第5章真空蒸發(fā)2

1、第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 蒸發(fā)計(jì)算的主要項(xiàng)目有： (一)蒸發(fā)量； (二)加熱蒸汽消耗量； (三)蒸發(fā)器的傳熱面積。 在多效蒸發(fā)中，有總蒸發(fā)量，各效蒸發(fā)量； 加熱蒸汽消耗量及各效傳熱面積。這些值都可 以通過物料衡算，熱量衡算及傳熱方程式求得 解答。 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 1、物料衡算： 在蒸發(fā)過程中，溶質(zhì)是不汽化的，在理想 情況下，設(shè)沒有其它損失，則溶質(zhì)是在蒸發(fā)前 后是相等的。 設(shè)水份蒸發(fā)量為w，進(jìn)料量為S，進(jìn)料濃度 為B0，出料濃度為B1。 S Bo=(SW)B1 式中：W水份蒸發(fā)量公斤時(shí) S物料進(jìn)入量公斤時(shí) Bo進(jìn)入

2、物料的濃度 B1濃縮液的濃度 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 1、物料衡算： W=S(1- Bo/ B1) 公斤時(shí) 2、熱量衡算： 根據(jù)熱量守恒的原則，如果蒸發(fā)時(shí)不計(jì)算 周圍的熱量損失，則： 加熱蒸汽帶入熱+物料帶入熱=二次蒸汽帶 走熱+濃縮液帶走熱+加熱蒸汽冷凝成冷凝水帶 走的熱。 WS SB B 0 1 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 2、熱量衡算： 即 D* i1+SCt1=Wi2+(SW)C2t2+Dik 由上式就可算出加熱蒸汽消耗量，式中： D加熱蒸汽用量公斤時(shí) i1加熱蒸汽熱焓千卡公斤 C進(jìn)料液

3、的比熱千卡公斤 C2濃縮液的比熱千卡公斤 t1溶液進(jìn)料的溫度 i2二次蒸汽熱焓千卡公斤 t2溶液濃縮終了溫度 ik加熱蒸汽凝結(jié)成冷凝水之熱焓千卡公斤 S進(jìn)料量公斤時(shí) 水的比熱=1千卡公斤 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 而 (SW)C2=SC-W 所以：D* i1+SCt1=Wi2+(SC-W)t2+Dik 展開：D* i1+SCt1=Wi2+SCt2-Wt2+Dik 整理： D* i1-Dik=Wi2-Wt2-SCt1+SCt2 則 (54) 如果需要考慮到周圍熱損失時(shí)，蒸汽消耗量就 要增加，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，周圍環(huán)境之熱損失約 為總熱量的23. k

4、ii ttSCtiW D 1 2122 )()( 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 則公式(54)改寫成： (55) 式中： n熱損失系數(shù)，一般n =0.970.98 nk ii ttSCtiW D )( )()( 1 2122 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 n r ttSCWr D 2 211 )( 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 設(shè) r1=i2-t2 二次蒸汽蒸發(fā)潛熱，千卡公斤 r2=i1-ik 加熱蒸汽蒸發(fā)潛熱，千卡 公斤 可將公式(55)改寫成： 公斤/時(shí) (56) 如果進(jìn)料時(shí)溫度為沸點(diǎn)進(jìn)料(即t2=t1)。同時(shí)不 考慮周圍熱損失

5、。公式(56)可化簡(jiǎn)為： 2 1 r Wr D 2 1 r r W D 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 由于r1與r2在數(shù)值上幾乎差不多，說明蒸發(fā) 一公斤水需一公斤的加熱蒸汽，所以在單效蒸 發(fā)過程里DW=1，若同時(shí)需考慮周圍熱損失 時(shí)，則加熱蒸汽耗量為1.11.2kg 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 )( 2 2 ttK Dr tK Q F n 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 3、傳熱面積計(jì)算 根據(jù)一般傳熱公式：Q=KFt 熱量Q為每小時(shí)加入加熱蒸汽給的熱量，全部 由由加熱蒸汽提供 式中 tn加熱蒸汽的飽和溫度 t2被蒸發(fā)溶液的沸騰溫度

