多效降膜式蒸发器换热面积分配原则
多效降膜式蒸发器换热面积分配原则
heat balance calculation determines the size of the heat exchange area. Effect of increased material concentration and
boiling point during the process of evaporation often lead to the increases of effect area. Material at the end of effect is
图 1 GNJM03-3200 三效降膜式蒸发器 Fig.1 GTNJM03-3200 Three-effect falling fill evaporator
1.2 物料衡算 进料量：S=3200×40（/ 40-10）=4266.67kg/h
取 4267kg/h 出料量 S9=4267-3200=1067kg/h 物料预热计算 Q1=4267×0.933（25-20）=19905.6kcal/h Q2=4267×0.933（39-25）=55735.6kcal/h Q3=4267×0.933（53-39）=55735.6kcal/h Q4=4267×0.933（67-53）=55735.6kcal/h Q5=4267×0.933（82-67）=59716.7kJ/h 各效蒸发量分配为 （多次试算而得）：1 效：1959
刘殿宇
（华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江 安达 151400）
摘 要：多效降膜式蒸发器各效换热面积是依据物料及热量衡算确定的，而热量衡算中的有效温差在各效的分配决 定了换热面积的大小。随着蒸发的进行物料浓度的提高和沸点升高的影响，对有些物料影响明显，往往导致末效面 积增大，物料到了末效还面临降膜管周边润湿量不足的问题，对并流加料末效出料的多效来说，减小末效换热面积 无疑可以起到增大降膜管周边润湿量减缓结垢结焦的的发生，就此进行阐述如何分配各效有效温差。 关键词：多效降膜式蒸发器；有效温差分布；换热面积；影响
三效蒸发,各效换热面积比例
三效蒸发,各效换热面积比例
三效蒸发是一种蒸发技术，用于处理大量溶液，以提取其中的盐分或有机物。
在三效蒸发中，溶液经过三次蒸发和冷凝，最终得到所需的盐或有机物。
为了达到最佳的蒸发效果，各效的换热面积比例需要经过精心设计。
首先，我们需要了解各效的作用。
在三效蒸发中，第一效主要用于蒸发大部分水分，第二效则用于进一步蒸发剩余的水分并回收热量，第三效则用于完全回收热量并确保系统的稳定运行。
根据三效蒸发的原理和各效的作用，我们可以得出各效换热面积的比例。
通常来说，第一效的换热面积应最大，因为它是主要的蒸发器，需要处理大量的溶液。
第二效的换热面积应小于第一效，但仍然较大，因为它需要接收第一效的浓缩溶液并进一步处理。
第三效的换热面积应最小，因为它主要用于回收热量和稳定系统。
具体比例取决于实际应用和设备规格。
一般来说，第一效与第二效的换热面积比例大约为1.5-2:1，而第二效与第三效的比例则约为1.2-1.5:1。
当然，这只是一个大致的比例范围，实际的比例还需要根据具体的应用场景和设备参数进行调整。
值得注意的是，换热面积的比例并不是固定的，它可以根据实际运行情况进行调整。
在实际操作中，我们可以通过观察蒸发效果、能耗和最终产品的质量等因素来不断优化各效的换热面积比例，以达到最佳的蒸发效果和经济效益。
多效降膜式蒸发器不同加料及出料方法的比较
进入蒸发器的料液温度有两种，一种为低于沸点温度进料，一种为高于或等于沸点温度进料。
低于沸点温度的料液在降膜式蒸发器中都要经过预热器将料液预热至沸点或沸点以上的温度方可进入蒸发器中进行蒸发；并且，在多效降膜式蒸发器中，加料方式也不尽相同，一般有并流加料法、逆流加料法及混流加料法，其中以并流加料方法最为常见。
采用什么样的加料方法及第几效出料是由物料特性决定的。
用于并流加料法末效出料有很多例子，如牛奶、果汁、茶浸提液、胶原蛋白、葡萄糖浆等。
混流与逆流加料法通常是在蒸发温度较高的蒸发器上出料，适合于料液随着蒸发温度降低，浓度增高而粘度变大的产品蒸发上，尤其适合含糖量较高的物料，如蜜汁用的蔗糖水溶液、味精生产中的谷氨酸二次母液、果糖、麦芽糖浆、葡萄糖浆等的浓缩生产。
而牛奶等热敏性物料不宜采用此加料方法。
本文仅以TNJM03-6200型三效降膜式蒸发器在木糖水溶液蒸发中的应用为例进行比较，为优化生产工艺提供依据。
1主要技术参数（1）物料介质：木糖水溶液（2）生产能力：6200kg/h （3）进料质量分数：12%（4）进料温度：66℃（5）出料质量分数：35%（6）料液比热按3.8874kj/kg ·℃计（7）使用蒸汽压力：0.75~0.8MPa （8）装机容量：45KW2不同加料方法的比较2.1不同加料和出料方法的工艺流程同一种物料条件下三种不同加料及出料方法的工艺流程如图1~图3所示。
收稿日期：2013-09-21作者简介：刘殿宇（1962-），男，高级工程师，主要从事乳品机械和轻化工机械的研究工作，138****2196，*****************。
多效降膜式蒸发器不同加料及出料方法的比较刘殿宇（华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江安达151400）摘要：以TNJM03-6200型三效降膜式蒸发器在木糖生产中的应用为例，对多效降膜式蒸发器不同加料及出料方法进行了比较，为优化工艺提供依据。
