多效真空降膜蒸發(fā)器的熱量衡算

1、多效逆流真空降膜蒸發(fā)器的計算1、蒸發(fā)水量計算W （kg/s）由于多效水分總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和，即:W =WiW2Wn(kg/h)對溶液中固體進行物料衡算：Fx° =(F -WJx, =(S -W, -W2)x2 = = (S -W)xn由此得總蒸發(fā)量：W =F（1-空）Xn(kg/h)任一效（第 1效）中溶液的濃度（即i效的出料濃度）：XiFxoF -W, -W2 " -Wn100%如已知各效水分蒸發(fā)量，則可按上式求出各效的濃度。但各效的水分蒸發(fā)量 必須通過后面的熱量衡算才能求得。2、加熱蒸汽消耗量D（ kg/h）：對多效濃縮罐操作，一般 已知量：1、第一效加熱室的加熱

2、蒸汽壓強2、末效蒸發(fā)室的真空度3、料液量4、物料進料濃度5、規(guī)定量：規(guī)定溶液的最終濃度未知量：1、各效蒸發(fā)水量。其中總蒸發(fā)水量 W可由物料衡算求得。2、各效的沸點3、各效的溶液濃度為了避免過于因此，在多次濃縮操作中，加熱蒸汽消耗量的計算是相當煩瑣的, 復(fù)雜，常常做一些合理的簡化。蒸汽消耗量計算的原理是熱量衡換，既能量守恒定律（ 進入蒸發(fā)器的熱=離 開蒸發(fā)器的熱）。進入蒸發(fā)器的熱量：1、加熱蒸氣帶入的熱量：D H2、物料（原料液）帶入的熱量 離開蒸發(fā)器的熱量：1、濃縮液離開蒸發(fā)器帶走的熱量2、二次蒸氣帶走的熱量3、加熱蒸氣冷凝液帶走的熱量以三效順流降膜真空蒸發(fā)器為例：多效蒸發(fā)常見符號意義：F：原

3、料液流量，kg/h ;W：總蒸發(fā)量，kg/hX0,X4，Xn :原料液及各效完成液 的濃度，質(zhì)量分率；t。：原料液的溫度，C ；tit, tn：各效溶液的沸點，C ；Dj :第一效加熱蒸汽（生 蒸汽）消耗量，kg/hPi：生蒸汽的壓強，Pa；：生蒸汽的溫度，C ；“2,嘰：各效二次蒸汽的溫度 ，9 ；pn:末效蒸發(fā)室的壓強，Pa；r1, r2/ ,rn:各效加熱蒸汽的汽化 潛熱，kJ / kgHi,Hi',H2-Hn：生蒸汽及各效二次蒸 汽的焓，kJ/kg；h0,h1, h2/ ,hn:原料液及各效完成液 的焓，kJ / kg；S1,S2/' ,Sn：各效蒸發(fā)器的面積，m2下標

4、1,2，n表示效數(shù)的序號一般工廠多采用沸點進料，則 D、W = 2二（ Lv為相應(yīng)溫度下的汽化潛 LvLv熱。）F-V1-12F-¥l-¥2對每一效列如下方程：DiHi +Fh° =(F W)hi 十。山叫 +WH；(1)D2H2 +(F W)g =(F-W2)hD2hw +W2H2(DWi)(2)D3H3(F-W1-Wzh 二(F-W2-W3)h3D3hw3W3H3(DW2)(3)如對方程(1)變換Fho Di(Hi -hw) =(F -WJhi W1H1'(4)若溶液的稀釋熱可以忽略，此時溶液的焓可以用比熱容來計算。ho - Cpoto 及 hi -

5、CpitiCpi，Cpo-分別為原料液和第一效中溶液的比熱容。若加熱蒸氣冷凝液在飽和溫度下排出，則比- hw =幾ri 生蒸汽的汽化熱，kJ/kg代入(4)得到：FCp°t° Dii =(F -W)Cpiti WHi有單效蒸發(fā)的熱量恒算得到：(F -W)Cpi 二 FCpo -WH；H 1 - Cpwt1' riri -第一效中二次蒸汽的汽化熱則：Qi 二 Dii 二 FCpo(ti-to) WfQ2二D2r2- (FCp0- W!Cpw)(t_t1)W? r2 Q2二D2r2=(FCpo - WCpw)(t2 - tj* W2r2Qi 二 Di a =(FCpo

