多效真空降膜蒸发器的热量衡算Word文件下载.docx
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W：
总蒸发量，kg/h
Xo,%，…,xn:
原料液及各效完成液的浓度，质量分率；
to：
原料液的温度，C；
ti,t2,tn：
各效溶液的沸点，C；
Di：
第一效加热蒸汽（生蒸汽）消耗量，kg/h
Pi：
生蒸汽的压强，Pa;
Ti：
生蒸汽的温度，C；
Ti'
T2,…各效二次蒸汽的温度，£
；
Pn:
末效蒸发室的压强，Pa；
r1,r2/,rn:
各效加热蒸汽的汽化潜热，kJ/kg
Hi,H；
H2H:
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；
S,S2,,Sn：
各效蒸发器的面积，m2
下标1,2,…，n表示效数的序号
一般工厂多采用沸点进料，则D（Lv为相应温度下的汽化潜
LvLv
热。
）
F-Vl-12
F-TI-T2
对每一效列如下方程：
DiHi+Fh°
=（F—W）hi十。
山叫+WH；
（1）
D2H2+（F_W）h,=（F-W-W2）h2+D2hW2+W,H2（D2=W）
（2）
D3H3（F-⑷:
為=（F—W2-W3）h3D3hw3W3H3（D^W2）（3）
如对方程
（1）变换
FhoDi（Hi-hw）=（FWH；
（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
Cpi，Cpo---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H^h^ri
ri—生蒸汽的汽化热，kJ/kg
代入（4）得到：
FCp°
t°
Dm=（F-W）CpitiWHi有单效蒸发的热量恒算得到：
（F-W）Cpi二FCpo-WH；
Hi-Cpwti'
riri'
--第一效中二次蒸汽的汽化热
则：
Qi二Dji二FCpo（ti-to）W「i
Q2二D2r2-（FCp0-W!
Cpw）（t^_ti）W?
r2Q2二D2r2=（FCpo-WCpw）（t2-tj*W2r2
Qi二Dia=（FCpo一WCpw一w?
Cpwuw_Cpw）（ti-ty）Wr
同理：
逆流流程热量衡算如下:
巩
D1H1（F-W2-W3）h1（F-W1-W^W3）h1D1hw
D2H2（F-W3）h2-W,H2（F-W2-W3）h2D2hw
D3H3+Fh3=叫工+（F-W3）h3+Dshw3
其中D2二WD3=她
经变换得到：
Ua=（F-W,-W3）Cp2（t|-t2）WA
D2D=（F-W3）Cp3（t2-t3）W2D
。
3「3=FCp0（t3-t°
）■跟「3
经变换求得加热蒸汽消耗量D和各效蒸发量Wl、W2、…、Wn计算步骤如下：
本设计米五效逆流降膜蒸发
取第一效加热蒸汽的温度：
Ti=120.2C,查得绝对压强为200kPa（Pi）
末效冷凝器的温度Tk=60.「C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=氐（1-Xo/X1）=25137.59X（1-29.15%/70%）=14669.58kg/h
假设各效蒸发水量相等
故w=V2=V3=V4==W/5=2933.16kg/h
（101）计算各效排出液浓度：
（102）
Xi=0.7
FX0
X5=—=0.33
F-W5
（103）估算各效二次蒸汽压强假设各效的压强降相等：
.：
R=P1-Pk=200-20=36KPan5
所以:
P1=200-36=164KPa
P2=164-36=128KPa
P3=128-36=92KPa
P4=92-36=56KPa
由Tk=60.「C得最后一效的二次蒸汽温度T5=61.「C（因流动阻力而损失1C）,查
表得：
=21.04KPa
查表十有：
「=113.72CT2=106.38C
T3=97.04CT4=83.84C
T5=61.1C
二次蒸汽焓:
H1：
2699.22kJ/kg
H2：
2687.42kJ/kg
H3：
2671.9kJ/kg
H4:
2648.98kJ/kg
H5:
2606.4kJ/kg
（104）估算各效沸点升高：
由经验公式:
i=1.78Xi6.22X2得各效升高的沸点
：
i=4.29C,=2.86C,.：
3=2.06C,：
4=1.57°
C,：
5=1.26C
（105）估算各效管路损失：
丄1=-2--3=-'
'
'
■4--5-1C
「=120.2C,T2-T；
-仁112.72C
T3=T2-1=105.38CT4=T3-仁96.04C
T5二T4-1=82.84C
查《化工原理》附表十得：
r1：
-2204.6kJ/kgr42265.82kJ/kg
r22222.22kJ/kgr52297.45kJ/kg
r3：
2241.84kJ/kg
（106）226效沸点及有效温差计算：
各效沸点：
鮎=匸爲=113.72+4.29=118.01C
t2二T2：
2=106.382.86=109.24C
t3二T3乜=97.042.06=99.1C1
t45=83.841.57=85.41C
t5=T5：
5=61.11.26=62.36C
各有效温差：
£
7=120.2-118.01=2.19C
辻2二T2—t2=112.72—109.24=3.48C
t3二T3-t3=105.38—99.1=6.28C
■■■I4订4t=96.04-85.41=10.63C
t5二T5-t5=82.84-62.36=20.48C
xt=43.06C
（107）加热蒸汽消耗量及各效蒸发量：
对各效焓平衡得：
Dr.FCp。
-W5WW3WCpwt?