关键词：多效降膜式蒸发器；加料方法；出料方法；比较doi ：10.3969/j.issn.1008-553X.2014.01.020中图分类号：TQ460.5 文献标识码：A 文章编号：1008-553X （2014）01-0058-05图1 TNJM03-6200型三效并流加料，三效出料·化工设备与自动化·安徽化工ANHUI CHEMICAL INDUSTRY 第40卷，第1期２０14年2月Ｖｏｌ．40，Ｎｏ．1Feb.201458图2 TNJM03-6200型三效混流加料，二效出料蒸汽压力(MPa)加热温度(℃)蒸发温度(℃)潜热(kj/kg)焓(kj/kg)分气缸蒸汽出0.7883169-2049.4542762.981效0.0894996812263.472665.1682效0.0502881662301.9262640.5063效0.0266666512339.1282615冷凝器0.01321651-2375.91225892.2不同加料方法的蒸气耗量比较2.2.1并流加料末效出料的热量计算（图1）蒸发器设计蒸发状态参数见表1。
关于多效降膜式蒸发器的工作原理及应用要点
关于多效降膜式蒸发器的工作原理及应用要点多效降膜式蒸发器是一种常用于低浓度溶液浓缩的设备，并且在化工、制药、食品加工等行业有广泛应用。
它的工作原理是基于多级蒸发的原理，通过利用供热的蒸汽对溶液进行加热，使其部分蒸发，使得浓缩液和蒸汽分离。
以下将详细介绍该设备的工作原理及应用要点。
工作原理：多效降膜式蒸发器是以提高蒸发效率为目标的一种设备。
其工作原理基于温差传导和传质传导的原理。
1.热能传导：通过蒸汽对溶液进行加热传递热能，使溶液局部升温。
2.温差传导：由于多效降膜式蒸发器通常有多个蒸发器单位组成，其中较高级的蒸发器单位的蒸发温度较低级的蒸发器单位低，形成了温差，使得溶液在相邻级之间通过导热底板传导，实现能量转移。
3.传质传导：由于溶液中的溶质浓度不均匀，较浓的溶液在温差传导的作用下向低浓度的溶液扩散，实现了传质传导。
应用要点：1.节能高效：通过多效的设计，多效降膜式蒸发器能够高效利用能量，并将蒸发过程分解成多个级别，从而提高蒸发效率，降低能耗。
2.产品质量好：多效降膜式蒸发器能够高效地蒸发溶液中的溶质，并避免了常规蒸发器中因溶质浓度梯度不均匀导致的结晶问题，从而得到更纯净的产品。
3.适应性强：多效降膜式蒸发器适应性广泛，可以用于各种浓度的溶液的蒸发浓缩，可根据不同工艺要求调整蒸发器的级数和底板结构。
4.操作稳定：多效降膜式蒸发器具有良好的自动调控性能，通过控制进料流速、蒸汽压力、温度等参数，可以稳定控制设备的操作，提高生产效率。
5.简化工艺流程：多效降膜式蒸发器能够将多级的浓缩过程集成在一个设备中，简化了工艺流程，减少了设备占地面积。
总之，多效降膜式蒸发器通过多级浓缩的方式，利用蒸汽的热能传导、温差传导和传质传导的原理，高效地蒸发浓缩溶液，适用于多种工业领域。
它具有节能高效、产品质量好、适应性强、操作稳定和工艺流程简化等优点，为生产过程提供了便利，具有重要的应用价值。
用于浓度较高料液蒸发的三效降膜式蒸发器换热面积的计算
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ０ １ ５
文献标志码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ７ ． ７ ８ ７ ｌ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － ０ ０ ７ ２ — ０ ３
蒸发 料液 浓 度越 高 ，蒸发 就越 困难 ，蒸 发 面积 也 随 之增 大 ，麦芽 糖 浆一 般蒸 发浓 度较 高 ，不 过这 种料 液 的 特点 是随 着温 度 的升 高粘 度在 降 低 ，其蒸 发 面积要 比蒸 发一 般 料 液 的 大 ，仅 以 ＭＮ Ｊ Ｍ０ ３ — ３ ２ ０ ０型 三 效 降 膜式 蒸发 器在 麦芽 糖浆 生产 中 的设 计及 应用 为例 进行 阐述 。
ｅ ｖ ａ ｐｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｍａ ｌ ｔ ｓ ｙｒ ｕ ｐ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｈ ｉ ｇ ｈ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｍａ ｌ ｔ ｓ ｙ ｕ ｐ；ｔ ｒ ｈ ｅｅ ｒ — ｗａ ｙ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｌ ｍ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ；ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ
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饮 料 工 业
机械装备 ※
用于浓度较高料液蒸发的三效降膜式
蒸发器换热面积的计算
刘殿 宇
（ 华 禹 乳 品 机 械 制 造 有 限 公 司 ，黑龙 江 摘 安达 １ ５ １ ４ ０ ０ ）
要 ：蒸 发 料 液 浓 度 越 高 ， 蒸 发 就越 困难 ， 蒸发面积也随之增大 ， 麦芽糖浆一 般蒸发浓度较高 ， 不 过 这 种 料 液 的特
多效降膜式蒸发器的工作原理及相关要点
多效降膜式蒸发器的工作原理及相关要点发布时间:2009-11-24 21:17:16 文章来源:《中国制药装备》[关键词]:多效降膜式蒸发器【打印】范建兵（常熟市春来机械有限公司，江苏常熟 215556）摘要：从降膜式蒸发器的概述入手，阐述了多效降膜式蒸发器的结构，并对多效降膜式蒸发器的工作原理、流程及相关要点作了探讨。
关键词：降膜式蒸发器；多效；工作原理；流程；相关要点蒸发（或称浓缩）是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液进行蒸发浓缩的过程，主要是利用加热作用使溶液中一部分溶剂汽化而获得。
