多效蒸发计算实例
多效蒸发方案(以NaOH为例)
冬胞工夕丸卑化工原理课程设计NaOH蒸发系统设计目录章前言§ 1概述'第二章蒸发工艺设计计算§ 1蒸浓液浓度计算§ 2溶液沸点和有效温度差的确定S 2 • 1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失§2 • 2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失§22 • 3由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失§2 3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算§2 4蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分布以及传热系数K的确定§ 5温差的重新分配与试差计算§5 • 1重新分配各效的有效温度差，§ 5• 2重复上述计算步骤§ 6计算结果列表第三章NaO H溶液的多效蒸发优化程序部分§3 1具体的拉格朗日乘子法求解过程§3 2程序内部变量说明§3 3程序内容：§3 4程序优化计算结果§3 5优化前后费用比较第四章蒸发器工艺尺寸计算§4 1加热管的选择和管数的初步估计§4 1 1加热管的选择和管数的初步估计§4 1 2循环管的选择§4 1 3加热室直径及加热管数目的确定§4 1 4分离室直径与高度的确定§4 2接管尺寸的确定§4 2 • 1溶液进出§4 2 • 2加热蒸气进口与二次蒸汽出口§4 2 • 3冷凝水出口第五章、蒸发装置的辅助设备§5 1气液分离器§5 2蒸汽冷凝器§5 2 1冷却水量§5 2 2计算冷凝器的直径§23淋水板的设计§5 3泵选型计算§5 4预热器的选型第六章主要设备强度计算及校核§ 6 • 1蒸发分离室厚度设计§ 6 • 2加热室厚度校核第七章小结与参考文献：符号说明希腊字母：c 比热容，KJ/(Kg.h> a -------- 对流传热系数，W /m2. °Cd --- 管径，mA ------ 温度差损失，CD——直径，mn——误差，D ――加热蒸汽消耗量，Kg/h n ――热损失系数，f --- 校正系数，n ----- 阻力系数，F――进料量，Kg/h入一一导热系数，W /m2. Cg --- 重力加速度，9.81m/s2卩---- 粘度，Pa.sh 咼度，m p 密度，Kg/m3H ――高度，mk――杜林线斜率K ――总传热系数，W/m2. CE――加和L——液面高度，m©——系数-加热管长度，m -淋水板间距，m 下标： -效数 1,2,3——效数的序 -第n 效 0——进料的 -压强，Pai ――内侧热通量，W/m2 m ----- 平均-传热速率，W o - 外侧汽化潜热，KJ/Kg p---- 压强-热阻，m2「C /Ws ――污垢的 -传热面积，m2 w 水的 管心距，m w 壁面的 -蒸汽温度，C 「流速，m/s-蒸发强度，Kg/m2.h 上标：-体积流量，m3/h'：二次蒸汽的 -蒸发量，Kg/h :因溶液蒸汽压而引起的 〃：因液柱静压强而引起的 :因流体阻力损失而引起的 第一章前言§ 1概述1蒸发及蒸发流程蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质 <如盐类）的溶液沸腾，除去其中被汽化单位部分杂质, 使溶液得以浓缩的单元操作过程。
多效蒸发器设计计算
多效蒸发器设计计算 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】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 = W1 + W2 + … + W n （1-2）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：： （1-5） 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） 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 ； )110x x F W -=（n W W i =ii W W W F Fx x ---=210n p p p k '-=∆1p ∆1p— 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。
5.4 多效蒸发
利用二次蒸汽作为另一个蒸发器的加热蒸汽，称为多效蒸发。
采用多效蒸发可以节省生蒸汽用量
