单效蒸发器的工艺计算

单效蒸发器的工艺计算
单效蒸发器的计算项目有蒸发量即生产能力的计算,加热蒸汽耗量的计算,蒸发器传
热面积的计算。
蒸发量的计算
根据图2-1进行溶质的衡算
SB0 =(S-W)B1
W =S(1-B0/B1)
式中 S———原料液的流量,kg/h;
W ———单 位 时 间 内 蒸 发 的 水 分 量, 即 蒸 发 量,
kg/h
B0———原料液的质量分数,%;
B1———完成液的质量分数,%。
加热蒸汽耗量的计算
蒸发操作中,加热蒸汽的热量一般用于将溶液加热
至沸点,将水分蒸发为蒸汽以及向周围散失的热量。对某些溶液,如 NaOH 等水溶液,稀
释时放出热量,因此蒸发这些溶液时应考虑供给和稀释热相当的浓缩热。
溶液稀释热不可忽略时物料的焓
DI+Sh0 =Wi+ (S-W)h1 +DI1 +q’
D =[Wi+ (S-W)h1 -Sh0 +q’]/(I-I1)
式中 D———加热蒸汽的消耗量,kg/h;
I———加热蒸汽的焓,kcal/kg;
h0———原料液的焓,kcal/kg;
i———二次蒸汽的焓,kcal/kg;
I
1———完成液的焓,kcal/kg;
1———冷凝水的焓,kcal/kg;
q’———热损失,kcal/h。
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排出,则
R =I-I1
式中 R———加热蒸汽的汽化热,kcal/kg。
式 (2-2)可改写为
D =[Wi+ (S-W)h1 -Sh0 +q’]/R (2-3)
(2)溶液稀释热可以忽略时物料的焓
h0 =c(t0 -0)=ct0 (2-4)
h1 =c1(t1 -0)=c1t1 (2-5)
式中 c———料液的比热容,kcal/(kg·℃);
t0———原料液的温度,℃。
I1 =cp(T -0)=cpT (2-6)
当冷凝液在饱和温度下排出时,则有
I-cpT≈R
i-c
式中 R———加热蒸汽的汽化热,kcal/kg;
pt1≈r
c
r———二次蒸汽的汽化热,kcal/kg;
T
p———纯水的比热容,kcal/(kg·℃);
———二次蒸汽温度,℃;
t1———完成液的温度,℃。
代入式 (2-2)并整理得
D(I-cpT)=Wi+ (S-W)c1t1 -Sct0 +q’ (2-7)
当料液的比热容缺乏可靠数据时,可按下面经验公式计算:
c=caB +cb(1-B) (2-8)
式中 B———溶液浓度 (以溶质质量分数表示),%;
ca,cb———溶质、溶剂的比热容 (当溶剂为水时cb=cp)。
对于稀溶液即当B 小于20%时,其比热容c可近似地按式 (2-9)估计:
c=cb(1-B) (2-9)
将式 (2-7)中的c、c1 均写成式 (2-8)的形式,并与式 (2-1)联立,即可得到原料
液比热容c1 与完成液比热容c间的关系为
(S-W)c1 =Sc-Wcp (2-10)
将式 (2-10)代入式 (2-7)并整理得
D(I-cpT)=W(i-cpt1)+Sc(t1 -t0)+q’ (2-11)
简化得加热蒸汽耗量为
D =[Wr+Sc(t1 -t0)+q’]/R (2-12)
稀释热不可忽略时溶液的焓由专用的焓浓图查得。有时对稀释热不可忽略的溶液,也可先按忽略稀释热的方法计算,然后再修正计算结果。
蒸发器传热面积计算
传热速率方程为
Q =kFΔt (2-13)
式中 Q———传热量,kcal/h;
F———蒸发器的传热面积,m
2;
k———传热系数,kcal/(m
2·h·℃);
Δt———加热蒸汽的饱和温度与溶液的沸点之差,℃。
则传热面积为
F =Q/(kΔt)