蒸发工艺在制药生产中应用较多，如中药生产方面是将提取液进行蒸发浓缩而得到浓缩液或流浸膏，又如在抗生素生产中蒸发操作用于发酵滤液、树脂洗脱液以及各种提取液的浓缩。
蒸发设备一般称为蒸发器，其构造与种类繁多，而且其发展历史久远。
从操作方式可分为单效蒸发、多效蒸发和直接接触蒸发；按流体循环方式可分为不循环型蒸发、自然循环型蒸发、强制循环型蒸发、刮膜式蒸发及离心式薄膜蒸发。
设计时针对不同的物料用不同的蒸发器。
正确的应用不仅能提高产品的质量，又能节能降耗、降低生产成本、提高经济效益。
其中，降膜式蒸发器是现代蒸发技术中常见的单元操作，本文将对多效降膜式蒸发器的特点及相关要点作一探讨。
1 降膜式蒸发器概述1.1 降膜式蒸发器简介工作原理：物料由加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。
在管内被加热汽化，被汽化的蒸汽与液体一起由加热管下端引出，经气液分离后即得到浓缩液。
在降膜式蒸发器的操作过程中，由于物料的停留时间很短（约5～10 s），而传热系数很高，因此其较广泛地应用于热敏性物料，也可以用于蒸发粘度较大的物料，但不适宜处理易结晶的溶液。
1.2 降膜式蒸发器与升膜式蒸发器比较降膜式蒸发器与升膜式蒸发器的性能比较如表1所示。
表1 降膜式蒸发器与升膜式蒸发器的性能比较总传热系数类型造价稀溶液高粘度溶液在管内的流速/（m/s）停留时间完成液浓度能否恒定降膜式廉良好高0.4～1短尚能升膜式廉高良好0.4～1短较难浓缩处理对溶液性质的适应性比量稀溶液高粘度易生泡沫易结垢热敏性有结晶析出高大较适好适不适良好不适高大适尚好好尚适良好不适2多效降膜式蒸发器的结构多效降膜式蒸发器由蒸发器、分离器、预热器、冷凝器、凝水罐、循环泵等部件组成，其结构如图1所示。
三效降膜蒸发器参数
三效降膜蒸发器参数
三效降膜蒸发器参数是用来评估效果的重要参数。
一、位置系数
1、当量位置系数：为了衡量蒸发器的效率，我们通常用当量位置系数（定性系数）来衡量，它是由介质流量、温度差和传热面积之间的关系给出的，一般情况下，该参数越大，表示蒸发器越高效；
2、换热位置系数：换热位置系数表示介质换热效率，用于衡量多孔介质包覆蒸发器传热性能，记录蒸气温度落差，换热性能是蒸发器制造质量的一个重要指标，只有位置系数达到要求，才能保证蒸发器达到设计要求；
二、表面控制系数
1、分段系数：分段系数用于衡量多孔介质在表面控制上的效果，表示多孔介质与非反射表面之间的关系，分段系数越大，则更合理的利用多孔介质的特性，尤其是表面大气受热消散，改善蒸发器的热性能；
2、传热抗折系数：将蒸发器传热支架材料称为传热抗折系数（环境抗折系数），它可以用来衡量蒸发器的热承载能力，越大表示不受环境
影响的热传导损失越小；
三、内效率
1、内部蒸发效率：蒸发器内部蒸发效率是描述蒸发器效率的指标，反
映了蒸气在蒸发器内部蒸发而不会受到杂质和外界温度影响的能力，
是保证蒸发器正常运行的关键因素之一；
2、蒸汽凝结效率：凝结效率指标反映出蒸汽凝结时使用的条件，进而
得到凝结面积和凝结效率，凝结效率越高，则表示蒸汽凝结能力越强，凝汽效果也越好；
3、蒸发器温度差：蒸发器的温度差表示蒸汽的热负荷（热量/单位时间），温度差越大就表示热量输出率与当量热效率较高，但若温度差
过大，则会诱发蒸汽膜的过冷现象，影响使用寿命。
11吨四效降膜蒸发器方案技术文件(11t蒸发器设计计划书)
11吨四效降膜蒸发器方案技术文件目录一、公司简介二、盐的性质用途及蒸发时对应沸点三、工艺的确定及设备选型及材质选择依据四、物料及热量平衡计算五、四效结晶蒸发器技术参数及供货范围六、结晶蒸发器工艺说明七、蒸发器制作标准及规范八、质量及售后服务承诺书一、公司简介机械有限公司是隶属于市工业综合开发区的股份制高新技术企业，专业提供乳品、食品、饮料、果蔬汁（浆）、酿造、制药、生物工程、精细化工等领域的成套设备，及污水处理、海水谈化、制盐工业、番茄酱、果酱、淀粉等行业的浓缩结晶和干燥设备。
提供工艺设计、机械制造、安装调试、技术培训等一条龙的交钥匙工程服务。
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蒸发器温度过高的原因
多效降膜蒸发器的应用领域广泛，尤其在乳品工业中的应用也十分普遍。
牛乳是热敏性物料，蒸发器蒸发温度过高会破坏其有益元素，尤其是多效降膜式蒸发器，物料在设备中的停留时间相对较长，各效蒸发温度就更不宜过高。
蒸发器温度高出现的原因与下述因素有关：物料与热量计算不守恒；设备漏气严重；冷凝器换热面积小、冷却水量不足或冷却水温过高；冷凝器结垢严重；真空泵吸气量不足。
本文仅以RNJM03-5000型三效降膜式蒸发器在乳粉生产中的应用为例加以阐述。
1 、物料与热量计算不守恒物料与热量计算不守恒导致各效蒸发面积计算不正确，当直接采用一次蒸汽加热时，一效换热面积过大，二效三效换热面积过小，特别是二效换热面积过小时就会导致各效蒸发温度过高。
RNJM03-5000型三效降膜式蒸发器各效蒸发面积分别是125㎡、63㎡、62㎡，正常的蒸发温度分别是 70～72℃、57～65℃、45～55℃，非正常的蒸发温度分别是78～82℃、70～75℃、55～60℃。
蒸发温度过高选取最佳的稳定剂配方。
卫生指标的检测总菌数为3.86×10 个/mL；大肠菌群为0；致病菌未检出。
说明热量过剩，即热量计算不守恒，其后果是导致各效结焦严重，导致乳蛋白变性，因此，生产出的乳粉做冲调复原实验时，就会有大量白点上浮和黑点沉积。
乳粉生产的多效降膜式蒸发器更不能按等面积原则进行设计，否则结焦现象更严重。
2 、设备漏气严重为了降低料液的沸点温度从而提高蒸发速率，多效降膜式蒸发器都是在真空减压状态下工作的，蒸发温度高的另一个原因是设备漏气严重。
老式的蒸发器中，二次蒸汽管道两端与效体分离器的连接，下器体与效体的连接，分离器方接口与下器体方接口的连接均采用法兰式可拆卸连接，胶垫极易老化，漏气严重，真空度难以保持，查找漏点困难，因此各效蒸发温度不稳定且降膜管底端（下管板处）结焦、结垢严重。
