液的濃縮熱及蒸發(fā)器的熱損失，尚需考慮熱利用系數(shù) 。一般溶液的蒸發(fā)，可取 為0.98-0.7 （式中 為溶液的組成變化，以質(zhì)量分數(shù)表示）。 （1-16） 式中 第i 效的加熱蒸汽量，kg/h,當無額外蒸汽抽出時， ； 第i 效加熱蒸汽的汽化熱，kJ/kg； 第i 效二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg； 原料液的比熱容，kJ/（kg）； 水的比熱容，kJ/（kg）； 、 第i

8、 效及第（i-1）效溶液的沸點，； 第i 效的熱利用系數(shù)，量綱為一。對于加熱蒸汽（生蒸汽）的消耗量，可列出各效焓衡算式并與式（1-2）聯(lián)解而求得。4.蒸發(fā)器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分配任一效的傳熱速率方程為 （1-17） 式中 第i 效的傳熱速率，W； 第i 效的傳熱系數(shù)，W； 第i 效的傳熱面積，m2； 第i 效的傳熱溫度差，。有效溫度分配的目的是為了求取蒸發(fā)的傳熱面積 ，現(xiàn)以三效為例，即 （1-18） 式中 （1-19） （1-20） 在多效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即 若由式（1-18）求得的傳熱面積不相等，應依據(jù)各效面積的原則重新分配各效的有效溫度差。方法如下：設以表示各效面相等時的有效溫度差，則 , , （1-21）與（1-18）式相比可得 ， ， （