已知单效蒸发：D/W≈1.0 表5-1 蒸发1kg水所需的生蒸汽，D/W 效数 单效 双效 三效 四效 五效
D/W
1.1
0.57
0.4
0.3
0.27
5.4.1
（1）并流法
多效蒸发设备的流程
（2） 逆流法
W Kti U nA nr '
多效蒸发器生产强度低于单效蒸发
蒸发效数的优化
对于电解质溶液，通常采用2-3效； 对于非电解质溶液，通常采用4-6效； 近年来，由于能源紧张，有增多效数的趋势。
5.4.3 提高加热蒸汽经济程度的其他措施
额外蒸汽的引出 冷凝水自蒸发的利用 热泵蒸发器
并流的优点：自蒸发；缺点： 溶液的浓度愈大，蒸发的温度 愈低，总传热系数小。
逆流法的优点：溶液的浓度 愈大，蒸发的温度愈高，总 传热系数大；缺点：发生的 二次蒸汽量少。
（3）平流法
5.4.2 多效蒸发的经济性和效数的限制
多效： Qn Ki Ai t i KAt i
Δ t Δ tT Δ ΣΔ t i Δ tT ΣΔ i Δ t
本章小结
1 蒸发的概念、分类、蒸发流程及特点 2 蒸发设备（循环型、单程型） 3 单效蒸发的计算
① 物料衡算 ② 热量衡算 ③ 蒸发器传热面积的计算 ④ 温度差损失（沸点升高、液柱静压强、流体阻
多效蒸发器设计计算
多效蒸发器设计计算 Prepared on 22 November 2020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 = W1 + W2 + … + W n （1-2）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：： （1-5）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 。
多效蒸发的计算
估算： f=0.0162 ×T2/r×△i 式中： f：假设压强下黑液由于蒸汽压下降而引起的沸点
升高 T：假设压强下黑液的饱和温度 r：黑液在饱和温度下的冷凝热 △i：黑液在常压下的沸点升高 因此， △1=15.60℃ △2=7.15℃ △3=4.63℃ △4=3.56℃ △5=2.58℃ △6=1.77℃ 设由于二次蒸汽在管路中阻力引起的温度差损
Ci=2.016X+4.186（1-X） 其中 X 是溶液的质量分数
同理对其他效热量衡算得：
L3 C3 T3+（L2-30769） 2236.8=（L3-L2）（2660+1.884 8.86）+ L2 C2 T2
L4 C4 T4+（L3-L2） 2284=（L4-L3）（2639.6+1.884 6.54）+ L3 C3 T3
将多个蒸发器串联起来，前一个蒸发器的二次蒸 汽作为下一个蒸发器的加热蒸汽，下一个蒸发器的加 热室便是前一个蒸发器的冷凝器，这便是多效蒸发的 原理。蒸发同样数量的水分采用多效时所需要的生 蒸汽量将远较单效时为小，因此提高了生蒸汽的利用 率。多效蒸发中物料与二次蒸汽的流向可有并流，逆 流，平流，混流等多种组合。下图便是蒸发流程示意图：
汽温度计算 T1′=104.81℃ T1=104.81+16.6=121.41℃ △t1=18.59℃ 同理，T2′=85.95℃ T2=94.1℃ △t2=10.71℃ T3′=73.37℃ T3=79℃ △t3=6.95℃ T4′=62.16℃ T4=66.72℃ △t4=6.65℃ T5′=52.57℃ T5=56.15℃ △t5=6.01℃ T6′=45.8℃ T6=47.57℃ △t6=5℃ ③各效蒸发量和加热蒸汽消耗量的计算 根据热量守恒对一效进行热量衡算得： 2144D+L2 C2 T2=（L2-L1）(2683.4+1.884 16.6)+L1
多效蒸发计算
－溶液的质
3. 总有效温度差 t 及各效溶液的沸点
多效蒸发系统的总有效温度差计算式为
t T1 Tk
n i
i 1
； T1,Tk
－分别加热
n
蒸汽和冷凝器中的温度，℃； i 1 2 ... i i 1
n
多效蒸发系统中温度差损失总和
i ，任一效温差损失之和为：
i 1
i 'i ''i ''i'
各效溶液沸点为：
t1 T1' 1 t2 T2' 2......tn Tk n
4. 有效温度差在各效中的分配 根据操作情况自动调节，不能任意规定。以三效为例，说明温差在各效的中分配情况：
（5）
提高原料液温度 进第一效蒸发器生蒸汽、汽化潜热 产生第一效二次蒸汽
由此可得：第 i 效 Q1 D1r1 (FC po－W1C pw W2C pw ... Wi1C pw)(ti ti1 ) Wi ri' (6)
由（6）可以得：
Wi
Di
ri ri'
(FC po
（1）忽略蒸发系统的热损失，对第一效进行焓衡算：
Fho D1 (H1 hw ) (F W1)h1 W1H1'