近几年，大多数蒸发器上述几处已由原来的可拆卸式连接改为焊接式结构，在使用过程中真空度高，机器运转稳定，末效分离器真空度多在0.080～0.085MPa之间，其蒸发温度较低，结垢、结焦现象大大降低。
多效降膜式蒸发器各效压强的分配及注意事项
多效降膜式蒸发器各效压强的分配及注意事项刘殿宇(华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江安达151400)摘要：多效降膜式蒸发器各效的压强不同．在设计计算时是先假定蒸汽通过各效的压强降相等，然后确定出各效壳程的蒸汽压力及二次蒸汽的温度。
以此为依据进行下一步的计算。
而实际应用过程中可能与计算有所差异，这是因为在操作条件一定时也即在一定的总蒸发水量，一定的加热压强和冷凝器中的压强下，各效的压强也系确定，系根据操作情况自动调节，不能任意指定。
这种假定还有一些影响因素没有考虑进去。
仅以R N JM03-8000型三效降膜式蒸发器在奶粉生产中的应用进行了阐述。
关键词：多效降膜式蒸发器；各效压强分配；影响因素；注意事项di s t r i but i on and t he m a t t e r s needi ng at t ent i onLI U D i a n—yu(H uaY u dai ry m a chi ner y m anuf act ur i ng C O．，LTD．，hei l ongj i ang a nda151400，Chi na)A bst r a ct：M ul t i-e f f ec t f al l i ng f i l m eva por at or i s di ff er ent，t he eff ect of t he pr e ssu r e i n t he de si gn and cal cul at i o n i s t o as s u m e t hat w he n t he s t e am pr essur e dr op t hr ough t he ea c h eff ect i s equal，t he n i dent if y t he s hel l s i de of t he eff ect of s t e am pr essur e and t he t e m pe r a t ur e of t he s ec onda r y s t eam．O n t hi s basi s f or f ur t her ca l cul at i ons．M ay and cal cul at i o n and pr act i cal appl i cat i on pr o—ces s，t hi s i s bec a us e t he oper at i ng condi t i ons w hen a cer t ai n m eans w i t hi n a cer t ai n t ot a l eva por a-t i on of w at er，t he pr essu r e of cer t ai n hea t i ng and pr essur e i n t he conde nser，a l so det er m i ne t he eff ect of t he pr e ssur e，aut om at i cal l y adj ust ac cor di ng t o ope r at i on condi t i on，c an no t arbi t r ari l y s peci f i ed．T h i s a ss um es t hat t her e ar e s om e f act or s no t t aken i nt o acc ount．T r i pl e eff ect onl y w i t h R N J M03-8000t ype f al l i ng f i l m eva por at or i n t he appl i cat i on f or t he m i l k pow der pr oduct i on．K ey w or ds：m ul t i-ef f ect f al l i ng f i l m evapor at or；,T he eff ect of pr e ssu r e di st r i bu t i on；I nf l uenci n gf act or s；M at t er s nee di ng at t ent i onO前言多效降膜式蒸发器各效的压强不同，在设计计算时是先假定蒸汽在通过各效的压强降相等，然后确定出各效壳程的蒸汽压力及二次蒸汽的温度。
双效降膜蒸发器说明
双效降膜蒸发器说明：适用范围单效或多效降膜蒸发器，适用于牛奶、葡萄糖、淀粉、木糖、制药、化工、生物工程、环保工程、废液回收等行业进行低温连续式蒸发浓缩，具有传热效率高，物料受热时间短等主要特点，所以特别适用于热敏性、粘滞性、发泡性等物料。
系统组成各效加热蒸发器、各效分离器、冷凝器、热压泵、杀菌器、保温管、真空系统、各效料液输送泵、冷凝排水泵、操作平台、电器仪表控制柜及阀门、管路等系统组成。
降膜主要特点：1．设备整个加I热系统由于蒸汽加热均匀、料液为液膜式流动蒸发，所以具有传热效率高加热时间短等主要特点。
如再配置热压泵，更具节能降耗，蒸汽耗量低、冷却水循环量低等优点。
2物料沿管内壁向下加速加压流动蒸发，适应粘度较大的料液蒸发浓缩。
3由于物料在每根管内成膜状蒸发，料液加热时间非常短，所以特别对食品蒸发浓缩非常有利，较大的保存了食品的营养成份。
