多效蒸发器设计计算

多
效 蒸 发 器 设 计 计 算
（一）
蒸发器的设计步骤
多效蒸发的计算一般采纳迭代计算法
（ 1） 依据工艺要求及溶液的性质，确立蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝器
压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强迫循环蒸发器、刮膜蒸发器）、流程和效数。

（ 2） 依据生产经验数据，初步预计各效蒸发量和各效达成液的构成。

（ 3） 依据经验，假定蒸汽经过各效的压强降相等， 估量各效溶液沸点和有效总温差。

（ 4） 依据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。

（ 5） 依据传热速率方程计算各效的传热面积。

若求得的各效传热面积不相等，则应按
下边介绍的方法从头分派有效温度差，重复步骤（ 3）至（ 5），直到所求得的各效传热面积相等（或知足早先给出的精度要求）为止。

（二） 蒸发器的计算方法
下边以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。

1. 估值各效蒸发量和达成液构成
总蒸发量
（1-1 ） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和
（1-2 ） W=W+W ++ W
n 12
任何一效中料液的构成为
（1-3 ）
一般状况下，各效蒸发量可按总政发来那个的均匀值估量，即
（1-4 ）
对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按以下比率进行预计。

比如，三效
W1：W2： W3=1：：
（1-5 ） 以上各式中
W — 总蒸发量， kg/h ；
W ，W ， ， W — 各效的蒸发量， kg/h ；
1
2
n
F — 原料液流量， kg/h ；
x 0 ,
1
n —
原料液及各效达成液的构成，质量分数。

x , , x 2. 估值各效溶液沸点及有效总温度差
欲求各效沸点温度， 需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强 （或末效压强）是给定的，其余各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假定来确立。

即
（1-6 ）
式中
p — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差， Pa ；
p 1
— 第一效加热蒸汽的压强， Pa ；
p k — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强， Pa 。

多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：
t (T 1 T k )
（1-7 ）
式中
t —
有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； T 1 —
第一效加热蒸汽的温度，℃； T k —
冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃；
—
总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。

（1-8 ）
式中
— 因为溶液的蒸汽压降落而惹起的温度差损失，℃；
— 因为蒸发器中溶液的静压强而惹起的温度差损失，℃； — 因为管路流体阻力产生压强降而惹起的温度差损失，℃。

对于 、 和 的求法，分别介绍以下： （1）因为溶液蒸汽压降落多惹起的温度差损失 可用校订系数法和杜林规则求 得。

校订系数法： f 0 （1-9 ）
式中 0 — 常压下因为溶液蒸汽压降落惹起的温度差损失，℃；
某些溶液在常压下的沸点 t A 值可从手册差得；
f — 校订系数，量纲为一。

一般取
（ 1-10 ）
式中 T 1
—
操作压强下水的沸点，亦即二次蒸汽的饱和温度，℃； r
— 操作压强下二次蒸汽的汽化热， kJ/kg.
杜林规则：某种溶液的沸点和相同压强下标准液体（一般为水）的沸点呈线性关系。

在以水的沸点为横坐标， 该溶液的沸点为纵坐标并以溶液的构成为参数的直角坐标图上，可得一组直线，称为杜林直线。

利用杜林线图，可依据溶液的构成及世纪压强下水的沸 点查出相同压强下溶液的沸点，进而得出 值。

依据杜林规则也可计算液体在各样压强下沸点的近似值。

种不一样压强下两沸点之差 与水相同压t A1强t 下A2两沸点
之差
B1 B2
数，t 即 t
求得 k 值，其余任一压强下的沸点
t A 便可由下式求得，即
t A t A1 k (t B1 t B )
（1-11 ）
因此不用杜林线图也可计算出溶液的 值。

（2）因为蒸发器中溶液静压强惹起的温度差损失 某些蒸汽器在操作室， 器内溶
液需保持必定的液位，因此蒸发器中溶液内部的压强盛于液面的压强，以致溶液内部的 沸点较液面处高，两者之差即为因溶液静压强惹起的温度差损失 。

