正航仪器技术详细介绍多效蒸发的计算

正航仪器技术详细介绍多效蒸发的计算

    多效蒸发计算中，已知条件是：原料液的流量、浓度和温度；加热蒸汽(生蒸汽)的压强、冷凝器的真空度；末效完成液的浓度等。

    需要设计的项目是：生蒸汽的消耗量；各效的蒸发量；各效的传热面积。 

解决上述问题的方法仍是采用蒸发系统的物料衡算、焓衡算和传热速率等三个基本方程式。

   图1-8  并流加料多效蒸发的物料衡算和焓衡算示意图

多效蒸发中，效数越多，变量(未知量)的数目也就越多。多效蒸发的计算比单效的要复杂得多。若将描述多效蒸发过程的方程，用手算联立求解则是繁琐和困难的。为此，经常先作一些简化和假定，然后用试差法进行计算。下面对图1-8所示的并流蒸发流程予以讨论。

图中  w1、w2、…、w n--- 各效的蒸发量，kg／h ; 

      F——原料液流量，kg/h;

      W——总蒸发量，kg／h；

      x0、x1、…、xn——原料液、及各效完成液的浓度，质量分率;

      t0——原料液的温度，℃；

      t1、t2、…、tn——各效溶液的沸点，℃；

      D1  效加热蒸汽(生蒸汽)消耗量，kg／h ，

      p1——生蒸汽的压强，Pa；  

      T1——生蒸汽的温度，℃；  

      T1’ 、 T2’ 、… Tn’——各效二次蒸汽的温度，℃； 

      Pn’——末效蒸发室的压强，Pa;  

      H1、H1’、 H2’ …、Hn’---生蒸汽及各效二次蒸汽的焓，kJ/kg

      h0、h1、h2、… hn——原料液及各效完成液的焓,kJ／kg；

      S1、S2…、Sn——各效蒸发器的传热面积，m2。

 3.3.1基本关系

   由于多效蒸发的计算相当复杂，故先分别讨论计算中几个主要项目。

    (一)多效蒸发的物料衡算

围绕图1-8整个蒸发系统作溶质的衡算，得，

  Fx1=(F-W)xn                                         (1-28)

或                                  (1-28a)

而  W=W1+W2+…+Wn                                         (1-29)

对任一效作溶质的衡算，得，

Fx0=(F-W1-W2-…-Wi)xi   i≥2                            (1-30)

或                                  (1-30a)

    由于在多效蒸发计算中，一般仅知道原料液和末效完成液的浓度。而其它各效的浓度均为未知量，因此利用蒸发系统的物料衡算只能求得总蒸发量，至于各效的蒸发量和溶液的浓度，还要结合焓衡算才能求得。

    (二)多效蒸发的能量衡算  

暂且忽略蒸发系统的热损失，参阅图1-8,对各效作能量衡算

第1效:

      Q1=D1r1=Fcp0(t1-t0)+W1r1’                              (1-31)

cp0 —— 为原料液的比热，以kJ/(kg·℃)。

  rl   —— 生蒸汽的汽化热，kJ／kg  

r1’ —— 第1效中二次蒸汽的汽化热，kJ/kg.

同理,按照式1-31可对第2效、……第i效写出焓衡算式，即：

第2效：Q2=D2r2=(Fcp0-W1cpw)(t2-t1)+W2r2’

式中    D2=W1 , r2 = r1’ , 及 Q2 = W2r2’

第i效: Qi=Diri=(Fcp0-W1cpw-W2cpw-…-Wicpw)(ti-ti-1)+Wiri’    (1-32)

    式中Di=Wi-1 , ri=ri-1’ ,及Qi=Wiri-1’

由式1-46也可求得第i 效的蒸发量，即

Wi=DI(ri/ri’)+(Fcp0-W1cpw-W2cpw-…-Wicpw)(ti-ti-1)/ri’      (1-32a)

    应予指出，如焓衡算中要求计入溶液的稀释热以及蒸发系统的热损失，但无焓浓数据时,可将式1—32a等号右侧乘以热损失系数ηi。一般可取ηi为0.96～0.98；对于稀释热较大的溶液，ηi值还与溶液的浓度有关。例如，对NaOH水溶液,可取ηi为0.98～0.7ΔX（Δx为溶液的质量浓度变化)。忽略稀释热则η=1。

    (三)总有效温度差∑Δt及各效溶液的沸点