4蒸发过程在真空作用下，既保证了物料的卫生要求，同时保证了环保要求，同时大大降低了蒸发温度，加上配置热压泵，部份二次蒸汽经热压泵重新吸入与生蒸汽混合，既节约了生蒸汽，同时由于通过热压泵的蒸汽呈喷射雾状进入加热壳体，蒸汽迅速扩散，料液加热温和，所以适合热敏性物料的浓缩。
5设备适用于发泡性物料蒸发浓缩，由于料液在加热管内成膜状蒸发，即形成汽液分离，同时在效体底部，料液大部份即被抽走，只有少部份料液与所有二次蒸汽进入分离器强化分离，料液整过程没有形成太大冲击，避免了泡沫的形成。
6对于食品蒸发浓缩，设备可同时具备杀菌功能，物料先经预热，然后进入杀菌器，达到94度以上，维持24秒左右，即进入一效效体，物料迅速闪蒸，温度瞬间下降。
7设备可配备CIP清洗系统，实现就地清洗，整套设备操作方便，无死角。
8．设备连续进出料。
9．设备可配置自动化系统，实现进料量自动控制，加热温度自动控制，出料浓度自动控制，清洗自动控制，还可配备突发停电、故障时对敏感性物料的保护措施。
其它安全、报警等自动化操作、控制。
三效并流蒸发器的换热面积计算
三效并流蒸发器的工艺设计和换热面积计算一．设计参数：处理量（㎏/h ）4500，初始温度为20℃，初始浓度5%， 完成液浓度为40%，加热蒸汽压强为5at(绝压)，末效真空度为600mmHg(表压)，试计算所需的蒸发器的传热面积。
二．设计方案： 1.总蒸发量计算：W=F(1-X 0/X 3=4500(1-0.05/0.40)=3937.5㎏/h 2.各效蒸发量初步估算： 假设：W 1:W 2:W 3=1:1.1:1.2 W=W 1+W 2+W 3=3.3W 1=3937.5 W 1=1193㎏/h W 2=1312㎏/h W 3=1432㎏/h 3.估算各效浓度： X 1=1W -F X F =(4500×0.05)/(4500-1193)=0.068 X 2=4500×0.05/(4500-1193-1312)=0.113 X 3=0.44.分配各效压强假设各效间压降相等的原则进行分配 P 1=5×98.07+101.33=592KPa P K =101.33-600×133.32×10-3=21KPaΔP=(592-21)/3=571/3=190KPa则各效蒸发室的压强（二次蒸汽压强）为：P1/=P1-ΔP=592-190=402KPaP2/=P1-2ΔP=592-2×190=212KPaP3/=P K=21KPa由各效二次蒸汽压强查水蒸汽表可得相应的二次蒸汽温度和气化潜热如下表：5.计算各效传热温度差损失：（一）、由于蒸汽压下降引起的温度差损失Δ/根据二次蒸汽温度和各效完成液的浓度，由氢氧化钠的杜林线图可查的各效溶液的沸点分别为：沸点：t a1=146℃ t a2=125℃ t a3=87℃由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失为：Δ1/=146-143.6=2.4℃Δ2/=125-121.9=3.1℃Δ3/=87-60.7=26.3℃∑∆/=2.4+3.1+26.3=31.8℃(二)、由于静压强引起的温度差损失P m=p/+ρg L/2取液位高度为2米（即加热蒸汽管长度）由溶液的沸点和各效完成液的浓度查表可得各效溶液的密度ρ1=991㎏/m3ρ21056㎏/m3ρ31366㎏/m3P1=402+991×9.81×2/2/1000=412KPaP2=212+1056×9.81×2/2/1000=222kpaP3=21+1366×9.81×2/2/1000=34kpa对应的各效溶液（水）的温度分别为：144.4℃ 123.3℃ 69.9℃∑∆//=t m/-t pΔ1///=144.4-143.6=0.8℃Δ2///=123.3-121.9=1.4℃Δ3///=69.9-60.7=9.2℃∑∆//=0.8+1.4+9.2=11.4℃(三)、流动阻力引起的温度差损失Δ///∑∆///=06.计算总温度差损失∑∆=31.8+11.4=43.2℃7.计算总传热温度差∆t=T 1-T K -∑∆=158.1-60.7-43.2=54.2℃1、 计算各效溶液的沸点及各效加热蒸汽的温度一效：t 1=T I /+ΔI =143.6+2.4+0.8=146.8℃ ： t 2=121.9+3.1+1.4=126.4℃ :t 3=60.7+26.3+9.2=96.2℃T2=t 1-(△1/+△1//+△1///)=146.8-3.2=143.6 T3=△t 3+t 38.计算加热蒸汽消耗量及各效蒸发水分量 解方程组： W 1=1428㎏/h W 2=1420㎏/h W 3=1091㎏/h D 1=1508㎏/h9.估算蒸发器的传热面积it ∆⨯=i ik Q Si Δt 1=T 1-t 1=158.1-146.8=11.3℃ 假设各效传热系数： K 1=1800W/(m 2k) K 2=1200 W/(m 2k) K 3=600 W/(m 2k)Q 1=D 1×R 1=15.8×2093×103/3600=8.77×105WQ 2=1428×2138×103/3600=8.48×105W Q 3=8.68×105W S 1=43.1m 2 S 2=41.1m 2 S 3=56.3m 2 10.有效温度差再分配∑∆∆+∆+∆=tt S t S t 332211S S =48.7m 2=∆1t 43.1/48.7×11.3=10℃ =∆2t 41.1/48.7×17.2=14.5℃ =∆3t 56.3/48.7×25.7=29.7℃11.重新计算各效浓度 X 1=0.073 X 2=0.136 X 3=0.412.计算各效溶液的沸点及相应的焓值13.计算各效蒸发量 解方程组： W 1=1444㎏/h W 2=1393㎏/h W 3=1101㎏/h D=1523㎏/h14.计算各效传热面积 Q 1=8.85×105 S 1=49.2m 2 Q 2=8.54×105 S 2=49.1M 2 Q 3=8.47×105 S 3=47.5M 2m axm in S S -1=1-47.5/49.2=0.0346＜0.05 取平均面积S=(49.2+49.1+47.5)/3=48.6M 2 取S=1.1S=53.46=[54M 2]经实际使用，按此原理进行计算的结果符合实际的需要。
