单效蒸发及其计算
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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 ; x 0——原料液中溶质的浓度,质量分数;x 1——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)110)(Lx x W F Fx =-=)1(10x x F W -=W F Fx x -=1L c 10Q Dh Lh W H Fh DH +++=+‘图5-13 单效蒸发器或 (5—3a )式中:H ——加热蒸汽的焓,kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓,kJ/kg ; h 0 ——原料液的焓,kJ/kg ; h 1 ——完成液的焓,kJ/kg ;h c ——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 ; Q L ——热损失,可取Q 的某一百分数,kJ/kg ; c 0、c 1——为原料、完成液的比热,kJ/(kg ·℃) 。
考虑溶液浓缩热不大,并将H ´取t 1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t 0=t 1,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。
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F———原料液量,kg/h;一.物料衡算二.能量衡算1.可忽略溶液稀释热的情况2.溶液稀释热不可忽略的情况三.传热设备的计算1.传热的平均温度差2.蒸发器的传热系数3.传热面积计算四.蒸发强度与加热蒸汽的经济性1.蒸发器的生产能力和蒸发强度2.加热蒸汽的经济性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,℃。