（3）
若溶液的稀释热可以忽略，此时溶液的焓可用比热来计算，即 ho C poto , h1 C p1t1 ； 加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，则 H1 hw r(生蒸汽的汽化热[kJ kg])
（2）写成
Q1 K1
S
t1'
Q2 K2
多效蒸发
Δp = p1 − p3/ 3
第一效二次蒸汽 二效 三效
p1/ = p1 − Δp p2 / = p1 − 2Δp
⎫ ⎪⎪ ⎬
由此查得
⎪⎪⎨⎧TT21
/ /
p3/ = p1 − 3Δp
⎪ ⎪⎭
⎪⎪⎩T3 /
⑵由各效浓度查表，并经 计算求得各效操作压强 下溶液的沸点
升高及温度差损失 Δ/、Δ//、Δ///
第三节. 多效蒸发
在多效蒸发中，把第一效的加热蒸汽称 — 生蒸汽，蒸发后产生 的蒸汽 — 二次蒸汽，把二次蒸汽引入下一效作加热蒸汽，这就 要求下一效蒸发室的压强和溶液的沸点都较前一效低，则二次 蒸汽才可起到加热作用，即后一效的加热室作为前一效二次蒸汽 的冷凝器，这样一个个串联起来，只用一次生蒸汽，即可进行多 次蒸发，提高了生蒸汽的利用率。 如忽略热损失及温度差损失，且沸点进料，理论上讲，每一效 1公斤生蒸汽可蒸发1公斤水
⎫ ⎪⎪ ⎬ ⎪
⎪⎧Δt1 /
⎪
=
S1Δt1
S
→
⎪⎨Δt2 /
⎪
=
S2Δt2
S
⎪⎭
⎪⎪⎩Δt3 /
=
S3Δt3
S
式中 S1、S2、S3、Δt1、Δt2、Δt3前已求出
S如下求出
∑ 总有效温差 Δt = Δt1/ + ΔS2Δt2 + S3Δt3
S
S
S
= S1Δt1 + S2Δt2 + S3Δt3
∑ ∑ 总有效温度差 Δt = ΔtT − Δ = ( T1 − T3/ ) − Δ
各效有效温度差 Δt1 = T1 − t1 Δt2 = T2 − t2 = T1/ − t1 − 1 Δt3 = T3 − t3 = T2 / − t3 − 1
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多效蒸发计算实例
多效蒸发是一种高效的蒸发过程，通过多个蒸发器的多次蒸发使得产
生的蒸汽可以循环利用，提高能源利用率。
下面是一个多效蒸发计算的实例，来说明多效蒸发的工作原理和计算方法。
假设有一台多效蒸发装置，用于处理1000 kg/h的食品浆料，浆料中
含有75%的水分。
该多效蒸发装置共有3个蒸发器，设定的蒸发温度为80℃。
第一步，我们先计算浆料中水的质量。
由于浆料含水量为75%，所以
浆料中的水质量为1000 kg/h * 75% = 750 kg/h。
第二步，我们需要计算每个蒸发器的蒸汽消耗量。
假设第一个蒸发器
的效率为80%，第二个蒸发器的效率为70%，第三个蒸发器的效率为60%。
第一个蒸发器的蒸汽消耗量可以通过以下公式计算：Q1=(1-η1)*m
其中，Q1为第一个蒸发器的蒸汽消耗量，η1为第一个蒸发器的效率，m为浆料中水的质量。
Q1 = (1 - 80%) * 750 kg/h = 0.2 * 750 kg/h = 150 kg/h
第二个蒸发器的蒸汽消耗量可以通过以下公式计算：Q2=(1-η2)*(m-
Q1)
其中，Q2为第二个蒸发器的蒸汽消耗量，η2为第二个蒸发器的效率，m为浆料中水的质量，Q1为第一个蒸发器的蒸汽消耗量。
Q2 = (1 - 70%) * (750 kg/h - 150 kg/h) = 0.3 * 600 kg/h =
180 kg/h
第三个蒸发器的蒸汽消耗量可以通过以下公式计算：Q3=(1-η3)*(m-
Q1-Q2)
其中，Q3为第三个蒸发器的蒸汽消耗量，η3为第三个蒸发器的效率，m为浆料中水的质量，Q1为第一个蒸发器的蒸汽消耗量，Q2为第二个蒸
发器的蒸汽消耗量。
Q3 = (1 - 60%) * (750 kg/h - 150 kg/h - 180 kg/h) = 0.4 *
420 kg/h = 168 kg/h
第三步，我们需要计算多效蒸发装置的总蒸汽消耗量。
总蒸汽消耗量
等于各个蒸发器的蒸汽消耗量之和。
总蒸汽消耗量=Q1+Q2+Q3
= 150 kg/h + 180 kg/h + 168 kg/h
= 498 kg/h
第四步，我们可以计算多效蒸发装置的能源利用率。
能源利用率等于
浆料中水的质量除以总蒸汽消耗量。
能源利用率=m/总蒸汽消耗量
= 750 kg/h / 498 kg/h
≈1.51
以上就是一个多效蒸发计算的实例。
通过多次蒸发和蒸汽循环利用，
多效蒸发可以大幅提高能源利用率，从而降低生产成本。
在实际应用中，
需要根据具体的设备参数和工艺要求进行计算，以获得更准确的结果。