多效降膜式蒸发设备设计的几个问题
・11・第3期由于降膜式蒸发设备可以蒸发粘度较大,粘度在50～400cP范围内的溶液(蒸发过程不结垢、无晶体析出)都可以采用这种蒸发设备。
此外这种蒸发设备还具有热效率高、蒸汽利用率高、物料受热时间短及流速快等特点,可广泛应用于热敏性物料乳品及蛋品等的蒸发浓缩上。
特别是近几年来在玉米深加工上已取得了成功的应用,如用于玉米浸泡液、葡萄糖浆及麦芽糖浆的蒸发浓缩还具有不易增色、变质和结焦的优点。
另外在化工制药如维C蒸发浓缩上也取得了良好的应用效果。
因此作为双效尤其是三效降膜式蒸发设备已被广泛应用于乳品、淀粉糖、化工及制药工业上。
1结构特点及主要工艺参数PT N JM O3-6300型三效降膜式蒸发设备。
其结构特点为:凡与物料接触部位均采用316L不锈钢制造,二效出料各效效体、分离器及二次蒸汽管全部采用50mm厚的岩棉毡保温,采用热压泵抽吸一效二次蒸汽加热一效蒸发器,主要工艺参数为:生产能力:6300k g/h;进料浓度:35%;出料浓度:75%;进料粘度:4CP;出料粘度:100cP;进料温度:50℃;PH值:5～5.6。
2蒸发设备的选型及流程的确定选用何种蒸发设备是由物料的性质决定的。
在淀粉糖工业上所使用的降膜式蒸发设备多为三效降膜式蒸发设备,如葡萄糖浆浓缩前浓度一般在30～35%,经过浓缩后多在75～80%之间。
采用多效蒸发比较容易达到蒸发浓度不需要重复蒸发操作。
其次是二次蒸汽得到了充分利用,节省能源。
此外葡萄糖浆的加热温度都比较高,一般一效加热温度都在90～95℃之间,末效蒸发温度不低于50℃。
PT N J2 M O3-6300型三效降膜式蒸发设备各效加热、蒸发及物料温度、蒸发量分配见表1。
为了降低葡萄糖的出料粘度,提高末效的传热系数,使料液随浓度增高温度也增高,一般都采用混流加料法或完全的逆流加料法进料。
如果采用并流加料法,则末效的蒸发温度不宜过低,一般不低于50℃。
过低的温度不利于蒸发。
表1各效加热温度、蒸发温度、出料温度及蒸发量分配项目效数加热温度℃蒸发温度℃出料温度℃蒸发量k g/h Ⅰ9580843500Ⅱ8065751310Ⅲ65505514903热量衡算中的几个问题(1)在计算各效蒸发耗热时,其中热损失不能忽略不计,因这部分热量约占效体内总热量的5～6%。
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用迭代计算法（1） 根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（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、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器）、流程和效数。
（2） 根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的组成。
（3） 根据经验，假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。
（4） 根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。
（5） 根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，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3）至（5），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。
（二） 蒸发器的计算方法下面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.估值各效蒸发量和完成液组成总蒸发量 （1-1）在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和W = W 1 + W 2 + … + W n （1-2）)110x x F W -=（任何一效中料液的组成为（1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即（1-4）对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。
例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5）以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ；W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ；F — 原料液流量，kg/h ；x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。
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，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。
即（1-6）式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ；— 第一效加热蒸汽的压强，Pa ；— 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。
多效真空降膜蒸发器的热量衡算
