1、化 工 原 理 課 程 設 計NaOH 蒸 發 系 統 設 計目 錄第一章 前言§1·1 概述第二章 蒸發工藝設計計算§2·1蒸濃液濃度計算§2·2溶液沸點和有效溫度差的確定 §2·2·1 各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失/ §2·2·2 各效由于溶液靜壓強所因引起的溫度差損失§2·2·3 由經驗不計流體阻力產生壓降所引起的溫度差損失§2·3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發水量的計算§2·4 蒸發器的傳

2、熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數K的確定§2·5 溫差的重新分配與試差計算 §2·5·1重新分配各效的有效溫度差，§2·5·2重復上述計算步驟 §2·6計算結果列表第三章 NaOH溶液的多效蒸發優化程序部分§3·1 具體的拉格朗日乘子法求解過程§3·2 程序內部變量說明§3·3 程序內容：§3·4 程序優化計算結果§3·5 優化前后費用比較 第四章 蒸發器工藝尺寸計算§4&#

3、183;1 加熱管的選擇和管數的初步估計 §4·1·1 加熱管的選擇和管數的初步估計§4·1·2 循環管的選擇§4·1·3 加熱室直徑及加熱管數目的確定§4·1·4 分離室直徑與高度的確定§4·2 接管尺寸的確定§4·2·1 溶液進出§4·2·2 加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口 §4·2·3 冷凝水出口 第五章、蒸發裝置的輔助設備§5·1 氣液分離器&

4、#167;5·2 蒸汽冷凝器 §5·2·1 冷卻水量 §5·2·2 計算冷凝器的直徑 §5·2·3 淋水板的設計§5·3泵選型計算§5·4預熱器的選型第六章 主要設備強度計算及校核§6·1蒸發分離室厚度設計§6·2加熱室厚度校核第七章 小結與參考文獻：符號說明希臘字母：c比熱容，KJ/(Kg.h)對流傳熱系數，/m2.d管徑，m 溫度差損失，D直徑，m誤差，D加熱蒸汽消耗量，Kg/h 熱損失系數，f校正系數， 阻力系

5、數，F進料量，Kg/h 導熱系數，/m2.g重力加速度，9.81m/s2 粘度，Pa.sh高度，m 密度，Kg/m3H高度，mk 杜林線斜率 K總傳熱系數，W/m2. 加和L液面高度，m 系數L加熱管長度，m L淋水板間距，m 下標：n效數1,2,3效數的序號n第n效0進料的p壓強，Pai內側q熱通量，W/m2 m平均Q傳熱速率，W o外側r汽化潛熱，KJ/Kg p壓強 R熱阻，m2./Ws污垢的S傳熱面積，m2 w水的t管心距，m w壁面的T蒸汽溫度，u流速，m/sU蒸發強度，Kg/m2.h上標：V體積流量，m3/h：二次蒸汽的W蒸發量，Kg/h ：因溶液蒸汽壓而引起的W質量流量，Kg/h

6、：因液柱靜壓強而引起的x溶劑的百分質量,：因流體阻力損失而引起的第一章 前言§1·1概述1蒸發及蒸發流程蒸發是采用加熱的方法，使含有不揮發性雜質（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質，使溶液得以濃縮的單元操作過程。蒸發操作廣泛用于濃縮各種不揮發性物質的水溶液，是化工、醫藥、食品等工業中較為常見的單元操作。化工生產中蒸發主要用于以下幾種目的：1獲得濃縮的溶液產品；2、將溶液蒸發增濃后，冷卻結晶，用以獲得固體產品，如燒堿、抗生素、糖等產品；3、脫除雜質，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。進行蒸發操作的設備叫做蒸發器。蒸發器內要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰。溶液在

7、蒸發器內因各處密度的差異而形成某種循環流動，被濃縮到規定濃度后排出蒸發器外。蒸發器內備有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應將其在冷凝器中加以冷凝。蒸發過程中經常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽，從溶液蒸發出來的蒸汽叫做而次蒸汽。2蒸發操作的分類按操作的方式可以分為間歇式和連續式，工業上大多數蒸發過程為連續穩定操作的過程。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發和多效蒸發，若產生的二次蒸汽不加利用，直接經冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發器作為加熱蒸氣，并

