13383313329
您所在的位置:首页 > 技术交流 >
多效蒸发器设计计算

作者: 发布日期:2015-12-29 11:27:45

(一) 蒸发器的设计步骤
多效蒸发的计算一般采用迭代计算法
(1) 根据工艺要求及溶液的性质  ,确定蒸发的操作条件  (如加热蒸汽压强
及冷凝器压强   )、蒸发器   的形式  (升膜蒸发器    、降膜蒸发器    、强制循环
蒸发器 、刮膜蒸发器    )、流程和效数  。
(2) 根据生产经验数据    ,初步估计各效蒸发量和各效完成液的组成 。
(3) 根据经验      ,假设蒸汽通过各效的压强降相等   ,估算各效溶液沸点和有
效总温差    。
(4) 根据蒸发器的焓衡算       ,求各效的蒸发量和传热量 。
(5) 根据传热速率方程计算各效的传热面积   。若求得的各效传热面积不相
等,则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差      ,重复步骤 (3)至(5),
直到所求得的各效传热面积相等      (或满足预先给出的精度要求    )为止  。
(二) 蒸发器的计算方法
下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法   。
1.估值各效蒸发量和完成液组成
总蒸发量    W    =     (   x           0
F    1     -     x           1      )      (1-1)  
在蒸发过程中   ,总蒸发量为各效蒸发量之和
W = W  1 + W         2     + … + W        n                                       (1-2)   
任何一效中料液的组成为
x         i      =     F     -          1      -     Fx      0            2      -           i      (1-3)   
一般情况下       ,各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算    ,即
W      i      =     W    (1-4)
对于并流操作的多效蒸发    ,因有自蒸发现象   ,可按如下比例进行估计     。例如  ,
三效     W1     W2     W3=      11.11.2                              (1-5)
以上各式中       W           总蒸发量     ,kg/h   ;
W    1   W     2        …      W     n —  各效的蒸发量    ,kg/h   ;
F     原料液流量 ,kg/h   ;
x      0,     x       1,…  ,      x    n       原料液及各效完成液的组成 ,质量分数 。
2.估值各效溶液沸点及有效总温度差
欲求各效沸点温度  ,需假定压强    ,一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强  (或
末效压强    )是给定的 ,其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定     。

p    =D  p          1      p          k      (1-6)    
式中     D     p     p          1        各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差  ,Pa;
      第一效加热蒸汽的压强,Pa;
     k        末效冷凝器中的二次蒸汽的压强       ,Pa。
多效蒸发中的有效传热 总温度差可用下式计算  :
      =D( Tt        1      -     T          k      )      -¢    D     (1-7)
式中     T   å      1      D     t             有效总温度差     ,为各效有效温度差之和     ,℃;
      第一效加热蒸汽的温度,℃;
T        k              冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度  ,℃;
      D—     总的温度差损失 ,为各效温度差损失之和     ,℃。
      =Då     +D¢ +D¢¢       D     ¢¢¢    (1-8)
式中     D     —   由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失      ,℃;
      ¢—        由于蒸发器中溶液的静压强而引起的温度差损失       ,℃;
D¢   —         由于管路流体阻力产生压强降而引起的温度差损失   ,℃。
      D¢    D     ¢
  、  和       的求法  ,分别介绍如下       :
(1)由于溶液蒸汽压下降多引起的温度差损失 可用校正系数法和杜林
规则求得    。
校正系数法       :                      =D  f      D         0      (1-9)
式中     D         0             常压下由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失     ,℃;
某些溶液在常压下的沸点        A
   值可从手册差得       ;
f             校正系数     ,量纲为一 。
 
 
 
一般取 f      =     0162.0   (      T     ¢            1      +     ¢      )273              2      (1-10)   
式中     T          1             操作压强下水的沸点       ,亦即二次蒸汽的饱和温度 ,℃;
         操作压强下二次蒸汽的汽化热  ,kJ/kg.
杜林规则    :某种溶液的沸点和相同压强下标准液体     (一般为水 )的沸点呈线
性关系 。在以水的沸点为横坐标     ,该溶液的沸点为纵坐标并以溶液的组成为参数
的直角坐标图上      ,可得一组直线       ,称为杜林直线       。利用杜林线图       ,可根据溶液的
组成及世纪压强下水的沸点查出相同压强下溶液的沸点 ¢      ,从而得出    值。
根据杜林规则也可计算液体在各种压强下沸点的近似值 。此法的依据是       :某
t          A      -
液体在两种不同压强下两沸点之差    1            A           2      与水同样压强下两沸点之
B -
     1B         2      ,其比值为一常数   ,即
t          A           1      -     t            A           2      =     k
B  1      -          B           2
      k值,其他任一压强下的沸点   就可由下式求得      t            A      ,即
t          A      =     t            A           1      -     (      tk         1      ¢
B t            B      )      (1-11)   
所以不用杜林线图也可计算出溶液的       值。
(2)由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失    D     ¢      某些蒸汽器在操作
室,器内溶液需维持一定的液位      ,因而蒸发器中溶液内部的压强大于液面的压强       ,
致使溶液内部的沸点较液面处高      ,二者之差即为因溶液静压强引起的温度差损
   。为简便     起见,溶液内部的沸点可按液面和底层的平均压强来查取     。平均