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： n W W W W +∙∙∙++=21 (h kg /)对溶液中固体进行物料衡算：n x W S x W W S x W F Fx )()()(221110-=∙∙∙=--=-=由此得总蒸发量：)1(0nx x F W -= (h kg /) 任一效(第1效)中溶液的浓度 (即i 效的出料浓度)：%100210⨯----=ni W W W F Fx x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 （h kg /）：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 H2、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：h kg F /：原料液流量，； h kg W /：总蒸发量，的浓度，质量分率：原料液及各效完成液n x x x ,,,10 ； C 0︒：原料液的温度，t ；C t t t n ︒：各效溶液的沸点， ,,21；h kg D /1蒸汽）消耗量，：第一效加热蒸汽（生；：生蒸汽的压强，Pa p 1C 1︒：生蒸汽的温度，T ；C T T T n ︒，：各效二次蒸汽的温度''2'1,, ；；：末效蒸发室的压强，Pa p n 'kgkJ r r r n /,,,21潜热，：各效加热蒸汽的汽化 ；汽的焓，：生蒸汽及各效二次蒸kg kJ H H H H n /,,''2'11；的焓，：原料液及各效完成液kg kJ h h h h n /,,,,210 221,,,m S S S n ：各效蒸发器的面积，表示效数的序号，，下标n ,21一般工厂多采用沸点进料，则vV L t KA L Q W D 1∆==≈（Lv 为相应温度下的汽化潜热。
多效蒸发器有效传热温差的计算方法及其分配原则
多效蒸发器有效传热温差的计算方法及其分配原则
谭志明
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】1990(000)001
【摘要】本文分析了温差损失的原因,介绍了有效传热温差的计算方法及分配原则,重点对静压引起的温差损失的计算进行了讨论,并对各种原则进行了比较。
【总页数】6页(P51-56)
【作者】谭志明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.52
【相关文献】
1.多效降膜式蒸发器换热面积分配原则 [J], 刘殿宇
2.基于ART网络算法的多效蒸发器温差分配 [J], 戈志华;李永华;韩爽
3.广州地铁大温差冷水机组蒸发器传热面积核算 [J], 唐增良
4.多效蒸发器有效传热温差的计算及其分配原则 [J], 谭志明
5.多效蒸发过程的最佳温差分配原则 [J], 尚希禹;刘悦;赵玉珍;朱宝娟
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工作蒸汽 0.7146
165
一效加热 0.06372
87
二效加热 0.03913
75
三效加热 0.02227
62
三效蒸发 0.009771
45
冷凝器壳程 0.009771
45
0.2725 2.629 4.133 7.043 15.28 15.28
493.5 547.1 554.3 562.0 571.8 571.8
期
各效有效温差外，还可以采用非等压强降的方法分配各
1） 物料介质：果汁 2） 进料质量分数：10% 3） 进料温度：20℃
效的有效温差。采用这种分配方法可以达到所希望某效
4） 出料质量分数：38%～40%
收稿日期：2014-10-27 作者简介：刘殿宇（1962—），男，高级工程师，研究方向为乳品机械，轻化工机械。E-mail：ldy620519@
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２０１４
机械与装备
5） 物料比热：3.9kJ（/ kg·℃） 6） 各效热损失按 6%计入 7） 蒸发状态参数
表 1 蒸发状态参数 Table 1 Parameter of evaporation
项目 参数 压力 /MPa
温度 /℃
比容 m3/kg
汽化热 / （kcal/kg）
焓/ （kcal/kg）
kg/h；2 效：644kg/h；3 效：597kg/h。各效占总蒸发量
饮料工业
质 量 百 分 数 ： 1 效 ： 61.2% ； 2 效 ： 20.1% ； 3 效 ： 18.65% 。 为 减 少 末 效 换 热 面 积 ， 假 定 一 效 蒸 发 温 度 为 75℃，二效蒸发温度为 62℃，三效蒸发温度为 45℃。
常压下沸点按下式进行估算 （以下同）： Δa=0.38e0.05+0.045B Δa=0.38e0.05+0.045B=0.38×e0.05+0.045×17.2=0.38×2.26=0.86℃ 操作压强下的沸点升高分别是： 1 效： Δ9=fΔa=[0.0038（75+273）2/554.3]×0.86=0.71℃ 管道温度损失按 1℃计算 （以下同），1 效沸点温度 为 77℃ 2 效： Δ9=fΔa=[0.0038（62+273）2/562.0]×1.19=0.903℃ 2 效沸点温度为 64℃ 3 效： Δ9=fΔa=[0.0038（45+273）2/571.8]×2.42=1.63℃ 管道温度损失按 1.5℃计算 （以下同），三效沸点温 度为 48℃ 沸点温度：1 效沸点：77℃；2 效沸点：64℃；3 效 沸点：48℃。 有效温差： 1 效：Δt1=87-77=10℃. 2 效：Δt2=75-64=11℃. 3 效：Δt3=62-48=14℃. 1.3 热量衡算 用于一效加热的蒸汽耗量按下式计算[3]： D1R1=W1r1+SC（t1-t0）+Q1-q1+q91 用于一效加热的蒸汽耗量：
to different effect.
