内容发布更新时间 : 2024/5/19 9:28:39星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

多效蒸发器设计计算

（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

xW?F（1?0)总蒸发量 （1-1）

x1

在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和

W = W1 + W2 + … + Wn （1-2） 任何一效中料液的组成为

Fx0

xi? （1-3） F?W1?W2??Wi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

Wi? n （1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5）

以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h；

W1，W2 ，… ，Wn — 各效的蒸发量，kg/h； F — 原料液流量，kg/h；

x0, x1,…, xn — 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。即

p1?p?k ?p? （1-6） n?p— 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa； 式中

p1— 第一效加热蒸汽的压强，Pa；

p?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：

（1-7） ??t?(T1?T?k)???

式中 ??t— 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃；

T1 — 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，℃；

??— 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 （1-8） ?????????????????

??— 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； 式中

???— 由于蒸发器中溶液的静压强而引起的温度差损失，℃；

????— 由于管路流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，℃。

??和 ??、?????的求法，分别介绍如下： 关于

????可用校正系数法和杜林（1）由于溶液蒸汽压下降多引起的温度差损失

规则求得。

???f??0 校正系数法： （1-9）

??0— 常压下由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失，℃； 式中

tA值可从手册差得； 某些溶液在常压下的沸点

f— 校正系数，量纲为一。

?1?273)2(T 一般取 （1-10） f?0.0162r?

T?1— 操作压强下水的沸点，亦即二次蒸汽的饱和温度，℃； 式中

r?— 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

1 ? tA 2 与水同样压强下两沸点之液体在两种不同压强下两沸点之差 tA

tB1?tB2，其比值为一常数，即 差

tA1?tA2?k tB1?tB2

t?A就可由下式求得，即 求得k值，其他任一压强下的沸点

t?A?tA1?k(tB1?t?B) （1-11）

?值。 所以不用杜林线图也可计算出溶液的?

???某些蒸汽器在操作 （2）由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失

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失 ???。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：

?gL

pm?p??2 （1-12）

pm— 蒸发器中液面和底部间的平均压强，Pa； 式中

p?— 二次蒸汽的压强，即液面处的压强，Pa；

?— 溶液的平均密度，kg/ m3；

L— 液层高度，m；

g— 重力加速度，m/ s2。

（1-13）

????tpm?tp

pm求得水的沸点，℃； tpm— 根据平局压强 式中

tp— 根据二次蒸汽压强 p?求得水的沸点，℃。

???在多效蒸发中，末 由于管道流动阻力产生的压强降所引起的温度差损失?

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℃.

p?及温度差损失? 根据已估算的各效二次蒸汽压强 ，即可由下式估算各效

溶液的沸点t。

t?T???????? （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

Qi?Diri(FcPO?W1cPW?W2cPW???Wi?1cPW)(ti?ti?1)?Wir?i （1-15）

W。若在焓衡算式中计入溶液的浓缩i 由式（1-15）可求得第I 效的蒸发量

?为?。一般溶液的蒸发，可取 热及蒸发器的热损失，尚需考虑热利用系数

0.98-0.7 （式中 。 ?x为溶液的组成变化，以质量分数表示）

? riti?1?ti???Wi??i?Di?(FcPO?W1cPW?W2cPW???Wi?1cPW)? （1-16） ?r?ir????

? Di— 第i 效的加热蒸汽量，t?T???????；式中 kg/h,当无额外蒸汽抽出时，

ri— 第i 效加热蒸汽的汽化热，kJ/kg；

r?i— 第i 效二次蒸汽的汽化热，kJ/kg；

cPO— 原料液的比热容，kJ/（kg·℃） ； cPW— 水的比热容，kJ/（kg·℃） ； ti、t i?1—第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

Qi?KiSi?ti （1-17） Qi— 第i 效的传热速率，W； 式中

Ki— 第i 效的传热系数，W；

Si— 第i 效的传热面积，m2；

?ti— 第i 效的传热温度差，℃。

i，现以三效为例，即 有效温度分配的目的是为了求取蒸发的传热面积S