多效降膜式蒸发器换热面积的确定

多效降膜式蒸发器换热面积的确定

由于各活页层陶瓷的有效流量分布模式，将各活页层的有效流量分布模式确定热敏电阻器的影响。随着蒸发的进行物料浓度的升高,还有沸点升高的影响,对有些物料影响明显,往往导致末效面积增大,物料到了末效还面临降膜管周边润湿量不足的问题,对并流加料末效出料的多效来说,减小末效换热面积无疑可以起到增大降膜管周边润湿量减缓结垢结焦的的发生。除了采用等压强降的方法分配各效有效温差外,还可以采用非等压强降的方法分配各效的有效温差。采用这种分配方法可以达到所希望某效理想的面积。仅以GNJM03-3600型三效降膜式蒸发器在果汁上的应用,阐述换热面积在各效的分配。1有效高差大配置1.1物料出料及预热1)物料介质:果汁2)进料质量分数:10%3)进料温度:20℃4)出料质量分数:38%~40%6)各效热损失按6%计入7)蒸发状态参数本例采用并流加料末效出料,物料经过四个预热级将物料预热至沸点以上温度进料。采用热压缩技术即热泵抽吸一效二次蒸汽作为一效的一部分加热热源,如图图1。1.2蒸发总排放系数,现有设备总蒸发量进料量:S=3200×40/(40-10)=4266.67kg/h取4267kg/h出料量S9=4267-3200=1067kg/h物料预热计算各效蒸发量分配为(多次试算而得):1效:1959kg/h;2效:644kg/h;3效:597kg/h。各效占总蒸发量质量百分数:1效:61.2%;2效:20.1%;3效:18.65%。为减少末效换热面积,假定一效蒸发温度为75℃,二效蒸发温度为62℃,三效蒸发温度为45℃。常压下沸点按下式进行估算(以下同):1效:Δ9=fΔa=[0.0038(75+273)2/554.3]×0.86=0.71℃管道温度损失按1℃计算(以下同),1效沸点温度为77℃2效:Δ9=fΔa=[0.0038(62+273)2/562.0]×1.19=0.903℃Δ9=fΔa=[0.0038(45+273)2/571.8]×2.42=1.63℃管道温度损失按1.5℃计算(以下同),三效沸点温度为48℃沸点温度:1效沸点:77℃;2效沸点:64℃;3效沸点:48℃。有效温差:1.3蒸发蒸汽量用于一效加热的蒸汽耗量按下式计算:用于一效加热的蒸汽耗量:这里喷射系数:μ=1.35G0—饱和生蒸汽量,kg/hD—一效蒸发器加热蒸汽总量,kg/h。这里D=2181kg/hμ—喷射系数,这里μ=1.35则:G0=2181/(1+1.35)=928kg/h用于一效加热的一效二次蒸汽量为:2181-928=1253kg/h用于二效加热的一效二次蒸汽量及热量分别为:不再试算1.4降膜管周边润湿量的分配一效换热面积这里Q=1959×554.3-4267×0.933(82-77)=1065968.15kcal/h管子根数:n=33.89/(0.0485×π×7.950)=27.8根取28根G0=2308/(0.047×π×28)=558.5kg/(m·h)这里Q=597×571.8-(4267×0.933-1959×1-644×1)(64-48)=287970.8kcal/hk=750kcal/m2·h·℃管子根数:n=27.43/(0.0485×π×7.950=22.66根取23根G0=1664/(0.047×π×23)=490.23kg/(m·h)末效周边润湿量安全这样分配有效温差可使末效换热面积变小,降膜管周边润湿量增大,可以不用分程蒸发即可正常进行。二效的加热温度较高,适当将面积向二效分配其有效温差的分配又将发生变化。2有效高差的调整适当增大一效有效温差,减小二效有效温差。其他参数不变重新分配各效有效温差,看其面积变化情况。沸点温度:2效:719kg/h;2.1工质及蒸汽总量各效占总蒸发量质量百分数:2效:22.4%;3效:20%这里喷射系数:μ=1.069G0+μG0=DG0=D/(1+μ)G0—饱和生蒸汽量,kg/hD—一效蒸发器加热蒸汽总量,kg/h。