6、K傳熱系數(shù)千卡米方米時(shí)度 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 例題：采用真空蒸發(fā)，將濃度20%的物料蒸發(fā) 到50%，加料量1000kg/h,沸點(diǎn)進(jìn)料，已知蒸發(fā) 器的傳熱系數(shù)K=1500Kcal/m2hoC，加熱蒸汽表 壓0.5kg/m2,真空度600mmHg，求生蒸汽耗量 及蒸發(fā)器的傳熱面積（熱損失按2%計(jì)） 解：由物料衡算式求水分蒸發(fā)量 W=S(1-B0/B1) =1000(1-20/50) =600kg/h 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 按 求蒸汽消耗量 其中：W蒸發(fā)量=600kg/h i2二次蒸汽的熱焓

7、 ，查飽和蒸汽表 由真空度600 mmHg=0.21kg/cm2 得：蒸發(fā)溫度t2=61 i2=623.5Kcal/kg i1加熱蒸汽的焓，按表壓=0.5kg/cm2 得溫度111 i1=643.2Kcal/kg n r ttSCWr D 2 211 )( 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 ik=冷凝水的熱焓，查飽和蒸汽表， ik=111.2Kcal/kg 則 hkg r ttSCWr D n /89.649 98. 0)2 .1112 .643( )615 .623(600 )( 2 211 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 2 2 2

8、 51. 4 )61111(1500 )2 .1114 .632(89.649 )( m ttK Dr tK Q F n 一、單效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 傳熱面積 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 各符號(hào)代表的意義： W1，W2.Wn 各效的蒸發(fā)量,kg/h W 總蒸發(fā)量,kg/h S 原料進(jìn)料量,kg/h B0，B1，B2Bn 原料及各效完成液的濃度,% t0 原料液的溫度， t1，t2tn 各效溶液的沸點(diǎn)， 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 各符號(hào)代表的意義： C 原料液的比熱 D1 加熱蒸汽的耗量,kg/h

9、I0 加熱蒸汽的焓,kcal/kg i1,i2.in 各效二次蒸汽的焓,kcal/kg F1，F(xiàn)2.Fn 各效的加熱面積,m2 T1，T2.Tn 各效二次蒸汽的的溫度， 1,2n 各效蒸汽冷凝水的溫度， 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 1、物料衡算： 進(jìn)料與最終產(chǎn)品中所含溶質(zhì)量應(yīng)相等。 S Bo=(SW)Bn 式中：S原料液量(公斤小時(shí)) Bo原料液濃度() Bn 末效產(chǎn)品料液濃度() W 總蒸發(fā)水量(公斤小時(shí)) )1 ( )( 00 nn n B B S B BBS W 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 1

10、、物料衡算： 以W1，W2.Wn 代表各效的蒸發(fā)量，以B1， B2Bn 原料及各效完成液的濃度,，則有： SB0 =(S-W1)B1 =(S-W1-W2)B2 =(S-W1-W2.Wi) Bi =(S-W1-W2-Wi-Wn) Bn 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 ).( 21 0 i i WWWS SB B 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 1、物料衡算： 則對(duì)于任意一效的完成液的濃度： SB0=(S-W1-W2.Wi) Bi 最終產(chǎn)品的濃度： n n nn B SB S BSSB 0 0 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 1、物料衡算：

11、由于在多效蒸發(fā)計(jì)算中，一般僅知道原料 液和完成也的濃度，而其他各效完成液的濃度 均未知，因此采用上式僅能求得總蒸發(fā)量，至 于各效的蒸發(fā)量和濃度，還需結(jié)合熱量衡算才 能求得。 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 wii iii Cti ttC)( 1 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 2、熱量衡算： 自蒸發(fā)系數(shù) 在并流操作中，每公斤溶液從前一效進(jìn)入 次一效時(shí)帶入的熱量為Ci* ti-1 (千卡公斤)， 由于在第i效中溶液溫度從ti-1降至 ti，則每公斤 溶液放出的熱量為Ci* （ti-1 -ti） (千卡/公斤). 此項(xiàng)放出的熱量，導(dǎo)致溶液的自蒸發(fā)因 此多產(chǎn)生了二次蒸汽量為： 熱量 每蒸

