单效蒸发及计算.docx

单效蒸发及计算


2加热蒸汽的经济性
3传热面积计算
.物料衡算
.能量衡算
1 .可忽略溶液稀释热的情况




(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
巧. = (P-W -上勺
由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为
(5-1)
F-W
(5-2)
式中
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。
(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
+瓯二研。少"的(5-3)
或 小口件-儿产即田+伊-期内-时尸3 (5-3句
式中
D 加热蒸汽耗量,kg/h ;
H 加热蒸汽的始，kJ/kg;
h0 原料液的始，kJ/kg;
H' 二次蒸汽的始，kJ/kg;
h1 完成液的始，kJ/kg;
hc 冷凝水的始，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 o
由式5-3或5-3a可知，如果各物流的始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。
溶液的始值是其浓度和温度的函数。 对于不同种类的溶液,其始值与浓度和 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。

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，其始值可由比热容近似计算。若以 0c的溶液 为基准，则
%"山 （5-4）
& =% （5-4句
将上二式代入式5-3a得
DfH -瓦＞而、声-胪月心-RC5-3+0」 55-3b）
式中
t0 原料液的温度，C；
t1 完成液的温度，C；
co 原料液的比热容，H/价'# ；
ci 完成液的比热容，价飞）；
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
'.1 - / 1 ।: 1. （5-5）
二-1" 二'-（5-5a）
式中
cw 水的比热容，H［阻’ c）；
CB 溶质的比热容，H/（kg' c）。
将式5-5与5-5a联立消去CB并代入式5-2中，可得伊-如心二附「眈〜
再将上式代入式5-3b中，并整理得
年…小加"吃一仁川吗
二护啰y用尸比脑力尸口 （56）
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
小叱,叫色飞八% （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
_D _r
w
(5-10)
般水的汽化潜热随压力变化不大，即r列，则
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，。
.
有些溶液，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,其始值不能按上述简单的比热容加合方法计算, 需由专门的始浓图
查得。
通常溶液的始浓图需由实验测定。图片(5-14)为以0c为基准温度的NaOH水溶 液的始浓图。由图可见，当有明显的稀释热时，溶液的燃是浓度的高度非线性函 数。
取0H浓度/质量分数
图5-14氢氧化料的嬉液图
QM/N)
对于这类稀释热不能忽略的溶液，加热蒸汽的