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单效蒸发器蒸发计算方式
单效蒸发设计计算内容有:
①确定水的蒸发量;
②加热蒸汽消耗量;
③蒸发器所需传热面积。
在给定生产任务和操作条件,如进料量、温度和浓度,完成液的浓度,加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下,上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热
速率方程求解。
一、蒸发水量的计算
对图5-13所示蒸发器进行溶质的物料衡算,可得
图5-13 单效蒸发器
 
由此可得水的蒸发量(5—1)
完成液的浓度(5—2)
式中:
F——原料液量,kg/h;
W——蒸发水量,kg/h;
L——完成液量,kg/h;
x0——原料液中溶质的浓度,质量分数;
x1——完成液中溶质的浓度,质量分数。
二、加热蒸汽消耗量的计算
加热蒸汽用量可通过热量衡算求得,即对图5-13作热量衡算可得:
(5—3)
或(5—3a)
式中:
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 ——加热室排出冷凝液的焓,kJ/h ;
Q ——蒸发器的热负荷或传热速率,kJ/h ;
QL ——热损失,可取Q的某一百分数,kJ/kg ;
c0、c1——为原料、完成液的比热,kJ/(kg·℃) 。
考虑溶液浓缩热不大,并将H´取t1下饱和蒸汽的焓,则(9—3a)式可写成:
(5—4)
式中: r 、r´——分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg。
若原料由预热器加热至沸点后进料(沸点进料),即t0=t1,并不计热损失,则(4—5)式可写为:
(5—5)
或(5—5a)
式中:D/W称为单位蒸汽消耗量,它表示加热蒸汽的利用程度,也称蒸汽的经济性。由于蒸汽的汽化潜热随压力变化不大,故 r = r´。对单效蒸发而言,D/W =1,即蒸发一千克水需要约一千克加热蒸汽,实际操作中由于存在热损失等原因,D/W ≈1。可见单效蒸发的能耗很大,是很不经济的。
三、传热面积的计算
蒸发器的传热面积可通过传热速率方程求得,即:
(5—6)
或(5—6a)
式中: A ——蒸发器的传热面积,m2;
K ——蒸发器的总传热系数,W/(m2•K);
Δtm——传热平均温度差,℃;
Q ——蒸发器的热负荷,W或kJ/kg。
式(5—6)中,Q可通过对加热室作热量衡算求得。若忽略热损失,Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量,即
(5—7)
但在确定Δtm和K时,却有别于一般换热器的计算方法。
(一)平均温度差Δtm的确定
在蒸发操作中,蒸发器加热室一侧是蒸汽冷凝,另一侧为液体沸腾,因此其传热平均温度差应为:
(5—8)
式中: T ——加热蒸汽的温度,℃;
t1 ——操作条件下溶液的沸点,℃。
应该指出,溶液的沸点,不仅受蒸发器内液面压力影响,而且受溶液浓度、液位深度等因素影响。因此,在计算Δtm时需考虑这些因素。
1、溶液浓度的影响
溶液中由于有溶质存在,因此其蒸气压比纯水的低。换言之,一定压强下水溶液的沸点比纯水高,它们的差值称为溶液的沸点升高,以表示。影响的主要因素为溶液的性质及其浓度。一般,有机物溶液的较小;无机物溶液的较大;稀溶液的不大,但随浓度增高,值