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
(注:
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)