多效真空降膜蒸发器的热量衡算.doc

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多效逆流真空降膜蒸发器的计算
1、蒸发水量计算 W(kg/s)

由于多效水分总蒸发量为各效蒸发量之和，即： W = W1 + W2 + · · · + Wn

( kg / h )
对溶液中固体进行物料衡算：

由此得总蒸发量：W = F (1 - x0 ) ( kg / h )
xn
任一效(第 1 效)中溶液的浓度 (即 i 效的出料浓度)：
如已知各效水分蒸发量，则可按上式求出各效的浓度。但各效的水分蒸发量
必须通过后面的热量衡算才能求得。
2、加热蒸汽消耗量 D（ kg / h ） ：
对多效浓缩罐操作，一般 已知量：
1、第一效加热室的加热蒸汽压强
2、末效蒸发室的真空度
3、料液量
4、物料进料浓度
5、规定量：规定溶液的最终浓度
未知量：
1、各效蒸发水量。其中总蒸发水量 W 可由物料衡算求得。
2、各效的沸点
3、各效的溶液浓度
因此，在多次浓缩操作中，加热蒸汽消耗量的计算是相当烦琐的，为了避免过于
复杂，常常做一些合理的简化。
蒸汽消耗量计算的原理是热量衡换，既能量守恒定律（进入蒸发器的热= 离
开蒸发器的热） 。
进入蒸发器的热量：
1、加热蒸气带入的热量：D H
2、物料（原料液）带入的热量
离开蒸发器的热量：
1、浓缩液离开蒸发器带走的热量
2 二次蒸气带走的热量 、
3、加热蒸气冷凝液带走的热量
以三效顺流降膜真空蒸发器为例：
多效蒸发常见符号意义：

F：原料液流量， kg / h ；

x0 , x1,L, xn：原料液及各效完成液 的浓度，质量分率 ；

t0：原料液的温度，°C ；

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t1,t2 ,Ltn：各效溶液的沸点，°C ；

T1：生蒸汽的温度，°C ；

T1' ,T2' ,LTn'：各效二次蒸汽的温度 ，C ； °

一般工厂多采用沸点进料，则 D » W = Q = KADt1 （Lv 为相应温度下的汽化潜
LV Lv
热。 ）
对每一效列如下方程：

D1H1 + Fh0 = (F -W1)h1 + D1hw + W1H1' （1）
1

D2 H 2 + (F -W1)h1 = (F -W1 -W2 )h2 + D2hw + W2 H 2' ( D2 = W1 ) （2）
2

D3H3 + (F -W1 -W2 )h2 = (F -W1 -W2 -W3 )h3 + D3hw + W3H3' （ D3 = W2 ） （3）
3

如对方程(1)变换

Fh0 + D1 (H1 - hw ) = (F - W1 )h1 + W1H1'
若溶液的稀释热可以忽略，此时溶液的焓可以用比热容来计算。

h0 = c p0t0 及 h1 = c p1t1

Cp1，Cp0---分别为原料液和第一效中溶液的比热容。

若加热蒸气冷凝液在饱和温度下排出，则 H1 - hw = r1
r1—生蒸汽的汽化热，kJ/kg

代入（4）得到： Fcp0t0 + D1r1 = (F -W1)cp1t1 + W1H1'
有单效蒸发的热量恒算得到：

r1' --第一效中二次蒸汽的汽化热

则： Q1 = D1r1 = Fcpo (t1-t0 ) + W1r1'
同理：逆流流程热量衡算如下：
对每一效列如下方程：


（4）

其中 D2 = W1 D3 = W 2
经变换得到：
经变换求得加热蒸汽消耗量 D 和各效蒸发量 W1、W2 、¼ 、Wn
计算步骤如下：
本设计采五效逆流降膜蒸发
取第一效加热蒸汽的温度:T =120.2
℃, 查得绝对压强为 200kPa(P )
1 1
末效冷凝器的温度 T=60.1 ℃ 绝对压强为 20kPa(P ),
k k
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进料量 F=4603302.16/24=25137.59kg/h
(100) 总蒸发量及各效蒸发量计算： （下标为效数）
W=F ×(1-X
/X )=25137.59 ×(1-29.15%/70%)=14669.58kg/h
o 1
假设各效蒸发水量相等

故 W=W 3=W 5＝W/5= 2933.16kg/h

1
2=W 4= W

(101) 计算各效排出液浓度:
X=0.7
1

X=

FX 0


=0.55

2 F-W -W -W -W

X=
5
4

FX 0
3
2

=0.45

3
F - W5 - W4 - W3

X=
4


FX 0
F - W5 - W4


=0.38

X= FX 0 =0.33

5
F - W5

(102) 估算各效二次蒸汽压强
假设各效的压强降相等 :

则:D P=P1 - Pk


= - 20 = 36KPa 200

i
n
5

所以:


'
1


=200-36=164KPa P

'
2


=164-36=128KPa P

'
3
=128-36=92KPa P

'
4


=92-36=56KPa P

由Tk =60.1 ℃得最后一效的二次蒸汽温度T5' =61.1
℃( 因流动阻力而损失 1 ), ℃查
表得: =21.04KPa

查表十有:T1¢ = 113 .72 ℃ T2¢ = 106 .38 ℃

T3¢ = 97.04 ℃ T4¢ = 83.84 ℃

T5¢ = 61.1℃
二次蒸汽焓 :

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