Keywords: multi-effect falling film evaporator；effective temperature difference distribution；heat exchange area；
impact
中图分类号：TQ056.8
D=2181kg/h
卷
μ—喷射系数，这里 μ=1.35
第
则：G0=2181（/ 1+1.35）=928kg/h
11
用于一效加热的一效二次蒸汽量为：
期
2181-928=1253kg/h
用于二效加热的一效二次蒸汽量及热量分别为：
1959-1253=706kg/h
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饮料工业
706×554.3=391335.8kcal/h
文献标志码：A
文章编号：1007-7871（2014）11-0048-05
多效降膜式蒸发器各效换热面积是依据物料及热量 理想的面积。仅以 GNJM03-3600 型三效降膜式蒸发器
衡算确定的，而热量衡算中的有效温差在各效的分配决 在果汁上的应用，阐述换热面积在各效的分配。
年
定了换热面积的大小。随着蒸发的进行物料浓度的升
heat balance calculation determines the size of the heat exchange area. Effect of increased material concentration and
boiling point during the process of evaporation often lead to the increases of effect area. Material at the end of effect is
D=
1959×554.3-4267×0.933（82-77）+59716.7 547.1
×1.06
=2181kg/h
这里喷射系数：μ=1.35
G0+μG0=D
２０１４
G0=D（/ 1+μ）
式中：
年
G0—饱和生蒸汽量，kg/h
第
D—一 效 蒸 发 器 加 热 蒸 汽 总 量 ， kg/h。 这 里
17
660.0 634.1 629.3 624.0 616.8 616.8
本例采用并流加料末效出料，物料经过四个预热级 将物料预热至沸点以上温度进料。采用热压缩技术即热 泵抽吸一效二次蒸汽作为一效的一部分加热热源，如图 图 1。
1.一效；2.热泵；3.分离器；4.二效；5.三效；6.预热器；7.冷凝器；8.平衡缸； 9.物料泵；10.真空泵；
降膜管的规格为：&50×1.5×7950 （mm）
管子根数：
n=92.69（/ 0.0485×π×7.950=76.56 根 取 77 根
周边润湿量 （上）：
G9=4267（/ 0.047×π×77=375.5kg（/ m·h） 二效换热面积
年
F=
Q k△t
第
17
这里 Q=644×562-（4267×0.933-1959×1）（77-64）
图 1 GNJM03-3200 三效降膜式蒸发器 Fig.1 GTNJM03-3200 Three-effect falling fill evaporator
1.2 物料衡算 进料量：S=3200×40（/ 40-10）=4266.67kg/h
取 4267kg/h 出料量 S9=4267-3200=1067kg/h 物料预热计算 Q1=4267×0.933（25-20）=19905.6kcal/h Q2=4267×0.933（39-25）=55735.6kcal/h Q3=4267×0.933（53-39）=55735.6kcal/h Q4=4267×0.933（67-53）=55735.6kcal/h Q5=4267×0.933（82-67）=59716.7kJ/h 各效蒸发量分配为 （多次试算而得）：1 效：1959
高，还有沸点升高的影响，对有些物料影响明显，往往 1 有效温差从小到大分配
第
17
导致末效面积增大，物料到了末效还面临降膜管周边润
卷
湿量不足的问题，对并流加料末效出料的多效来说，减 1.1 主要技术参数及结构特点
第
小末效换热面积无疑可以起到增大降膜管周边润湿量减
11
缓结垢结焦的的发生[1-3]。除了采用等压强降的方法分配
also facing the problem of insufficient wetting around the tube. To cut down effect hear exchange area will no doubt
solve the above problem and reduce scaling and coking. This paper illustrates how to allocate effective heat difference
Abstract: The heat exchange area of different effect of multi-effect falling film evaporator the effect is determined
according to the material and heat balance，and the allocation of effective temperature difference in different effect via
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机械与装备
三效换热面积 F= Q
k△t 这里 Q=597 ×571.8 -（4267 ×0.933-1959 ×1 -644 ×1）（64 -48）
=287970.8kcal/h k=750kcal/m2·h·℃ F= 287970.8 =27.43m2
750×（62-48） 管子根数： n=27.43（/ 0.0485×π×7.950=22.66 根 取 23 根 周边润湿量： G0=1664（/ 0.047×π×23）=490.23kg（/ m·h） 末效周边润湿量安全 这样分配有效温差可使末效换热面积变小，降膜管 周边润湿量增大，可以不用分程蒸发即可正常进行。二 效的加热温度较高，适当将面积向二效分配其有效温差 的分配又将发生变化。
]×1.06
=361723.37kcal/h
361723.37÷361928=0.999
不再试算
1.4 各效换热面积计算
一效换热面积
F=
Q k△t
这里 Q=1959×554.3-4267×0.933（82-77）
=1065968.15kcal/h
k=1150kcal/m2·h·℃