8、把若干個蒸發器串聯組合使用，這種操作稱為多效蒸發。多效蒸發中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發。真空蒸發有許多優點：（1）、在低壓下操作，溶液沸點較低，有利于提高蒸發的傳熱溫度差，減小蒸發器的傳熱面積；（2）、可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；（3）、有利于對熱敏性物料的蒸發；（4）、操作溫度低，熱損失較小。在加壓蒸發中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。因此，單效蒸發多為真空蒸發；多效蒸發的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。3蒸發操作的特點從上述對蒸發過程的簡單介紹可知，常見的蒸發時間壁兩側分別為蒸

9、氣冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發器也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，蒸發操作又有如下特點:(1) 沸點升高 蒸發的溶液中含有不揮發性的溶質，在港臺壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下純溶劑的蒸氣壓低，使溶液的沸點高于純溶液的沸點，這種現象稱為溶液沸點的升高。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發溶液時的傳熱溫差必定小于加熱唇溶劑的純熱溫差，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。(2) 物料的工藝特性 蒸發的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在濃縮時可能析出晶體，或易于結垢；有些則具有較大的黏度或較強的腐蝕性等。如何根據物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發流程和設備是蒸發操作彼此必須要考慮的問題。(3

10、) 節約能源 蒸發時汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸氣。如何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發操作要考慮的另一個問題。4蒸發設備   蒸發設備的作用是使進入蒸發器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。   蒸發的主體設備是蒸發器，它主要由加熱室和蒸發室組成。蒸發的輔助設備包括：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。茲分述如下：  由于生產要求的不同，蒸發設備有多種不同的結構型式。對常用的間壁傳熱式蒸發器，按溶液在蒸發器中的運動情況

11、，大致可分為以下兩大類：（1）循環型蒸發器   特點：溶液在蒸發器中做循環流動，蒸發器內溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。操作穩定。此類蒸發器主要有  a.中央循環管式蒸發器，  b.懸筐式蒸發器 c.外熱式蒸發器， d.列文式蒸發器 e.強制循環蒸發器。其中，前四種為自然循環蒸發器。（2）單程型蒸發器   特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進行循環。  優點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的  蒸發；溫度差損失較小，表面傳熱系數較大。  

12、;缺點：設計或操作不當時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結晶、結垢物料的蒸發。  此類蒸發器主要有    a.升膜式蒸發器，    b.降膜式蒸發器，    c.刮板式蒸發器本次設計采用的是中央循環管式蒸發器 ：結構和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環管。當管內液體被加熱沸騰時，中央循環管內氣液混合物的平均密度較大；而其余加熱管內氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環管下降，而由加熱管上升，做自然循環

13、流動。溶液的循環流動提高了沸騰表面傳熱系數，強化了蒸發過程。這種蒸發器結構緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優點，應用十分廣泛，有"標準蒸發器"之稱。為使溶液有良好的循環，中央循環管的截面積，一般為其余加熱管總截面積的40%100%；加熱管的高度一般為12m；加熱管徑多為2575mm之間。但實際上，由于結構上的限制，其循環速度一般在0.40.5m/s以下；蒸發器內溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不夠方便。第二章 蒸發工藝設計計算§2·1蒸濃液濃度計算多效蒸發的工藝計算的主要依據是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：加熱蒸氣（生

14、蒸氣）的消耗量、各效溶劑蒸發量以及各效的傳熱面積。計算的已知參數有：料液的流量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸氣的壓強和冷凝器中的壓強等。蒸發器的設計計算步驟多效蒸發的計算一般采用試算法。（1） 根據工藝要求及溶液的性質，確定蒸發的操作條件（如加熱蒸氣壓強及冷凝器的壓強），蒸發器的形式、流程和效數。（2） 根據生產經驗數據，初步估計各效蒸發量和各效完成液的濃度。（3） 根據經驗假設蒸氣通過各效的壓強降相等，估算個效溶液沸點和有效總溫差。（4） 根據蒸發器的焓衡算，求各效的蒸發量和傳熱量。（5） 根據傳熱速率方程計算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應按下面介紹的方法重新分配有