这里D=2022.54kg/hμ—喷射系数,这里μ=1.069则:G0=2022.54/(1+1.069)=977.54kg/h2022.54-977.54=1045kg/h用于二效加热的一效二次蒸汽量及热量分别为:1833-1045=788kg/h788×554.3=436788.4kcal/h不再试算2.2蒸发器性能确定一效换热面积这里Q=1833×554.3-4267×0.933(82-73)=984183.01kcal/h降膜管的规格为:&50×1.5×7950(mm)G9=4267/(0.047×p×54=535.43kg/(m·h)二效换热面积这里Q=719×562-(4267×0.933-1833×1)(74-64)=382596.9kcal/hk=900kcal/m2·h·℃管子根数:n=53.14/(0.0485×π×7.950)=43.89根取44根G0=2434/(0.047×G0×44=374.8kg/(m·h)周边润湿量安全三效换热面积这里Q=648×571.8-(4267×0.933-1833×1-719×1)(64-48)=347660.63kcal/hk=750kcal/m2·h·℃管子根数:n=33.11/(0.0485×π×7.950=27.35根取27根G0=1715/(0.047×π×27)=430.4kg/(m·h)末效降膜管周边润湿量安全。二效面积如果偏大可适当增大一效传热温差再重复上述试算进行调节。从上述计算可看出,蒸发器换热面积一效最大,二效次之,三效最小。这样分配是比较合理的。3有效高差分配对结垢结焦的影响当蒸发器的生产任务及操作条件(加热蒸汽压力及冷凝器的操作压力)均给定时,各效的有效温差的大小已由传热速率方程限定,在操作中自动形成某种分布,不能随意变动。各效有效温差:根据传热速率方程并结合上述两种有效温差在各效分配的计算结果可看出,传热系数在各效均系确定(忽略有效温差差异影响),有效温差只与传热热量,换热面积有关。有效温差的大小决定着各效换热面积的大小。在多效降膜蒸发过程中,随着生产时间的延长料液浓度的提高降膜管会不同程度的产生结垢结焦现象,而并流加料末效出料为最常见的设备工艺流程,这种加料法末效结垢结焦最为严重,二效次之,一效很少产生结垢结焦。因此,适当调整一、二效有效传热温差,减小末效的换热面积无疑可以起到减轻或延缓结垢结焦的发生。在多效蒸发器的设计过程中有效温差分配原则是尽量减少末效换热面积相应增加一效及二效换热面积。对于蒸发浓度较高又易结垢结焦的热敏性物料来说是有益的。如乳品、蛋品、果蔬汁、胶原蛋白等物料的蒸发等。4u3000定效多效有效温差的合理分配关系各效蒸发面积的大小,也关系蒸发器的使用性能。在多效蒸发过程中调整好各效有效温差,然后进行热量衡算,尽可能减少末效换热面积,这样可以提高降膜管周边润适量,可以起到减少或延缓结垢结焦的产生。实际上当蒸发量一定各效料液的浓度也系确定,对一些物料要解决末效结垢结焦的问题还必须借助分成的方法更加有效。5)物料比热:3.9kJ/(kg·℃)Q1=4267×0.933(25-20)=19905.6kcal/hQ2=4267×0.933(39-25)=55735.6kcal/hQ3=4267×0.933(53-39)=55735.6kcal/hQ4=4267×0.933(67-53)=55735.6kcal/hQ5=4267×0.933(82-67)=59716.7kJ/h操作压强下的沸点升高分别是:2效沸点温度为64℃3效:1效:Δt1=87-77=10℃.2效:Δt2=75-64=11℃.3效:Δt3=62-48=14℃.式中:二效热量衡算式:二效蒸发所需热量:三效的热量衡算式:用于三效加热的热量:644×562=361928kcal/h三蒸发所需热量:k=1150kcal/m2·h·℃降膜管的规格为:&50×1.5×7950(mm)管子根数:n=92.69/(0.0485×π×7.950=76.56根取77根周边润湿量(上):G9=4267/(0.047×π×77=375.5kg/(m·h)二效换热面积这里Q=644×562-(4267×0.9331959×1)(77-64)=335640.56kcal/hk=900kcal/m2·h·℃周边润湿量:三效换热面积周边润湿量:1效沸点:74℃;2效沸点:64℃;3效沸点:48℃。有效温差:1效:Δt1=87-74=13℃;2效:Δt2=72-64=8℃;3效:Δt3=62-48=14℃各