蒸发器设计

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(一)考虑因数和设计步骤(表16－61)

表16－61 考虑因数和设计步骤

(二)单效蒸发器的计算(图16－4)

图16－4 单效蒸发器示意图

T－加热蒸汽冷凝液的饱和温度(℃)； T′－二次蒸汽温度(℃)；t₀－原料液的温度(℃)； t_i－溶液的沸点

1．蒸发器的物料衡算

F_x0=(F－W)x₁

蒸发量及完成液的浓度，即：

式中 F——进料量(kg／h)；

W——蒸发量(kg／h)；

x₀——原料液中溶质的质量分率；

x₁——完成液中溶质的质量分率。

2．蒸发器的焓衡算

DH+Fh₀=WH′+(F－W)h₁－Fh_W+Q_L

或 Q=D(H－h_W)=WH′+(F－W)h₁－Fh₀+Q_L

式中 D——加热蒸气消耗量(kg／h)；

H——加热蒸气的焓(kJ／kg)；

h₀——原料液的焓(kJ／kg)；

h_W——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)；

H′——二次蒸汽的焓(kJ／kg)；

h₁——完成液的焓(kJ／kg)。

3．蒸发器的传热面积

式中 S——蒸发器的传热面积(m²)；

K——蒸发器的总传热系数(W／m²·℃)；

△t_m——传热的平均温度差(℃)；

Q——蒸发器的热负荷(或传热速率)。

表16－62 蒸发器的总传热系数K值

4．蒸发器的生产能力和生产强度

(1)蒸发器的生产能力：

Q=KS△t=KS(T－t₁)

(2)蒸发器的生产强度：

式中r′为二次蒸气的汽化潜热(kJ／kg)。

(三)多效蒸发

1．多效蒸发器的计算

(1)多效蒸发器的物料衡算

整个蒸发系统溶质的物料衡算：

Fx₀=(F－W)x_n

对任一效作溶质的物料衡算，得

Fx₀=(F－W₁－W₂－…－W₁)x_i i≥2

(2)多效蒸发器的热量衡算

Fh₀+D₁(H₁－h_W)=(F₁－W₁)h₁+W₁H₁′

第i效：

Qi=Diri

=(F_P0－W_1CPW－W_2CPW－…－W_i－1CPW)(t_i－t_i－1)+W_ir_i′

式中 D_i=W_i－1；r_i=r′_i－1；Q_i=W_i－₁·r′_i－₁

各效的传热面积为：

式中 ；Q₃=W₂r′₂；△t₁=T₁－t₁

△t₂=T₂－t₂=T₁′－t₂；△t₃=T₃－t₃=T₂′－t₃

2．多效蒸发的计算步骤

多效蒸发的计算一般采用试算法。

(1)估计各效溶液的浓度

(2)初步确定各溶液的沸点

(3)求各效的蒸发量和传热量。根据蒸发系统的热量衡算，求各效的蒸发量和传热量。

(4)求各效的传热面积。根据传热速率方程计算各效的传热面积。

(四)几种常用加热管管距(表16－63)

表16－63 几种常用加热管的推荐管间距