15、效溫度差，重復步驟（3)至（5），直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預先給出的精度要求）為止。F=4557.3kg/h 總蒸發量:W=F(1- )=4557.3(1-)=3038.2kg/h 并流加料蒸發中無額外蒸汽引出,可設:W2:W3=1:1.1:1.2 而W=W1+W2+W3=3038.2kg/h 由以上三式可得:W1=920.7kg/h; W2=1012.7kg/h; W3=1104.8kg/h; X1=0.125; X2= =0.174;X3=0.3§2·2溶液沸點和有效溫度差的確定設各效間的壓強降相等，則總壓強差為： =P1-PK/=501.3-30.4=470

16、.9KPa P=式中 P -各效加熱蒸汽壓強與二次蒸氣壓強之差KPa， -第一次加熱蒸氣的壓強KPa-末效冷凝器中的二次蒸氣的壓強KPa 各效間的壓強差可求得各效蒸發室的壓強 即P1/=P1- P2/ =P1-2Pi=501.3-2470.9/3=187.4KPa P3/=Pk /=30.4KPa 由各效的二次蒸汽壓強從手冊中查得相應的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與下表中: 第一效第二效第三效二次蒸汽壓強Pi/(KPa)344.3187.430.4二次蒸汽溫度 Ti/()(即下一效加熱蒸汽溫度)138.2117.966.8二次蒸汽的汽化潛熱(即下一效加熱蒸汽的ri/)2154.12197.5233

17、2.8 多效蒸發中的有效傳熱總溫度差可用下式計算：有效總溫度差 式中 -有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，。-第一效加熱蒸氣的溫度，。-冷凝器操作壓強下二次蒸氣的飽和溫度，。-總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和， =/+/+/式中 /- 由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，/-由于蒸發器紅溶液的靜壓強而引起的溫度差損失，/-由于管道流體阻力產生壓強降而引起的溫度差損失，§2·2·1各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失/ 杜林規則（dnhringsrule）:某種溶液的沸點和相同壓強下標準液體（一般為水）的沸點呈線性關系。在以水的沸點為橫坐標，該溶液的

18、沸點為縱坐標并以溶液的濃度為參數的直角坐標圖上，可得一組直線，稱為杜林直線。附錄五位NaOH水溶液的杜林線圖。利用 杜林線圖，可根據溶液的濃度及實際壓強下水的沸點查出相同壓強下溶液的沸點，從而可以得出 /值。根據杜林規則也可以計算液體在各種壓強下沸點的近似值。此法的義舉世：某液體在兩種不同壓強下兩沸點之差（），與水災同樣壓強喜愛；兩沸點之差（），其比值為一常數，即（）/ （）=，求得k值，其他任意壓強下的沸點可一由下式求得，即=-()； 所以，不要杜林線圖也可以計算出溶液的 /值。我們的設計是根據Ti/(即相間壓強下水的沸點)和各效完成液濃度xi由附錄NaOH水溶液的杜林線圖查得各效溶液的沸點

19、tAi分別為:tA1=143.8; tA2=126.2; tA3=84.8; 則 =143.8-138.2=5.6 =126.2-117.9=8.3 =84.8-66.8=18.0 所以=5.6+8.3+18.0=31.9 §2·2·2各效由于溶液靜壓強所因引起的溫度差損失 由于蒸發器中溶液靜壓強引起的溫度差損失 某些蒸發器在操作時，器內溶液需維持一定的液位，因而蒸發器中溶液內部的壓強大于液面的壓強，致使溶液內部的沸點較液面處的為高，二者之差即為因溶液靜壓強引起的溫度差損失，為簡便起見，日夜內部的沸點可按液面和底層的平均壓強來查取，平均壓強近似按靜力學方程估算：p

20、m=p/+式中 pm蒸發器中 液面和底層的平均壓強，pap/二次蒸氣的壓強，即液面處的壓強，pa溶液的平均密度，-液層高度g-重力加速度，根據pm=p/+取液位高度為1米由 NaOH水溶液比重圖可得下列數據:NaOH水溶液密度(Kg/m3) Pm1=344.3+=349.6KPa Pm2=187.4+=193.0KPa Pm3 = 30.4+=36.7KPa 根據各效溶液平均壓強查得對應的飽和溶液溫度為: T=138.8 ; T =118.9; T=72.2根據 = 式中 -根據平均壓強求取的水的沸點，-根據二次蒸氣壓強求得水的沸點 所以1= T- T=138.8-138.2=0.6 2= T

