单效蒸发及计算..doc

单效蒸发及计算一. 物料衡算(material balance) 对图片 5-13 所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算,可得由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为(5-1) (5-2) 式中一. 物料衡算二. 能量衡算 . 传热设备的计算 . 蒸发强度与加热蒸汽的经济性 F———原料液量, kg/h ; W———水的蒸发量, kg/h ; L———完成液量, kg/h ; x0 ———料液中溶质的浓度,质量分率; x1 ———完成液中溶质的浓度,质量分率。二. 能量衡算(energy balance) 仍参见图片(5-13) ,设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出,则由蒸发器的热量衡算得( 5-3 ) 或( 5-3a ) 式中 D———加热蒸汽耗量, kg/h ; H———加热蒸汽的焓, kJ/kg ; h0 ———原料液的焓, kJ/kg ; H'———二次蒸汽的焓, kJ/kg ; h1 ———完成液的焓, kJ/kg ; hc ———冷凝水的焓, kJ/kg ; QL ———蒸发器的热损失, kJ/h ; Q———蒸发器的热负荷或传热速率, kJ/h 。由式 5-3 或 5-3a 可知,如果各物流的焓值已知及热损失给定,即可求出加热蒸汽用量 D以及蒸发器的热负荷 Q。溶液的焓值是其浓度和温度的函数。对于不同种类的溶液,其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。因此,在应用式 5-3 或 5-3a 求算 D时,按两种情况分别讨论:溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。 1 .可忽略溶液稀释热的情况大多数溶液属于此种情况。例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时,其稀释的热效应均较小。对于这种溶液,其焓值可由比热容近似计算。若以 0℃的溶液为基准,则( 5-4 ) ( 5-4a ) 将上二式代入式 5-3a 得( 5-3b ) 式中 t0———原料液的温度, ℃; t1———完成液的温度, ℃; C0 ———原料液的比热容, ℃; C1 ———完成液的比热容, ℃; 当溶液溶解的热效应不大时,其比热容可近似按线性加合原则,由水的比热容和溶质的比热容加合计算,即(5-5) (5-5a) 式中 CW ———水的比热容, ℃; CB ———溶质的比热容, ℃。将式 5-5 与 5-5a 联立消去 CB 并代入式 5-2 中,可得, 再将上式代入式 5-3b 中,并整理得( 5-6 ) 由于已假定加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出,则上式中的即为加热蒸汽的冷凝潜热,即(5-7) 但由于溶液的沸点升高,二次蒸汽的温度与溶液温度 t1并不相同(下面还要详细讨论)。但作为近似,可以认为( 5-8 ) 式中 r——加热蒸汽的冷凝潜热, kJ/kg ; r'——二次蒸汽的冷凝潜热, kJ/kg 。将式 5-7 及式 5-8 代入式 5-6 中,可得 o( 5-9 ) 上式表示加热蒸汽放出的热量用于:(1)原料液由 t0升温到沸点 t1;(2) 使水在 t1下汽化成二次蒸汽以及( 3)热损失。若原料液在沸点下进入蒸发器并同时忽略热损失,则由式 5-9 可得单位蒸汽消耗量 e为( 5-10 ) 一般水的汽化潜热随压力变化不大,即,则或。换言之, 采用单效蒸发,理论上每蒸发 1kg 水约需 1kg 加热蒸汽。但实际上,由于溶液的热效应和热损失等因素, e值约为 或更大。 2 .,如 CaCl2 、 NaOH 的水溶液,在稀释时其放热效应非常显著。因而在蒸发时,作为溶液稀释的逆过程,除了提供水分蒸发所需的汽化潜热之外, 还需要提供和稀释热效应相等的浓缩热。溶液浓度越大,这种影响越加显著。对于这类溶液,其焓值不能按上述简单的比热容加合方法计算,需由专门的焓浓图查得。通常溶液的焓浓图需由实验测定。图片(5-14) 为以 0℃为基准温度的 NaOH 水溶液的焓浓图。由图可见,当有明显的稀释热时,溶液的焓是浓度的高度非线性函数。对于这类稀释热不能忽略的溶液,加热蒸汽的消耗量可直接按式 5-3a 计算,即( 5-3b ) 三. 传热设备的计算蒸发器的传热速率方程与通常的热交换器相同,即( 5-11 ) 式中 S---- 蒸发器的传热面积, m2 ; K---- 蒸发器的总传热系数, W/() ; ---- 传热的平均温度差, ℃; Q---- 蒸发器的热负荷, W。式 5-1 1中的热负荷Q可通过对加热器作热量衡算求得。当忽略加热器的热损失, 则Q为加热蒸汽冷凝放出的热量,即( 5-12 ) 但在确定蒸发器的和K时,与普通的热交换器有着