蒸发工艺计算

蒸发技术---蒸发工艺计算工艺计算一、水分蒸发量计算以蒸发器为系统进行溶质的质量衡算（以kg/h为基准)：Fx0=(F-W)x1水分蒸发量：完成液浓度：工艺计算二、加热蒸汽消耗量

以蒸发器为衡算范围，以kJ/h为单位对进出蒸发器的热量进行衡算（以0℃液态为温度与物态基准）：

DH+Fh0=Dhc+WH+(F-W)h1+QL

¢Q=D(H-hc)=F(h1-h0)+W(H-h1)+QL注：D-蒸汽消耗量，kg/h；H-加热蒸汽的焓，kJ/kg；

H'-二次蒸汽的焓，kJ/kg；h0—原料液的焓，kJ/kg；h1—完成液的焓，kJ/kg；hc—冷凝水的焓，kJ/kgQL-蒸发器的热损失，J/h。工艺计算二、加热蒸汽消耗量讨论１.加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出则H-hc为冷凝潜热r(kJ/kg)工艺计算二、加热蒸汽消耗量讨论2.溶液的稀释热可以忽略当溶液的稀释热不大，可以忽略不计时，溶液的焓值可用比热容计算。以0℃的液体为基准，则：忽略原料液和完成液比热容的差异，即

近似取温度为t1时饱和蒸汽的焓，并忽略溶质浓度对比热容的影响工艺计算二、加热蒸汽消耗量上式可写成：表明，加热蒸汽相变放出的热量用于：①使原料液由t0升温至沸点t1；②使水在tl温度下汽化生成二次蒸汽；③一部分用于蒸发器的热损失。工艺计算二、加热蒸汽消耗量上式可写成：若溶液为沸点进料(tl=t0)，忽略蒸发器热损失蒸汽的汽化潜热随压力变化不大(rr‘)，故D/W

1，说明蒸发1kg水约需1kg加热蒸汽。实际上r<r‘，加上热损失，D/W>1，其值约为1.1或稍高。工艺计算三、蒸发器传热面积计算由传热速率方程可知，传热面积为：（一）蒸发器的热负荷Q

蒸发器的热负荷Q可以根据加热室的热量衡算求得。如果忽略加热室的热损失，则Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量：工艺计算三、蒸发器传热面积计算（二）传热系数K1.传热系数原则上可按下式计算:式中：αo—管间蒸汽冷凝时的对流传热系数，W/(m2•K)；

αi—管内溶液沸腾时的对流传热系数，W/(m2•K)；

Ro—管外污垢热阻，(m2•K)/W；

Rw—管壁热阻，(m2•K)/W；

Ri—管内污垢热阻，(m2•K)/W。工艺计算三、蒸发器传热面积计算（二）传热系数K2.选用经验值蒸发器的型式总传热系数K,W/(m2·K)标准式（自然循环）600-3000标准式（强制循环）1200-6000悬筐式600-3000外热式（自然循环）1200-6000外热式（强制循环）1200-7000升膜式1200-6000降膜式1200-3500刮板式600-2000

3.现场测定对已有的蒸发设备可用实验方法确定其K值，测定方法和换热器传热系数的测定方法相同。工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm蒸发属两相均有相变的恒温传热过程，故传热的平均温度差（亦称有效温度差）为：当加热蒸汽选定时，蒸发计算需知道溶液的沸点t1，即可计算传热温度差。在实际生产中，由于溶液的真实沸点不便于测量，常以二次蒸汽冷凝器进口附近处或分离室的压强所对应的饱和蒸汽温度T

’来代替。由于T’比溶液的实际沸点t1要低，两者之差称为温差损失，亦称为溶液的沸点升高，用Δ表示，即工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm造成温度差损失（沸点升高）的主要原因是：

1、因溶质存在，使溶液沸点升高导致与纯水沸点之差Δ'；

2、蒸发器操作时需维持一定液位，因加热管内液柱静压强而使沸点升高Δ″；

3、二次蒸汽由蒸发器分离室流动到冷凝器时产生压强降，导致的温度差损失Δ（若T′指分离室温度时，Δ=0）。即

Δ=Δ'+Δ″+Δ工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm1.由于不挥发溶质存在引起的沸点升高△′

经验公式算法注：Δ'—操作压力下由于溶质存在引起的沸点升高，K；

Δ'a—常压下由于溶质存在引起的沸点升高，K；

ƒ一校正系数，其值可按下式计算。Δ'=ƒΔ'a注：T'—操作压力下二次蒸汽的温度，K；

r′—操作压力下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm1.由于不挥发溶质存在引起的沸点升高△′

应用杜林规则估算溶液沸点杜林规则：溶液的沸点与同压力下溶剂的沸点呈线性关系。在相同压力下分别以某种溶液的沸点为纵坐标，水的沸点为横坐标作图，可得一条直线。对一定浓度的溶液，只要知道它在两个不同压强下的沸点，再查出相同压强下对应水的沸点，即可绘出该浓度溶液的杜林直线，由此直线即可求得该溶液在其它压强下的沸点。注：tB′,tB—压力为p′和p下溶液的沸点，℃；

tw′,tw—压力为p′和p下水的沸点，℃；工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm1.由于不挥发溶质存在引起的沸点升高△′

应用杜林规则估算溶液沸点杜林规则可用公式表示为或NaOH水溶液的杜林线如图示。图中每一条直线代表某一组成下该溶液在不同压力下的沸点与对应压力下水的沸点间的关系。由图可知，当溶液的组成较低时，各组成下杜林直线的斜率几乎平行，这表明在任何压力下，NaOH溶液的沸点升高基本上是相同的。工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm2、加热管内液柱高度而引起的沸点升高△″某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液位，使得液面以下液体承受更大的压强，因而导致沸点升高。液层内部沸点与表面沸点之差即为因加热管内液柱静压强而引起的沸点升高（温度差损失）Δ″。根据流体静力学方程，液层的平均压力为注：Pm—液柱的平均压力，Pa；

p′—分离室内的压强，Pa；

ρ—溶液的平均密度，kg/m3；

L—加热管内液柱高度，m。工艺计算三、蒸发器传热面积计算（三）平均温度差Δtm2、加热管内液柱高度而引起的沸点升高△″式中：tPm—压强Pm下水的沸点，℃；

tp'—与二次蒸汽压强P′