21、 - T=118.9-117.9=1.0 3= T-T=72.2-66.8=5.4 =0.6+1.0+5.4=7.0§2·2·3由經驗不計流體阻力產生壓降所引起的溫度差損失由于管道流體阻力產生的壓強降所引起的溫度差損失在多效蒸發中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過程中由于管道阻力使其壓強降低蒸汽的飽和溫度也相應降低由此引起的溫度差損失即為，根據經驗其值可以省略。=0根據以估算的各效二次蒸汽壓強及溫度差損失，即可由下式估算溶液各效溶液的沸點t 所以總的溫度差損失為 =+ =31.9+7.0+0=38.9 溶液的沸點ti=Ti/+ 5.6+0.6+0=6.2

22、 所以各效溶液沸點：t1=138.2+6.2=144.4， t2=117.9+9.3=127.2 ， t3=66.8+23.4=90.2§2·3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發水量的計算第i效的焓衡算式為：有上式可求得第i效的蒸發量.若在焓衡算式計入溶液的能縮熱及蒸發器的熱損失時，尚需考慮熱利用系數一般溶液的蒸發，x（式中x為溶液的濃度變化，以質量分率表示）。 第i效的蒸發量的 計算式為式中 -第i效的加熱蒸汽量，當無額外蒸汽抽出時= - 第i效加熱蒸氣的汽化潛熱 -第i效二次蒸氣的汽化潛熱-原料液的比熱 -水的比熱，-分別為 第i效及第i-1效溶液的沸點-第i效的熱利用系數無因次

23、，對于加熱蒸氣消耗量，可列出各效焓衡算式并與式（3-2）聯解而求得。 第一效的焓衡量式為:W1= 由相關手冊查得cp0=3.8644KJ/(Kg.)，cpw =4.2035 KJ/(Kg.)代入 W1= =0.9225D1 (a)同理第二效的熱衡算式為: W2=0.94-0.7(0.174-0.125)=0.9057所以W2=第三效的熱衡算式為: W3= W3= =0.7456 W2-0.0568W1+237.93 (c) 又W1+ W2+ W3=3038.2 (d) 聯立(a),(b),(c),(d)式,解得: W1=1057.9Kg/h W2=1032.6Kg/h W3=947.7Kg/h

24、 D1= 1169.0 Kg/h§2·4蒸發器的傳熱面積和有效溫度差在各效中的分布以及傳熱系數K的確定 任意一效的傳熱速率方程為Si=式中 -第i效的傳熱速率，W。 -第i效的傳熱系數，W/（m2, ）. -第i效的傳熱溫度差， Si-第i效的傳熱面積，m2在三效蒸發中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發器，即 S1=S3=S3=S若求得的傳熱面積不相等，應根據各效面積相的原則重新分配各校的有效溫度差。方法如下：總的傳熱系數K； 稱為公式（A）式中 ，-管外蒸汽冷凝傳熱系數與管內液體沸騰傳熱系數 ，-管外和管內的污垢熱阻，-管壁的導熱系數，-管壁的厚度， ，

25、-加熱管的外徑、平均直徑與內徑，計算K0值主要在于求取關內溶液的沸騰傳熱系統 。該值受溶液的性質、蒸發器的類型、沸騰傳熱的形式伊基蒸發操作的條件等許多因素的影響。因此，一般沸騰傳熱膜系數關聯式的準確度較差。Q1=D1r1=984.32113=1.94Kg/h=T1-t1=151.8-145.8=6.0查得RS0=0.86×10-4m2 .K/W , RSi=3.44×10-4m2K/W,取規格為的加熱管 則d0=38mm,di=38-2.5=33mm,dm=,b=2.5mm第一效：蒸汽在垂直管外的冷凝對流傳熱系數假設壁溫tw1=150，特性溫度t=（151.8+150）/2