6、-WCpw 一W?Cpw uW=Cpw)(ti -tz) WA同理：逆流流程熱量衡算如下:鞏對每一效列如下方程：D1H1 (F -W2 -W3)h1(F -W1 -WW3)h1 D1hwD2H2 (F -W3)h2 -W2H2 (F -W2-W3)h2 D2hwD3H3 Fh3 二叫工 (F -W3)h3 D3hw3其中 D2 MD3 =W2經(jīng)變換得到：Ua =(F -W, -W3)Cp2(t| -t2)D2D = (F -W3)Cp3(t2 -t3)W2D。33 = FC p0 (t3 -t°) 跟3經(jīng)變換求得加熱蒸汽消耗量D和各效蒸發(fā)量Wl、W2、Wn 計算步驟如下：本設(shè)計米五效

7、逆流降膜蒸發(fā)取第一效加熱蒸汽的溫度：Ti=120.2 C,查得絕對壓強為200kPa(Pi)末效冷凝器的溫度Tk=60.C絕對壓強為20kPa(Pk),進料量 F=4603302.16/24=25137.59kg/h(100) 總蒸發(fā)量及各效蒸發(fā)量計算：(下標為效數(shù))W=氐(1-Xo/X1)=25137.59 X (1-29.15%/70%)=14669.58kg/h假設(shè)各效蒸發(fā)水量相等故 w=V2=V3=V4= = W/5= 2933.16kg/h(101) 計算各效排出液濃度：Xi=0.7X2=0.55FX。F - W5 - W4 - W3 - W2Xa=FX=0.45F-W5 -W4 -

8、 W3X=FX。F - W5 - W4=0.38FX 0X5=0 =0.33F-W5(102) 估算各效二次蒸汽壓強 假設(shè)各效的壓強降相等：貝q: .; Pi = Pl - Pk = 200-20 =36KPa n5所以:P ；=200-36=164KPaP 2 =164-36=128KPaP 3=128-36=92KPaP 4 =92-36=56KPa由Tk=60.C得最后一效的二次蒸汽溫度T5=61.C (因流動阻力而損失 C),查 表得：=21.04KPa查表十有：=113.72 CT2 =106.38 CT3 =97.04 CT4 = 83.84 CT5 =61.1 C二次蒸汽焓:沿：

9、2699.22 kJ / kgH 2 : 2687.42 kJ / kgH 32671 .9kJ / kgH 42648.98kJ / kgH 5 : 2606 .4kJ / kg(103) 估算各效沸點升高：由經(jīng)驗公式：i =1.78Xi 6.22X'得各效升高的沸點：.：；=4.29 °C,：2=2.86 °C,.X =2.06 °C ,爲=1.57 °C, .：5 =1.26 °C(104) 估算各效管路損失： U =心；=； 5 =1 CTi =120.2 C ,T2 二-1=112.72 CT3 =T；-1=105.38 CT

10、T；-1=96.04 CT5 =T；-1=82.84 C查化工原理附表十得：山：2204.6kJ/kgr4 ： 2265.82kJ/kgr2 : 2222.22kJ / kgr5 ： 2297.45kJ / kgr3 : 2241.84kJ / kg(105) 2各效沸點及有效溫差計算：各效沸點：=113.72+4.29=118.01 Ct2 二T2：2 =106.38 2.86=109.24 Ct3 *：3 =97.04 2.06=99.1 C 1t4 十 =83.84 1.57 =85.41 Ct5 =T5：5 =61.1 1.26=62.36 C各有效溫差：選二T1 7 =120.2-1

11、18.01=2.19 C：t2 二 T2-t2 =112.72 109.24 =3.48 C:t3 二T3 -t3 =105.38 -99.1 =6.28 C£ 二 T4 t4 =96.04 85.41 =10.63 C址5 二T5 t5 =82.84 62.36 =20.48 Cx t =43.06 C(106) 加熱蒸汽消耗量及各效蒸發(fā)量對各效焓平衡得：Dr. FCp。W5 W4 W W2 Cpwt2 =WiHiFCp。WCpwtiWi2FCpo _W5W4W3Cpwts=W2H2FCpo _W5W4WW2Cpw*2WJ3 FCp。-他 W4)Cpwt4 二W3H3 FCp。-

12、W5 W4 W3 Cpw3W34 ( FC po -W5CPW )t5 = W4 H 4 ' FC po -'(W5 W4 )C pw 4W4 FC poto =W5H 5FC po -W5Cpw t5又 W =Wj W2 W3 W4式中：F原料液流量，kg/hW,WW5 總蒸發(fā)量及各效蒸發(fā)量，kg/hto花t5 原料溫度及各效沸點,°CC po,Cpw 分別為原料比熱容和冷凝水比熱容，kJ/(kg. C)At心屮；屮2H 5各效加熱蒸汽潛熱及各二次蒸汽焓值，kJ/kg代入各數(shù)解得：W 4091.65kg/hW2 =3815.46kg/hW3 = 2826.58kg/

