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(0

n

x 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

⨯----=

n

i 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 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：

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 1

C 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 '

kg

kJ 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v

V L t KA L Q W D 1

∆=

=≈（Lv 为相应温度下的汽化潜热。）

对每一效列如下方程：

'111110111)(H W h D h W F Fh H D w ++-=+ （1）

'

2

2222111222)()(H W h D h W W F h W F H D w ++--=-+ (12W D =) （2） '

3

333321221333)()(H W h D h W W W F h W W F H D w ++---=--+ （23W D =） （3） 如对方程(1)变换

'1111110)()(H W h W F h H D Fh w +-=-+ （4） 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。

000t c h p =及111t c h p =

C p1，C p0---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11r h H w =- r 1—生蒸汽的汽化热，kJ/kg

代入（4）得到：'111111100)(H W t c W F r D t Fc p p +-=+ 有单效蒸发的热量恒算得到：

'11011)(H W Fc c W F p p -=- '11'1r t c H pw ≈-

'1r --第一效中二次蒸汽的汽化热 则：'1101111)(r W t t Fc r D Q po +-==

'221210222))((r W t t c W Fc r D Q pw p +--=='221210222))((r W t t c W Fc r D Q pw p +--==

'11210))((i i i i pw i pw pw p i i i r W t t C W C W C W FC r D Q +-----==--

同理：逆流流程热量衡算如下：

对每一效列如下方程：

11'1321'1113211)()(w h D h W W W F H W h W W F H D +---+=--+

22'

232'222322)()(w h D h W W F H W h W F H D +--+=-+ 33'33'33333)(w h D h W F H W Fh H D +-+=+

其中12W D = 23W D = 经变换得到：

'112123211)()(r W t t C W W F r D p +---= '22323322)()(r W t t C W F r D p +--= '3303033)(r W t t FC r D p +-=

经变换求得加热蒸汽消耗量D 和各效蒸发量W 1、W 2 、… 、W n 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 1=120.2℃,查得绝对压强为200kPa(P 1) 末效冷凝器的温度T k =60.1℃ 绝对压强为20kPa(P k ), 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 o /X 1)=25137.59×(1-29.15%/70%)=14669.58kg/h 假设各效蒸发水量相等

故W 1=W 2=W 3=W 4= W 5＝W/5= 2933.16kg/h (101)计算各效排出液浓度: