多效真空降膜蒸发器的热量衡算.docx

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多效真空降膜蒸发器的热量衡算

多效逆流真空降膜蒸发器的计算

1、蒸发水量计算W（kg/s）

由于多效水分总蒸发量为各效蒸发量之和，即：

（）

对溶液中固体进行物料衡算：

由此得总蒸发量：

（）

任一效（第1效）中溶液的浓度（即i效的出料浓度）：

如已知各效水分蒸发量，则可按上式求出各效的浓度。

但各效的水分蒸发量必须通过后面的热量衡算才能求得。

2、加热蒸汽消耗量D（）：

对多效浓缩罐操作，一般已知量：

1、第一效加热室的加热蒸汽压强

2、末效蒸发室的真空度

3、料液量

4、物料进料浓度

5、规定量：

规定溶液的最终浓度

未知量：

1、各效蒸发水量。

其中总蒸发水量W可由物料衡算求得。

2、各效的沸点

3、各效的溶液浓度

因此，在多次浓缩操作中，加热蒸汽消耗量的计算是相当烦琐的，为了避免过于复杂，常常做一些合理的简化。

蒸汽消耗量计算的原理是热量衡换，既能量守恒定律（进入蒸发器的热=离开蒸发器的热）。

进入蒸发器的热量：

1、加热蒸气带入的热量：

DH

2、物料（原料液）带入的热量

离开蒸发器的热量：

1、浓缩液离开蒸发器带走的热量

2、二次蒸气带走的热量

3、加热蒸气冷凝液带走的热量

以三效顺流降膜真空蒸发器为例：

多效蒸发常见符号意义：

；

；

；

；

；

；

一般工厂多采用沸点进料，则（Lv为相应温度下的汽化潜热。

）

对每一效列如下方程：

（1）

（）

（2）

（）（3）

如对方程

（1）变换

（4）

若溶液的稀释热可以忽略，此时溶液的焓可以用比热容来计算。

及

Cp1，Cp0---分别为原料液和第一效中溶液的比热容。

若加热蒸气冷凝液在饱和温度下排出，则

r1—生蒸汽的汽化热，kJ/kg

代入（4）得到：

有单效蒸发的热量恒算得到：

--第一效中二次蒸汽的汽化热

则：

同理：

逆流流程热量衡算如下：

对每一效列如下方程：

其中

经变换得到：

经变换求得加热蒸汽消耗量D和各效蒸发量W1、W2、…、Wn

计算步骤如下：

本设计采五效逆流降膜蒸发

取第一效加热蒸汽的温度:

T1=120.2℃,查得绝对压强为200kPa（P1）

末效冷凝器的温度Tk=60.1℃绝对压强为20kPa（Pk）,

进料量F=4603302.16/24=25137.59kg/h

（100）总蒸发量及各效蒸发量计算：

（下标为效数）

W=F×（1-Xo/X1）=25137.59×（1-29.15%/70%）=14669.58kg/h

假设各效蒸发水量相等

故W1=W2=W3=W4=W5＝W/5=2933.16kg/h

（101）计算各效排出液浓度:

X1=0.7

X2==0.55

X3==0.45

X4==0.38

X5==0.33

（102）估算各效二次蒸汽压强

假设各效的压强降相等:

则:

Pi==

所以:

P=200-36=164KPa

P=164-36=128KPa

P=128-36=92KPa

P=92-36=56KPa

由=60.1℃得最后一效的二次蒸汽温度=61.1℃（因流动阻力而损失1℃）,查表得:

=21.04KPa

查表十有:

℃℃

℃℃

℃

二次蒸汽焓:

（103）估算各效沸点升高:

由经验公式得各效升高的沸点:

℃,℃,℃,℃,℃

（104）估算各效管路损失:

℃

℃,=112.72℃

=105.38℃=96.04℃

=82.84℃

查《化工原理》附表十得:

（105）各效沸点及有效温差计算:

各效沸点:

113.72+4.29=118.01℃

=109.24℃

=99.1℃

=85.41℃

=62.36℃

各有效温差:

=2.19℃

℃

℃

℃

℃

=43.06℃

（106）加热蒸汽消耗量及各效蒸发量:

对各效焓平衡得:

又

式中:

F—原料液流量,kg/h

—总蒸发量及各效蒸发量,kg/h

—原料温度及各效沸点,℃

—分别为原料比热容和冷凝水比热容,kJ/（kg.℃）

—各效加热蒸汽潜热及各二次蒸汽焓值,kJ/kg

代入各数解得:

（107）各传热面积:

（取K=2000W/（㎡.℃））

相对偏差

大于规定值,故进行重复计算.

（108）重新分配有效温度差：

℃

℃

℃

℃

℃

（109）重新核算各效浓度及各沸点升高

X1=0.7

X2==0.5

X3==0.4

X4==0.35

X5==0.32

根据得

℃,℃,℃,℃,℃

（110）重新核算各效加热蒸汽温度、二次蒸汽温度及各效沸点：

℃

109.66℃105.37℃

104.37℃

94.05℃℃

90.57℃

80.87℃℃

℃

70.89℃℃

℃

63.29℃℃

查表得：

（111）重算加热蒸汽量及各效蒸发量

将以上核算后的各数重新代入焓平衡方程组

求得：

（112）重算各效传热面积

相对偏差

（113）故再次核算各参数:

重新分配有效温度差

℃

℃

℃

℃

℃

（114）重新核算各效浓度及各沸点升高

X1=0.7,X2=0.54,X3=0.44,X4=0.37,X5=0.33

℃,℃,℃,℃,℃,

（115）重新核算各效加热蒸汽温度、二次蒸汽温度及各效沸点：

℃1110.18℃105.89℃

104.89℃95.5℃℃

91.73℃83.1℃℃

℃72.32℃℃

℃62.58℃℃

查表得：

（116）重算加热蒸汽量及各效蒸发量

将以上核算后的各数重新代入焓平衡方程组

求得：

（117）重算各效传热面积

相对偏差：

符合工程计算要求；取传热面积

蒸汽的经济程度：

即1kg蒸汽可蒸发3.84kg水