訓出FCpo-WCpwti
W「2FCpo_W5W4W3Cpwts=W2H2FCpo_W5W4W3W2Cpwt2
W2DFCpo一他W4）Cpwt4MH3FCpo一WsW4W3Cpwt3
W$r4（FCpo—^WjCpW）t5=4：
■FCpo-■（Ws'
W4）Cpw〔4
W4「5-FCpoto二W5H5FCpo-WsCpwts
又w=w她w3g
式中：
F—原料液流量，kg/h
W,W；
…W5—总蒸发量及各效蒸发量，kg/h
to,右…t5—原料温度及各效沸点,°
C
Cpo,Cpw—分别为原料比热容和冷凝水比热容，kJ/（kg.C）
Ga…「5屮；
屮2…H5—各效加热蒸汽潜热及各二次蒸汽焓值,kJ/kg
代入各数解得：
W=4091.65kg/h
W2=3815.46kg/h
W3=2826.58kg/h
W^2008.8kg/h
W5=1968.49kg/h
D=4211.86kg/h
（108）各传热面积:
（取K=2000W/（itf.C））
Si
Dr1
Kt1
421「86叱10叭588.88m2
200036002.19
S2
也2，4091-652222-21000，362.88m2
K：
t2200036003.48
3815.462241.841000
200036006.28
=189.17m2
S4
W3「4
K.：
t4
2826.582265.821000
2000360010.63
-83.68m2
S5
W4「5
2008.82297.451000
2000360020.48
=31.3m2
相对偏差；
s=1一如=1一虫竺.3%
Smax588.88
大于规定值，故进行重复计算.（108）重新分配有效温度差：
S2•:
t2S3「：
t3S4.：
t4s5：
t5
Z.-：
t
2
-122.41m
AtS1八588.88厂
.t11.■:
t12.19=10.54C
S122.41
A.So362.88’
二t22：
t23.48=10.32C
S122.41
鮎屯J8"
176.28=9.7C
%二鱼836810.63=7.27C
t5=鱼：
t531.320.48=5.24C
（109）重新核算各效浓度及各沸点升高
X1=0.7
X2=
FX°
F-W5-W4-W3-W2
=0.5
Xa=
FX。
F-W5-W4-W3
=0.4
X4=
FX0
=0.35
F-W5-W4
X=FX°
=0.32
根据=1.78Xi6.22X2得
-1=4.29c,-2-2.48c,^3=1.71c,-4=1.36c,-5=1.19c
（110）重新核算各效加热蒸汽温度、二次蒸汽温度及各效沸点：
「=120.2c
t1=T（--■:
t1=109.66c
T2話-1=104.37c
t2=T2-t2=94.05c
T3=t3-：
3=79.16c
T4=t4_：
4=69.53°
c
T3二T2-1=90.57c
t3=T3-.屯=80.87c
T4二T3-1=78.16ct4=T4-t4=70.89c
T5=T4「1=68.53°
（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：
w=3624.23kg/h
W2=3278.26kg/h
W3=2972.69kg/h
W4=2693.06kg/h
W5=2672.59kg/h
D=3942.23kg/h
（112）重算各效传热面积
S,-=114.52m
t；
W1r22
52—=109.61mK：
t2
「32
53
—=107.1mK：
t3
$5化=166站
s=1-血=1一!
09型3%
Smax166.22
（113）故再次核算各参数：
重新分配有效温度差
=120.42m
s=t|5=t2•s3=t3s4=t4s5=t5
Z'
△t；
=S1心h=114.52X10.54=10.02C
S120.42
二鱼:
t2=109.6110.32=9.39C
S120.42
，t；
=蛍10719.7=8.63C
t412917.27=7.79C
•：
二鱼屯二166^25.24=7.23C
（114）重新核算各效浓度及各沸点升高
X=0.7,X2=0.54,X3=0.44,X4=0.37,X5=0.33
=1.26C,
=4.29C,A2=2.77C,△；
=1.99C,心；
=1.51C,
（115）
重新核算各效加热蒸汽温度、二次蒸汽温度及各效沸点:
（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：
=3523.09kg/h
W^3204.34kg/h
W3=2874.65kg/h
W4=2533.11kg/h
W5=2510.13kg/h
3818.29kg/h
（117）重算各效传热面积
S3
Dr12
二1.=116.68m2
K：
==117.09m2
Kt2
=W2r3=117.51m2
Kt3
-W1£
^=118.04m2
Kt
=114.6m2
K屯
相对偏差：
；
c=i_Smin=1_114.°
6
Smax118.04
符合工程计算要求；
取传热面积S=115m2
蒸汽的经济程度：
W/D=14669.58/3818.29=3.84
即1kg蒸汽可蒸发3.84kg水
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