13、hW 2008.8kg/hW5 =1968.49kg/hD =4211.86kg/h(107) 各傳熱面積:(取 K=2000W/(itf. C)SiDr1Kt,4211-86 2204-6 100588.88m22000 3600 2.19S2Wr2K t24°91.65 2222.Z.-：t=蟲.£ = 588 .882.19 =10.54 °CS122 .41宜空啓 3.48 =10.32 CS122.41 S3 -189.17 廠 cc c 7 - 二t3 - t36.28 =9.7 CS122.41 % 二包836810.63=7.27 C 122.41

14、1='屯20.48=5.24 CS122.41(109) 重新核算各效濃度及各沸點升高X1=0.7 10°°= 362m2 2000 3600 3.48S3沁 紉.84 叫89.17rm2000 3600 6.28S十如二 2826-58 226582 1000 =83.68m2K £2000 3600 10.63W. 2008-8 2297.45 10031.3m2K t52000 3600 20.48相對偏差；s“如胡一仝竺.3%Smax588.88大于規(guī)定值，故進行重復(fù)計算.(108) 重新分配有效溫度差：2-122.41mS.-：t1 - S =t

15、2S：t3S/t4S5:t5X2=FX0F-W5 -W4 -W3 -W2=0.5Xa=FX。F-W5 -W4 -W3=0.4X4=FX0F-W5 -W4=0.35X= FX0 =0.32F-W5根據(jù)=1.78Xi 6.22X：得訂=4.29 C,.：2=2.48 C,.：3=1.71C ,：1.36 C ,：1.19 C(110) 重新核算各效加熱蒸汽溫度、二次蒸汽溫度及各效沸點：=120.2 Ct1=109.66 CT| =1 -宀=105.37CT2 =-1 =104.37 Ct2 =T2 - ：t2 = 94.05 CT2 二t2 - 2 =91.57CT3 =T2 1 =90.57 C

16、t3 =T3 - t3 = 80.87 CT3 =t3 - 3 = 79.16 CT4 二T3 -1 =78.16 Ct4 =T4 - ：t4 = 70.89 CT4 = t4 - ： 4 = 69.53 CT5 二T4 -1 =68.53 Ct5 =T5 - t5 =63.29 CT5 二 t5 _ ：5 =62.1C查表得：A ： 2204.6kJ / kgH；2685.74kJ / kgr22247.14kJ / kgH 22662.58kJ / kgr32281.59kJ/kgH 32640.94kJ / kgr42308.28kJ/kgH 42626.57kJ / kgr52328.

17、57kJ /kgH 52612.22kJ / kg(111) 重算加熱蒸汽量及各效蒸發(fā)量將以上核算后的各數(shù)重新代入焓平衡方程組 求得：w =3624.23kg/hW2 = 3278.26kg/hW3 = 2972.69kg/hW4 = 2693.06 kg/hW5 = 2672.59kg/hD =3942.23kg/h(112) 重算各效傳熱面積Dr$ * £Wr2S2S3K t22r3S4K t3WUS5=114.52m2=109.61m2= 107.1m22=129.1m K t4W45'-166.22m2 K t5相對偏差；s=1弘=1109型3%Smax166.22(

18、113) 故再次核算各參數(shù) 重新分配有效溫度差= 120.42m2S2 = t2 S3=t3 S4 = t4 S5=t5t；=寶心 1 =114 .52 X10.54 =10.02 CS120 .42t；二蛍：t2 = 10961 10.32 =9.39 CS 120.42，t；=色 1071 9.7=8.63 CS 120.42進；=蛍 空丄 7.27= 7.79 CS 120.42£ 二魚，t5 二空絲 5.24= 7.23 CS 120.42(114) 重新核算各效濃度及各沸點升高X=0.7,X 2=0.54,X 3=0.44,X 4=0.37,X 5=0.33 1.26 C ,=4.29 C , A2 =2.77 C,也 3 =99 C , d4=1.51C ,(115) 重新核算各效加熱蒸汽溫度、二次蒸汽溫度及各效沸點:=120.2 CT2 =104.89 CT3 =91.73 CT4 =80.11 CT5 =69.81 Ct| = 11