多效蒸发 蒸汽耗量估算
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
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（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：： （1-5）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)110x x F W -=（nW W i =ii W W W F Fx x ---=210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。
多效蒸发
t i −1 − t i ri
/
若考虑稀释热和热损失 ，每效乘以热利用系数
η = 0.96 ~ 0.98 对NaOH η = 0.98 − 0.007 Δx
其中 t i -1 − t i ri
/
Δx — 溶液浓度变化
= β i — 自蒸发系数
C i ( t i -1 − t i ) — 1kg溶液进入 i效时因温度降低放出的 热 ri — 产生1kg二次蒸汽需热 ⎧高于沸点 β > 0 ⎪ 故比值：表1kg二次蒸汽需吸收热量 ⎨沸点进料 β = 0 ⎪冷液进料 β < 0 ⎩
点击这里看大图
/
= 130 − 50 = 70 o C
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3. 蒸发器的生产能力和生 产强度 用速率方程表示生产能 力（沸点进料，且无热 损失） 单效 Q = KSΔt 三效 Q1 = K 1 S1Δt1 Q2 = K 2 S 2 Δt 2 Q3 = K 3 S 3 Δt3 则 Q = Q1 + Q2 + Q3 = KS ( Δt1 + Δt 2 + Δt3 ) = KSΔt 即三效生产能力与单效 相同，即单位时间蒸发 的水量相同 但三效的传热面积为单 效的三倍 故三效的生产强度（单 位时间、单位传热面积 蒸发水量） 1 为单效的 3 故：多效蒸发的经济性 的提高是以牺牲生产强 度为代价 实际上 若各效 K值视为平均 K S相等，且忽略温度差损 失
或总有效温度差
Δt = ∑ Δ t = Δt1 + Δ t 2 + Δt 3
5.由热量衡算计算各效水 分蒸发量 设蒸汽在冷凝温度下排 出，忽略稀释热及热损 失 一效： Fh 0 + D1 H 1 = D1 hw1 + ( F − W1 ) h1 + W1 H 1 D1 ( H 1 − hw1 ) = ( F − W1 ) h1 − Fh 0 + W1 H 1 其中 ( H 1 − hw1 ) = r1 — 蒸汽汽化热 h 0 = C0t0 h 1 = C1t1 H 1 − C w t1 = r1 — 二次蒸汽汽化热
多效蒸发工艺设计计算
目录第一章前言§1·1 概述`第二章蒸发工艺设计计算§2·1蒸浓液浓度计算§2·2溶液沸点和有效温度差的确定§2·2·1各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失 /§2·2·2各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失§2·2·3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§2·5 温差的重新分配与试差计算§2·5·1重新分配各效的有效温度差，§2·5·2重复上述计算步骤§2·6计算结果列表第三章 NaOH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§5·2·3 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)α――对流传热系数，Ｗ/m2.℃d——管径，mΔ――温度差损失，℃D——直径，mη――误差，D——加热蒸汽消耗量，Kg/hη――热损失系数，f——校正系数，η――阻力系数，F——进料量，Kg/hλ――导热系数，Ｗ/m2.℃g——重力加速度，9.81m/s2μ――粘度，Pa.sh——高度，mρ――密度，Kg/m3H——高度，mk——杜林线斜率K——总传热系数，W/m2.℃∑――加和L——液面高度，mφ――系数L——加热管长度，mL——淋水板间距，m 下标：n——效数1,2,3――效数的序号n——第n效0――进料的p——压强，Pa i――内侧q——热通量，W/m2m――平均Q——传热速率，W o――外侧r——汽化潜热，KJ/Kg p――压强R——热阻，m2.℃/W s――污垢的S——传热面积，m2w――水的t——管心距，m w――壁面的T——蒸汽温度，℃u——流速，m/sU——蒸发强度，Kg/m2.h上标：V——体积流量，m3/h′：二次蒸汽的W——蒸发量，Kg/h′：因溶液蒸汽压而引起的W——质量流量，Kg/h 〞：因液柱静压强而引起的x——溶剂的百分质量,％：因流体阻力损失而引起的第一章前言§1·1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Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT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
5-1-4-1多效蒸发的计算
=[2(A1D1+B1-E1)+(Fcp0-(A1D1+B1)cpw)2 ]h2
= A2D1+B2 Wn=AnD1+Bn 相加得到：
n n n
a D B b W A
i 1 i i 1
(3)第一效的加热蒸汽温度为103℃，查得相应的汽化热
的二次蒸汽量。除第一效外，一般为0.0025~0.025； —— 沸点进料i=0； ——逆流进料i＜0
（3）计入热损和浓缩热，用hi表示，其值为 0.96~0.98，称热能利用系数。 Wi=[iDi+(Fcp0-W1cpw -W2cpw -…-Wi-1cpw)i ]hi
逐效应用：
4
W1=(1D1+Fcp01 )h1=A1D1+B1
H i c pWTi
i Di ( Fc p 0 W1 c pW W 2 c pW W i 1 c pW ) i
讨论：
ri i （1） ri' ，称蒸发系数，其值接近于1，一般为 0.95~0.99；
3
（2） i
t i 1 t1 ri'
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，称自蒸发系数，理解为自蒸发产生
1
对溶质作物料衡算：
Fw0=(F-W1)w1=(F-W1-W2)w2=…=(F-W1-…-Wn)wn= (F-W)wn
Fw0 w1 = F - W1 Fw0 , w2 = F - W1 - W2 Fw0 Fw0 , wn = = F - W1 - - Wn F - W
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+ … + Wn（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，W2，… ，Wn—各效的蒸发量，kg/h；F —原料液流量，kg/h；x 0, x1,…, xn—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。
多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：（1-7）式中—有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃；—第一效加热蒸汽的温度，℃；—冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃；—总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。