26、=150.9，=151.8-150=1.8，由t 值查得冷凝液的導熱系數 =0.6839，密度 =916.14Kg/m3 ，粘度=0.1848×10-3，又=2112.9Kj/Kg1=1.13)0.25=10806.6；驗算:Re=398.5 <2000，所以1=10806.6由經驗公式: (*) 其中,：- 沸騰液體與其蒸汽間的表面壓力,N/m;-液體的導熱系數,W/ m.k; P-二次蒸汽壓力,Pa; cL-液體的比熱 ,J/Kg.K; r -液體的汽化潛熱J/Kg; -液體的密度Kg/m3; -蒸汽的密度Kg/m3 - 液體的動力粘度Pa s; -水的動力粘度Pa.s;

27、-管壁與沸騰液體間的傳熱溫差K;C -與表觀液面高度百分比h有關的系數;h:-加熱管內含純液柱高度占總管長的百分比; 對一效查得：=0.07943 N/m，P =344.3K Pa，C=0.33，cL=3813.1J/Kg.K; =0.7036W/ m.k; r =2154.1KJ/Kg; =1090.5Kg/m3; =1.87807Kg/m3; =0.1944×10-3Pa.s;=0.5345×10-3Pa s; =150-144.4=5.6K;帶入上式解得： 1=5903.9 帶入 公式（A）得K1=1082.3檢驗 ，帶入數據解得tw=149.9，與假設基本相同，故不

28、必重算。所以K1=1082.3第二效：假設tw=135，特性溫度t=（135+138.2）/2=136.6，=138.2-135=3.2，由t 值查得冷凝液的導熱系數 =0.6853，密度 =929.06Kg/m3 ，粘度=0.2068×10-3Pa s，又=2145.1Kj/Kg由公式： 2 =得2=1.13)0.25=9221.7；驗證： Re=529.9 <2000，所以2=9221.7由經驗公式: 因為t=（135+127.2）/2=131.1對二效查得：=0.08359 N/m，P=187.4 KPa，C=0.33，cL=3738.0J/Kg.K; =0.7090W/

29、 m.k; r =2197.5KJ/Kg; =1142.4Kg/m3; =1.06027Kg/m3; =0.2233×10-3Pa.s;=0.6925×10-3Pa s; =135-127.2=7.8 K;帶入上式解得： 2=5443.8 帶入 公式（A）得K2=1045.7檢驗 ，帶入數據解得tw=135.3，重新假設tw=135.3，所以 t=(135.3+138.2)/2=136.25 t=138.2-135.3=2.9由t=136.25查得 =0.6853，密度 =928.93Kg/m3 ，粘度=0.2065×10-3Pa s，又=2154.1Kj/Kg根

30、據式 2 =得： 2 =9454.3 ； 驗證：驗證： Re=493.1<2000，所以2=9454.1因為t=（135.3+127.2）/2=131.25對二效查得：=0.08359 N/m，P=187.4 KPa，C=0.33，cL=3738.0J/Kg.K; =0.7090W/ m.k; r =2197.5KJ/Kg; =1142.4Kg/m3; =1.06027Kg/m3; =0.2233×10-3Pa.s;=0.6925×10-3Pa s; =135.3-127.2=8.1K;根據公式：得 2=5653.1 由公式（A）計算得到 K2=1057.3檢驗 帶入

31、數據解得tw=135.2，與假設基本相同，故不必重算。所以K2=1057.3第三效根據式 3 = ， Re<2000，驗證： Re=假設tw3=110，特性溫度t=（117.9+110）/2=113.95，=112.9-110=7.9，由t 值查得冷凝液的導熱系數 =0.6846，密度 =947.88Kg/m3 ，粘度=0.2503×10-3Pa s，又=2197.5Kj/Kg由公式： 3 =得3=1.13)0.25=7114.6；驗證： Re=817.5 <2000，所以2=7114.6由t=（110+90.2）/2=100.1對三效查得：=0.0855 N/m，P=3

