多效降膜式蒸发器换热面积分配原则

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
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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。
二效热量衡算式[3]：
D2R2=W2r2+（SC-W1CP）（t2-t1）+Q2-q2+q92 二效蒸发所需热量：
Q=[644×562-（4267×0.933-1959×1）（77-64）+55735.6-
2181×（87-75）×554.3 629.3
]×1.06
=390422.74kcal/h
390422.74÷391335.8=0.997
卷
=335640.56kcal/h
k=900kcal/m2·h·℃
第
11
F= 335640.56 =33.89m2 900×（75-64）
期
管子根数：
n=33.89（/ 0.0485×π×7.950）=27.8 根 取 28 根
周边润湿量：
G0=2308（/ 0.047×π×28）=558.5kg（/ m·h）
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
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
49
２０１４
饮料工业
706×554.3=391335.8kcal/h
2 有效温差的调节
适当增大一效有效温差，减小二效有效温差。其他 参数不变重新分配各效有效温差，看其面积变化情况。
表 2 蒸发状态参数 Table 2 Parameter of evaporation
项目 参数 压力 /MPa 温度 /℃
比容 汽化热 /
焓/
（m3/kg） （kcal/kg） （kcal/kg）
三效的热量衡算式[3]：
D3R3=W3r3+（SC-W1CP-W1CP）（t3-t2）+Q3-q3+q93 用于三效加热的热量：
644×562=361928kcal/h
三蒸发所需热量：
Q=（597×571.8-（4267×0.933-1959×1-644×1）（64-48）
+55735.6-
2887×（75-62）×562.0 624
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：
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
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；
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
to different effect.
Keywords: multi-effect falling film evaporator；effective temperature difference distribution；heat exchange area；
impact
中图分类号：TQ056.8
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@163.com
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
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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）
工作蒸汽 0.7146
165
一效加热 0.06372
87
二效加热 0.03463
72
饮料工业
机械与装备
多效降膜式蒸发器换热面积分配原则
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
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
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
]×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·℃
F= 1065968.15 =92.69m2 1150×（87-77）
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Biblioteka Baidu
F=
Q k△t
第
17
这里 Q=644×562-（4267×0.933-1959×1）（77-64）
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℃。
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
Heat Transfer Area Allocation Principles of Multi-Effect Falling Film Evaporator
LIU Dian-yu （I-Mate Dairy Machinery Manufacturing Co.，LTD.，Anda 151400，China）