12、發(fā)1kg水需要的熱量 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 i ii ii ti tt )( 1 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 2、熱量衡算： 自蒸發(fā)系數(shù) 令 稱為自蒸發(fā)系數(shù)，數(shù)值很小，一般0.010.1 i 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 i wii ii Cti I )( 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 2、熱量衡算： 蒸發(fā)系數(shù) 每公斤加熱蒸汽冷凝時(shí)放出的蒸發(fā)潛熱為 (Ii-i*Cw)此熱量可以蒸發(fā)出的水分量為 稱為蒸發(fā)系數(shù) 如果溶劑是水，則蒸發(fā)系數(shù)可近似取1 i 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 3、各效熱量的計(jì)算： 在多效蒸

13、發(fā)裝置中，進(jìn)入第一效的熱量為原料 液帶入的熱量(SCt0)和加熱蒸汽供給的熱量 D1 (I1-1)，從第一效帶出的熱量為濃縮液帶出 的熱量 (S-W)C2t1=(SCW1)t1，以及二次蒸汽 帶出的熱量(W1*i1) 所以對(duì)第一效進(jìn)行熱量衡算若不計(jì)熱損 失則可得出： D1(l1-1)+SCt0=(SC-W1)t1+W1ti 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 3、各效熱量的計(jì)算： D1(l1-1)+SCt0=(SC-W1)t1+W1ti 整理得：D1(I1-1)=W1(i1-t1)-SC(t0-t1) 對(duì)于第二效就有： D2(I2-2)=W2(i2-t2

14、)-(S-W1)C2(t1-t2) D2(I2-2)=W2(i2-t2)-(SC-W1)(t1-t2) 對(duì)于第i效就有： Di(Ii-i)=Wi(ii-ti) -(SC-W1-W2-Wi-1)(ti-1-ti) Wi(ii-ti)=Di(Ii-i) -(SC-W1-W2-Wi-1)(ti-1-ti) 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 3、各效熱量的計(jì)算： Wi(ii-ti)=Di(Ii-i) -(SC-W1-W2-Wi-1)(ti-1-ti) 故：Wi=Dii -(SC-W1-W2-Wi-1)i 對(duì)于第一效：W1=D11 SC1 對(duì)于第二效：W2=D2

15、2 -(SC-W1)2 ii ii i ii ii ii ti tt WWWSC ti I DW 1 121 )( 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 3、各效熱量的計(jì)算： 由于在任一效中蒸發(fā)出的水，即產(chǎn)生的二 次蒸汽，如無額外蒸汽的引出，則全部被引至 下一效作為加熱蒸汽用，也就是W1相當(dāng)于第二 效的加熱蒸汽用量D2，W2相當(dāng)于第三效的加熱 蒸汽用疊D3其余類推 如果計(jì)算時(shí)要計(jì)入外界熱量損失要乘以 熱利用系數(shù)再取i=1 則得第i效的水份蒸發(fā)量： Wi=Di -(SC-W1-W2-Wi-1)ii Wi(ii-ti)=Di(Ii-i) -(SC-W1-W2-

16、Wi-1)(ti-1-ti) 故：Wi=Dii -(SC-W1-W2-Wi-1)i 對(duì)于第一效：W1=D11 SC1 對(duì)于第二效：W2=D22 -(SC-W1)2 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 3、各效熱量的計(jì)算： W1=D1 SC11 W2=D2 -(SC-W1)22 對(duì)于值，一般去0.98，也就是熱損失按2%計(jì)。 其余各項(xiàng)可以類推均可將各效蒸發(fā)量表示成 加熱蒸汽量D的函數(shù)式 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 4、傳熱面積計(jì)算： 公式還是 但是因?yàn)槭嵌嘈д舭l(fā)傳 熱面積如何令理，計(jì)算較為復(fù)雜可用試算法 在傳

17、熱公式中先確定1-2個(gè)參數(shù)，然后進(jìn)行試 算再核算其定數(shù)值是否合適，經(jīng)過反復(fù)幾次 運(yùn)算才能完成，一般憑經(jīng)驗(yàn)可先確定K值。然 后再合理分配有效溫度差。 tK Q F 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 4、傳熱面積計(jì)算： 多效蒸發(fā)的有效溫度差的分配： 根據(jù)蒸發(fā)操作得出任何一效的加熱蒸溫度 (T)必須高于溶液的沸點(diǎn)溫度(t)即有一定的 溫度(Tt)，蒸發(fā)操作才能正常進(jìn)行 各效的溫度差若用1 ，2n表示， 則 第一效溫差t1=T1t1 第二效溫差t2=T2t2 第三效溫差t3=T3t3 t總= 1 +2+n =T-tn 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝

18、計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 4、傳熱面積計(jì)算： 若不考慮熱損失，各效溫差總和應(yīng)該和總溫度 差相等，實(shí)際上由于各效均有溫度損失所以 總的有效溫差的數(shù)值t t總 兩者之間的差，稱為溫度差損失，即 = t 總-t 溫度差損失主要有下面3項(xiàng) 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 a、溶液沸點(diǎn)的升高： 由于有溶質(zhì)的存在，溶液的蒸汽壓強(qiáng)總是比 較純?nèi)軇┑?，因此，?dāng)液面的壓強(qiáng)一定時(shí)，溶 液的沸點(diǎn)要比純?nèi)軇┓悬c(diǎn)高。高出的溫度，用 i表示。 溶液沸點(diǎn)的升高隨溶液的濃度而變，牛奶在不 同濃度下的溶液沸點(diǎn)可用下式計(jì)算： 常壓下： a=0.38e0.05+0.045B B=

19、牛奶的固形物含量，%。 在其他壓強(qiáng)下，要乘以一個(gè)系數(shù)f 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 a、溶液沸點(diǎn)的升高： f=0.00387 T2/r T=此壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn) r=此壓強(qiáng)下水的汽化潛熱。 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 a、溶液沸點(diǎn)的升高： 也可按下式計(jì)算： 某液體在兩種不同壓強(qiáng)下，兩沸點(diǎn)之差與水在 同樣壓強(qiáng)下兩沸點(diǎn)之差的比值為常數(shù) 式中：TA物料在大氣壓時(shí)的沸騰溫度 TA物料在真空時(shí)的沸騰溫度 TB水在大氣壓時(shí)的沸騰溫度 TB水在真空時(shí)的沸騰溫度 K。沸點(diǎn)降低常數(shù)比值(對(duì)于牛奶K。=0.81) 0 K

20、tt tt BB AA 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 b、靜壓所引起的溶液沸點(diǎn)升高： 對(duì)于間歇操作的設(shè)備而言，溶液因?yàn)樵谡?發(fā)器內(nèi)停留一段時(shí)間，即溶液在蒸發(fā)器內(nèi)保持 相當(dāng)高度，溶液在底部時(shí)所受到的壓強(qiáng)較在溶 液的表面所受的壓強(qiáng)為高，所以底部溶液的沸 點(diǎn)高于溶液表面的沸點(diǎn)，在工藝計(jì)算中，如沸 點(diǎn)取溶液表面溫度則偏低，如取底部溫度又偏 高，在工程上采取表面與底部的平均值。設(shè)溶 液表面壓強(qiáng)為P0，而底部溶液受的壓強(qiáng)為 (P0+RH)。其中H為溶液的高度(米)，R為溶液 的重度(公斤/米3) 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 b、靜壓所引起的溶液沸點(diǎn)升高： 所以溶液的平均靜壓強(qiáng)為： Kg/m3 Kg/cm3 式中：R一溶液的比重公斤米3。 P0+P為溶液平均高度H2處的壓強(qiáng)，在 水蒸汽表中，可查得相應(yīng)的沸點(diǎn)。再以所求得 的沸點(diǎn)減去P0時(shí)的沸點(diǎn)。其差值即為溶液因受 靜壓而引起的沸點(diǎn)升高. 20000 2 )( 00 RH PRHP P 第五章 真空蒸發(fā)裝置 第六節(jié)蒸發(fā)設(shè)備的工藝計(jì)算 二、多效真空蒸發(fā)的工藝計(jì)算 b、靜壓所引起的溶液沸點(diǎn)升高： 由于溶液在沸騰時(shí)形成汽液混合物，故溶 液的重度大為減小，實(shí)際上沸點(diǎn)升高值較算出 來的值為小，現(xiàn)在設(shè)計(jì)蒸發(fā)器時(shí)，必須考慮到 盡量減少