32、0.4 KPa，C=0.33，cL=3638.30J/Kg.K; =0.7090W/ m.k; r =2332.8KJ/Kg; =1275Kg/m3; =0.19326Kg/m3; =0.2832×10-3Pa.s;=1.555×10-3Pa s; =110-90.2=19.8K;經驗公式: 帶入上式解得：3=4383.8 帶入 公式（A）得K3=961.6檢驗 帶入數據解得tw=110.0， 與假設基本相同，故不必重算。所以K3=961.6即K1=1082.3,K2=1057.3,K3=961.6。因為參數太多，值查的不準，計算的K值差別不大，優化效果不明顯，故用經驗值，

33、K1=1860,K2=1280,K3=700分別帶入公式： Si=得到 S1=m2 S2= S3= =m2誤差為： 1- 誤差較大，故應調整各效的有效溫度差，重復上述步驟。§2·5溫差的重新分配與試差計算§2·5·1重新分配各效的有效溫度差， 平均傳熱面積:S=38.26m2重新分配有效溫度差:= = =§2·5·2重復上述計算步驟：§2·5·2·1由所求各效蒸汽量求各效溶液濃度X1=; X2= ， X3=0.3，§2·5·2·2計算各

34、效溶液沸點末效溶液沸點和二次蒸汽壓強保持不變,各種溫度差損失可視為衡值，故末效溶液的沸點=90.2.而 =23.53,則第三效加熱蒸汽溫度（即第二效二次蒸汽溫度）為 T3=T2/=90.2+23.53=113.75, 由于第二效二次蒸汽溫度為T2/=113.75,再由X2=0.185查杜林曲線得:tA2=121.74,所以t2= tA2+=121.74+1.0=122.74 同理：由t2=122.74 ，=12.93則 T2= T1/ = t2+=122.74+12.93=135.67再由 T1/ =135.67，X1=0.130， 查杜林曲線得: tA1=141.62 t1 =141.62+

35、0.6=142.22；也可以由 t1 = T1=151.8-9.64=142.16 說明溶液的溫度差損失變化不打，不必重新計算，故有效溫度差為 46.1 以上計算結果總結如下:效數第一效第二效第三效溶液沸點ti142.22122.7490.2加熱蒸汽的溫度()151.8134.5107.93有效溫度差()9.4612.9323.53§2·5·2·3各效焓衡算: 二次蒸汽的汽化潛熱和二次蒸汽溫度Ti/() (即下一效加熱蒸汽)溫度 如下表： 效數第一效第二效第三效二次蒸汽溫度Ti/()(即下一效加熱蒸汽)溫度135.67113.7366.8二次蒸汽的汽化潛

36、熱(即下一效加熱蒸汽的ri/)2161.32222.32332.8 第一效： =0.940.7×（0.1300.10）=0.919W 1=0.919Kg/h第二效： W2= 第三效： =0.940.7×(0.300.185)=0.8595W3=0.859 5Kg/h W3=211.140.0482 W 1+ 07705W2因為： W 1+ W2+ W3=3038.2Kg/h得： W 1=1047.1Kg/h ， W2=1023.4Kg/hW3 =967.7 Kg/h ， D=1165.4Kg/h與第一次熱量恒算所得結果：W 1=1057.9Kg/h，W2=1032.6Kg/

37、h， W3 =947.7Kg/h比較并計算誤差得=0.0103， =0.009， =0.0021相對誤差均在誤差允許范圍之內股計算得各效蒸發面積合理。其各效溶液濃度無明顯變化不必再算。§2·5·2·4計算各效傳熱面積S1= m2S2= = m2 S3= m2 誤差計算得： 1-=136.27/38.15=0.049<0.05；所以誤差允許取平均面積的S=37.18m2§2·6計算結果列表效數123冷凝器加熱蒸汽溫度()151.8135.67113.7366.8操作壓強Pi/ (KPa)319.6162.630.430.4溶液沸點

38、ti142.22122.7490.2完成液濃度(%)13.018.530.0蒸發水量Wi Kg/h1047.11023.4967.7生蒸汽量D Kg/h1165.4傳熱面積Si m237.1837.1837.18表中Pi/ 按T1/ =T2 =135.67查得, P2/按T2/ =T3 =113.73 查得, Pk/P3/ =30.4KPa第三章 NaOH溶液的多效蒸發優化程序部分§3·1 具體的拉格朗日乘子法求解過程 具體的拉格朗日乘子法求解過程如下：（1）先輸入筆算得相關數據（與優化計算的過程相比可視為常量的或者不變的量）a0=0.018b0=0.000146,B=40

