单效蒸发及计算.doc

(materialbalance)对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算,可得由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为(5-1)(5-2)式中F———原料液量,kg/h; W———水的蒸发量,kg/h; L———完成液量,kg/h; x0———料液中溶质的浓度,质量分率;x1———完成液中溶质的浓度,质量分率。(energybalance)仍参见图片(5-13),设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出,则由蒸发器的热量衡算得(5-3)或(5-3a)式中D———加热蒸汽耗量,kg/h; H———加热蒸汽的焓,kJ/kg; h0———原料液的焓,kJ/kg; H'———二次蒸汽的焓,kJ/kg; h1———完成液的焓,kJ/kg; hc———冷凝水的焓,kJ/kg; QL———蒸发器的热损失,kJ/h; Q———蒸发器的热负荷或传热速率,kJ/h。由式5-3或5-3a可知,如果各物流的焓值已知及热损失给定,即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。溶液的焓值是其浓度和温度的函数。对于不同种类的溶液,其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。因此,在应用式5-3或5-3a求算D时,按两种情况分别讨论:溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。。例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时,其稀释的热效应均较小。对于这种溶液,其焓值可由比热容近似计算。若以0℃的溶液为基准,则(5-4)(5-4a)将上二式代入式5-3a得(5-3b)式中t0———原料液的温度,℃; t1———完成液的温度,℃; C0———原料液的比热容,℃; C1———完成液的比热容,℃;当溶液溶解的热效应不大时,其比热容可近似按线性加合原则,由水的比热容和溶质的比热容加合计算,即(5-5)(5-5a)式中CW———水的比热容,℃;CB———溶质的比热容,℃。将式5-5与5-5a联立消去CB并代入式5-2中,可得,再将上式代入式5-3b中,并整理得(5-6)由于已假定加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出,则上式中的即为加热蒸汽的冷凝潜热,即(5-7)但由于溶液的沸点升高,二次蒸汽的温度与溶液温度t1并不相同(下面还要详细讨论)。但作为近似,可以认为(5-8)式中r——加热蒸汽的冷凝潜热,kJ/kg; r'——二次蒸汽的冷凝潜热,kJ/kg。将式5-7及式5-8代入式5-6中,可得o(5-9)上式表示加热蒸汽放出的热量用于:(1)原料液由t0升温到沸点t1;(2)使水在t1下汽化成二次蒸汽以及(3)热损失。若原料液在沸点下进入蒸发器并同时忽略热损失,则由式5-9可得单位蒸汽消耗量e为(5-10)一般水的汽化潜热随压力变化不大,即,则或。换言之,采用单效蒸发,理论上每蒸发1k***约需1kg加热蒸汽。但实际上,由于溶液的热效应和热损失等因素,。,如CaCl2、NaOH的水溶液,在稀释时其放热效应非常显著。因而在蒸发时,作为溶液稀释的逆过程,除了提供水分蒸发所需的汽化潜热之外,还需要提供和稀释热效应相等的浓缩热。溶液浓度越大,这种影响越加显著。对于这类溶液,其焓值不能按上述简单的比热容加合方法计算,需由专门的焓浓图查得。通常溶液的焓浓图需由实验测定。图片(5-14)为以0℃为基准温度的NaOH水溶液的焓浓图。由图可见,当有明显的稀释热时,溶液的焓是浓度的高度非线性函数。对于这类稀释热不能忽略的溶液,加热蒸汽的消耗量可直接按式5-3a计算,即(5-3b),即(5-11)式中S----蒸发器的传热面积,m2; K----蒸发器的总传热系数,W/(); ----传热的平均温度差,℃; Q----蒸发器的热负荷,W。式5-11中的热负荷Q可通过对加热器作热量衡算求得。当忽略加热器的热损失,则Q为加热蒸汽冷凝放出的热量,即(5-12)但在确定蒸发器的和K时,与普通的热交换器有着一定的差别。下面分别予以讨论。(meantemperaturedifference)蒸发器加热室的一侧为蒸汽冷凝,另一侧为溶液沸腾,其温度为溶液的沸点。因此,传热的平均温度差为(5-13)式中式中T----加热蒸汽的温度,℃; t1----操作条件下溶液的沸点,℃。亦称为蒸发的有效温度差,是传热过程的推动力。但是,在蒸发过程的计算中,一般给定的条件是加