为简易起见，溶液 内部的沸点可按液面和基层的均匀压强来查取。

均匀压强近似按静力学方程估量：
p m
（1-12 ） 式中 — 蒸发器中液面和底部间的均匀压强， Pa ；
p — 二次蒸汽的压强，即液面处的压强， Pa ；
—
溶液的均匀密度， kg/ m 3 ；
L — 液层高度， m ；
g
— 重力加快度， m/ s 2。

（1-13 ）
式中 t
pm
—
t pm t p
依据平手压强 p
m 求得水的沸点，℃；
t p —
依据二次蒸汽压强 p 求得水的沸点，℃。

因为管道流动阻力产生的压强降所惹起的温度差损失 在多效蒸发中，末效从前各
效的二次蒸汽流到次一效的加热室的过程中，因为管道阻力使其压强降低，蒸汽的饱和 温度也相应降低，由此而惹起的温度插损失即为 。

依据经验，取各效间因管道阻力 惹起的温度差损失为 1℃.
依据已估量的各效二次蒸汽压强 p 及温度差损失 ，即可由下式估量各效溶液的沸
此法的依照是： 某液体在两，
其比值为一常
点 t 。

t T
（1-14 ）
3. 加热蒸汽耗费量和各效蒸发水量的初步计算第一效的焓衡算式为
Q i
D i r i ( Fc PO W 1c PW W 2c PW
W i 1c PW )(t i t i 1) W i r i
（1-15 ）
由式（ 1-15 ）可求得第 I
效的蒸发量 W 。

若在焓衡算式上当入溶液的浓缩热及蒸发
i
器的热损失，尚需考虑热利用系数。

一般溶液的蒸发，可取 为
（式中
为溶液的
构成变化，以质量分数表示） 。

x
（1-16 ）
式中 D i
— 第 i 效的加热蒸汽量， kg/h, 当无额外蒸汽抽出时，t T
； r i
— 第 i 效加热蒸汽的汽化热， kJ/kg ； r i
— 第 i 效二次蒸汽的汽化热， kJ/kg ； c PO
— 原料液的比热容， kJ/ （ kg ·℃）；
c PW —
水的比热容， kJ/ （kg ·℃）；
t i 、t i
1
— 第 i 效及第（ i -1 ）效溶液的沸点，℃；
i
— 第 i 效的热利用系数，量纲为一。

对于加热蒸汽（生蒸汽）的耗费量，可列出各效焓衡算式并与式（ 1-2 ）联解而求得。

4. 蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分派 任一效的传热速率方程为
Q i K i S i t i （1-17 ） 式中 Q i — 第 i 效的传热速率， W ；
K i — 第 i 效的传热系数， W ； S i — 第 i 2
效的传热面积， m ；
t i — 第 i 效的传热温度差，℃。

有效温度分派的目的是为了求取蒸发的传热面积
S i ，现以三效为例，即
（1-18 ） 式中 Q 1 D 1r 1
（1-19 ）
t T 2 t 2 T 1 t 2 （1-20 ） 在多效蒸发中，为了便于制造和安装，往常采纳各效传热面积相等的蒸发器，即
若由式（ 1-18 ）求得的传热面积不相等， 应依照各效面积的原则从头分派各效的有效温度差。

方法以下：
设以 t 表示各效面相等时的有效温度差，则
, ,
（1-21 ）
与（ 1-18 ）式对比可得
， ，
（1-22 ）
将式（ 1-22 ）中三式相加，得
或 tt 1 t 2 t 3 S 1 t 1 S 2 t 2 S 3 t 3
（1-23 ）
式中 t —
S
S
S
各效的有效温度差之和，称为有效总温度差，℃。

由式（1-23 ）求得传热面积 S 后，即可由式（ 1-22 ）从头分派各效的有效温度差。

重复上述步骤，直至求得的各效传热面积相等，该面积即为所求。