39、000，c0=4180,c1=0.5,c2=1,c=0，e=0.00001,f=4557.3,fc=0.15，k1=1860,k2=1280,k3=700，o=7680,p=1000,R0=2112.9,r3=2332.8,y=0.6,x0=0.1, x3=0.3,t0=20, t3=66.8,T1=151.8,Tk=66.8,Tpm3=138.8,118.9,72.2,Ta3=143.8,126.2,84.8,T3=138.2,117.9,66.8;（2） 根據公式w=f*(1-x0/x3);計算總的蒸發量（3） 根據Tpm3，Ta3，T3德具體數值計算相關量b視為不便的量。（4） 在輸入筆

40、算的第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱為程序內部循環作準備（5） 根據公式w1=w/(1+r1/r2+r1/r3);w2=w/(1+r2/r1+r2/r3);w3=w-w1-w2; D1=w3*r3/R0;計算分別算出各效蒸發量并求出生蒸汽的量（6） 根據公式x1=f*x0/(f-w1);x2=f*x0/(f-w1-w2);進一步求出第一效和第二效的濃度（7） 根據根據拉格朗日乘子法，求出各效溫度差損失dt1、dt2、dt3。(8)利用經驗公式R1=(2466904.9-1584.3*T1-4.9*T1*T1)/1000; R2=(2466904.9-1584.3*t1-4.9*t1*t1)/100

41、0;求變化后的第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱。當滿足條件時退出循環并開始計算面積，同時求出費用，如果不滿足條件就自動傳遞變量第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱，重新進入循環直至滿足條件（9）分別計算年生蒸汽費用，蒸發器年折舊維修費用和整孔系統費用。并考慮節省的費用。§3·2 程序內部變量說明程序內部變量說明：a0-計算年蒸汽費用時的常量0.018, a-雙精度變量,A3-面積的一維變量, b-計算年蒸汽費用時的常量00.000146,b-雙精度變量, B-蒸發器用不銹鋼市場鋼材價格,40000,c0-水的比熱容, c1-電費0.5,c2-動力費附加系數, c-雙精度變量,d-雙精度

42、變量, D1-生蒸汽-雙精度變量dt1,dt2,dt3,-分別為溫度差變量 e-循環控制常量0.00001,E-雙精度變量, f-溶液流量,fc-蒸發器念折舊及維修率0.15, h-雙精度變量,H3-增資系數的一維變量, k1,k2,k3-各效總的傳熱系數L-雙精度變量, M-雙精度變量, N-雙精度變量, m-雙精度變量,n-雙精度變量, o-蒸發器年工作時間7680,p-水的通常密度, R0-生蒸汽的汽化潛熱,r1,r2,r3-各效汽化潛熱的雙精度變量, w-總的蒸發量,w1,w2,w3-各效蒸發量, vw -雙精度變量,y-泵的效率, j,j1,j2,j3-費用的雙精度變量，t0-冷凝水

43、的進口溫度20, t1,t2,t3-各效的溶液的沸點,T1-生蒸汽的溫度, Tk-冷凝器的蒸汽溫度,R1,R2-第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱雙精度變量x0,x1,x2,x3-原料液濃度和各效內部的濃度,Tpm3-溶液靜平均壓強對應的飽和溫度的一維變量,Ta3-由杜林曲線查出的各小溶液沸點的一維變量,T3-二次蒸汽溫度的一維變量; §3·3程序內容： #include <stdio.h>#include <math.h>main()int i;double a0=0.018,a,A3,b0=0.000146,b,B=40000,c0=4180,c1=0