压强近似按静力学方程估算       :
p        m     =     p     +¢    r     2gL
  (1-12)
式中      p          m            蒸发器中液面和底部间的平均压强    ,Pa;
p             二次蒸汽的压强       ,即液面处的压强   ,Pa;
       —   溶液的平均密度      ,kg/     m     3        ;
gL          液层高度      ,m;
        重力加速度,m/    s2  。
    t            pm    t            p      (1-13)
式中            pm            根据平局压强    p          m
   求得水的沸点     ,℃;
p              根据二次蒸汽压强      求得水的沸点     p     ,℃。
由于管道流动阻力产生的压强降所引起的温度差损失      D     ¢
   在多效蒸发中     ,末
效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加热室的过程中      ,由于管道阻力使其压强降
低,蒸汽的饱和温度也相应降低       ,由此而引起的温度插损失即为       ¢¢     。根据  经验      ,
取各效间因管道阻力引起的温度差损失为     1℃.
根据已估算的各效二次蒸汽压强          及温度差损失     p     D       ,即可由下式估算各效
溶液的沸点 t。
Tt    D¢+ ¢+    (1-14)
3.加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算
第一效的焓衡算式为
Q        i      =     D        ii      (      Fcr   PO        1      cW    PW    -          2      cW    PW       W        i             -            1      c           PW    )(         i      -     tt          i              -            1      )      rW     ii      (1-15)
由式      (1-15)可求得第    I     效的蒸发量    。若在焓衡算式中计入溶液的浓缩    W        i      h
热及蒸发器的热损失      ,尚需考虑热利用系数  h
   。一般溶液的蒸发    ,可取    为
0.98       -0.7  (式中        为溶液的组成变化      ,以质量分数表示   )。
x
 
 
W        i      =     h         i             éêêë    D        i      r      r      ¢            i             i      +     (      F         c            PO     -     W        1            c            PW     -     W        2            c              PW        --   W        -            1            ci           PW     )      t            i             -      r           1      ¢      -     t            i             ùúúû    (1-16) 
 
 
 
式中      rD     i             i         第 i     效的加热蒸汽量       ,kg/h,  当无额  外蒸汽抽出时    ,             t      T       ¢      ¢+    ¢+;  
         第i   效加热蒸汽的汽化热      ,kJ/kg  ;
cr        PO        i               第   i     效二次蒸汽的汽化热      ,kJ/kg  ;
c           PW          原料液的比热容   ,kJ/(kg?℃      );
       水的比热容,kJ/(kg?℃       );
i      t            i             -            1
       —      i     效及第  (   i      -1)效溶液的沸点    ,℃;
i               第   i     效的热利用系数       ,量纲为一 。
对于加热蒸汽    (生蒸汽     )的消耗量 ,可列出各效焓衡算式并与式    (1-2)联
解而求得     。
4.蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分配
任一效的传热速率方程为
Q        i      =     K         i      D     tS        ii      (1-17)   
式中      Q        i               第   i     效的传热速率    ,W;
K         i               第   i     效的传热系数    ,W;
S          i               第   i     效的传热面积    ,m2      ;
       ti              第   i     效的传热温度差       ,℃。
有效温度分配的目的是为了求取蒸发的传热面积       S       ,现以三效为例      i      ,即
S          i      =     K    Q        1      D         1            1
S          i      =     K    Q        2      D         2      t            2      (1-18)   
 
 
S          i      =     K    Q        3      D         3            3
Q    =
式中            1      rD     11     (1-19)
Q    =
       rW11
Q        1      =     rW  ¢            21
       Tt1   t            1
       =Tt   2      -          2      Tt        1      -     t            2      (1-20)
       =Tt   3      -          3      Tt        2      -     t            3
在多效蒸发中    ,为了便于制造和安装  ,通常采用各效传热面积相等的蒸发器  ,

S          =
       S2    S          3      S
若由式  (1-18)求得的传热面积不相等 ,应依据各效面积的原则重新分配各
效的有效温度差       。方法如下 :
设以      表示各效面相等时的有效温度差     t      ,则 
       t¢          1      =     Q        1            1      SK  ,            ,                                  D     t      ¢            2      =     Q              2            2      SK  D     t      ¢            3      =     K    Q        3            3      (1-21)
与(1-18)式相比可得
       t¢          1      =     S          1      D     t            1      ,             D     t      ¢            2      =     S          2      D     t            2      ,                                     D     t      ¢            3      =     S          3      D     t            3      (1-22) 
将式      (1-22)中三式相加       ,得
       Dt   D=  t            1      D+¢ t            2      D+¢ t            3      =¢    S     S          1      t            1      +D  S     S          2      t            2      +D  S     S          3       D     t            3
       S=      1      tS        1      +   å      2      D     tS    t2          3      D     tS        3      (1-23)
式中    å   D     t               各效的有效温度差之和  ,称为有效总温度差      ,℃。
由式      (1-23)求得传热面积   S后,即可由式 (1-22)重新分配各       效的有效温
度差     。重复上述步骤       ,直至求得的各效传热面积相等       ,该面积即为所求   。

地址:石家庄桥西区时光街69号尚品佳苑(南区)3号楼

冀ICP备:0500000            版权所有:河北宇翼            技术支持:领行网络