44、.5,c2=1,c=0,d=0,D1,dt1,dt2,dt3,e=0.00001,E,f=4557.3,fc=0.15,h,H3,k1=1860,k2=1280,k3=700,L,M=0,N,m,n,o=7680,p=1000,R0=2112.9,R1,R2,r1,r2,r3=2332.8,w,w1,w2,w3,vw,y=0.6,j,j1,j2,j3,x0=0.1,x1,x2,x3=0.3,t0=20,t1,t2,t3=66.8,T1=151.8,Tk=66.8,Tpm3=138.8,118.9,72.2,Ta3=143.8,126.2,84.8,T3=138.2,117.9,66.8; fo

45、r(i=0;i<3;i+) c+=Tai-Ti; d+=Tpmi-Ti; b=T1-Tk-c-d; scanf("%f,%f",&r1,&r2); w=f*(1-x0/x3); for( ; ; ) w1=w/(1+r1/r2+r1/r3); w2=w/(1+r2/r1+r2/r3); w3=w-w1-w2; D1=w3*r3/R0; x1=f*x0/(f-w1); x2=f*x0/(f-w1-w2); m=D1*R0/k1; n=w1*r1/k2; h=w2*r2/k3; a=sqrt(m)+sqrt(n)+sqrt(h); dt1=b*sqrt(m

46、)/a; dt2=b*sqrt(n)/a; dt3=b*sqrt(h)/a; R1=(2466904.9-1584.3*T1-4.9*T1*T1)/1000; t1=t3+dt3+dt2; R2=(2466904.9-1584.3*t1-4.9*t1*t1)/1000; if(fabs(R1-r1)/r1)<=e&& fabs(R2-r2)/r2)<=e) break; else r1=R1; r2=R2; t1=T1-dt1; t2=t3+dt3; printf("xiang guan shu ju :n");printf("D1=%

47、f,nw=%f,w1=%f,w2=%f,nR1=%f,R2=%f,ndt1=%f,dt2=%f,dt3=%f,nT1=%f,t1=%f,t2=%f,t3=%f,nx0=%f,x0=%f,x1=%f,x2=%f,x3=%fn",D1,w,w1,w2,w3,R1,R2,dt1,dt2,dt3,T1,t1,t2,t3,x0,x1,x2,x3); printf("xia mian ji suan mian ji :n"); A0=m/dt1/3.6; A1=n/dt2/3.6; A2=h/dt3/3.6; printf("mian ji shi :n"

48、); printf("A0=%f,nA1=%f,nA2=%f",A0,A1,A2);printf("nji suan fei yong :n"); j1=o*D1*(a0+b0*T1)/10000; for(i=0;i<3;i+) if(Ai<=100) Hi=1; else if(Ai<=200 && Ai>100) Hi=1.2; else Hi=1.5; for(i=0;i<3;i+) printf("%f,%fn",Ai,Hi);for(i=0;i<3;i+) M+=(440

49、0+B-620)*1.2*(0.667+0.0287*Ai)*Hi; j2=fc*M/10000; vw=w3*(r3*1000+c0*5)/p/c0/(Tk-5-t0)/3600; j3=c1*c2*o*(21+1450*vw*vw)*vw*p/102/y/10000; j=j1+j2+j3; printf("j=%f,nj1=%f,nj2=%f,nj3=%fn",j,j1,j2,j3); L=j1/j; E=j2/j; N=j3/j; printf("L=%f,E=%f,N=%fn",L,E,N);return;§3·4 程序優化

50、計算結果程序運行結果：D1=1069.216649,w=3038.200000,w1=1068.914989,w2=1000.496284,w3=968.427580,A0=28.070734,A1=33.838044,A2=45.757387,Dt1=12.019197.Dt2=14.488617,Dt3=19.592186,R1=2113.496284；R2=2257.212455；優化后的：總的費用：J=37.469867萬元, 各種費用所占的比例：年生蒸汽費用：J1=32.980020萬元, L=0.880174,蒸發器年折舊維修費用：J2=4.011927萬元, E=0.107071真空系統費用：J3=0.477921萬元, N=0.012755§3·5 優化前后費用比較 等面積的各項費用：總的費用：J=40.6329萬元 各種費用所占的比例： 年生蒸汽費用：J1=35.9468萬元, L=0.8847蒸發器年折舊維修費用：J2=4.0988萬元 E=0.1009真空系統費用：J3=0.5873 萬元 N=0.01445 兩者比較：總的