1、單效蒸發器蒸發計算方式單效蒸發設計計算內容有：確定水的蒸發量；加熱蒸汽消耗量；蒸發器所需傳熱面積。在給定生產任務和操作條件，如進料量、溫度和濃度，完成液的濃度，加熱蒸汽的壓力和冷凝器操作壓力的情況下，上述任務可通過物料衡算、熱量衡算和傳熱速率方程求解。 一、蒸發水量的計算 對圖5-13所示蒸發器進行溶質的物料衡算，可得圖5-13 單效蒸發器 由此可得水的蒸發量 （51）完成液的濃度 （52）式中： F原料液量，kg/h； W蒸發水量，kg/h； L完成液量，kg/h； x0原料液中溶質的濃度，質量分數； x1完成液中溶質的濃度，質量分數。二、加熱蒸汽消耗量的計算 加熱蒸汽用量可通過熱

2、量衡算求得，即對圖5-13作熱量衡算可得： （53）或 （53a）式中： H 加熱蒸汽的焓，kJ/kg ; H´二次蒸汽的焓，kJ/kg ; h0 原料液的焓，kJ/kg ; h1 完成液的焓，kJ/kg ;hc 加熱室排出冷凝液的焓，kJ/h ;Q 蒸發器的熱負荷或傳熱速率，kJ/h ;QL 熱損失，可取Q的某一百分數，kJ/kg ;c0、c1為原料、完成液的比熱，kJ/(kg·) 。考慮溶液濃縮熱不大，并將H´取t1下飽和蒸汽的焓，則（93a）式可寫成： （54）式中： r 、r´分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg。若原料由預熱器加熱至沸

3、點后進料（沸點進料），即t0=t1，并不計熱損失，則（45）式可寫為： （55）或 （55a）式中：D/W稱為單位蒸汽消耗量，它表示加熱蒸汽的利用程度，也稱蒸汽的經濟性。由于蒸汽的汽化潛熱隨壓力變化不大，故 r = r´。對單效蒸發而言，D/W =1，即蒸發一千克水需要約一千克加熱蒸汽，實際操作中由于存在熱損失等原因，D/W 1。可見單效蒸發的能耗很大，是很不經濟的。三、傳熱面積的計算蒸發器的傳熱面積可通過傳熱速率方程求得，即： （56）或 （56a）式中： A 蒸發器的傳熱面積，m2; K 蒸發器的總傳熱系數，W/(m2K)；tm傳熱平均溫度差，；Q 蒸發器的熱負荷，W或kJ/kg

4、。式（56）中，Q可通過對加熱室作熱量衡算求得。若忽略熱損失，Q即為加熱蒸汽冷凝放出的熱量，即 （57）但在確定tm和K時，卻有別于一般換熱器的計算方法。（一）平均溫度差tm的確定在蒸發操作中，蒸發器加熱室一側是蒸汽冷凝，另一側為液體沸騰，因此其傳熱平均溫度差應為： （58）式中： T 加熱蒸汽的溫度，； t1 操作條件下溶液的沸點， 。應該指出，溶液的沸點，不僅受蒸發器內液面壓力影響，而且受溶液濃度、液位深度等因素影響。因此，在計算tm時需考慮這些因素。1、溶液濃度的影響溶液中由于有溶質存在，因此其蒸氣壓比純水的低。換言之，一定壓強下水溶液的沸點比純水高，它們的差值稱為溶液的沸點升高，以表示

5、。影響的主要因素為溶液的性質及其濃度。一般，有機物溶液的較小；無機物溶液的較大；稀溶液的不大，但隨濃度增高，值增高較大。例如，7.4的NaOH溶液在101.33KPa下其沸點為102，僅為2，而48.3NaOH溶液，其沸點為140，值達40之多。各種溶液的沸點由實驗確定，也可由手冊或本書附錄查取。2、壓強的影響當蒸發操作在加壓或減壓條件下進行時，若缺乏實驗數據，則似按下式估算，即 （59）式中： 操作條件下的溶液沸點升高，； 常常壓下的溶液沸點升高，； f 校正系數，無因次，其值可由下式計算， （510）其中：T操作壓力下二次蒸汽的飽和溫度，； r操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg。3、

6、液柱靜壓頭的影響通常，蒸發器操作需維持一定液位，這樣液面下的壓力比液面上的壓力（分離室中的壓力）高，即液面下的沸點比液面上的高，二者之差稱為液柱靜壓頭引起的溫度差損失，以表示。為簡便計，以液層中部（料液一半）處的壓力進行計算。根據流體靜力學方程，液層中部的壓力pav為： （511）式中：p溶液表面的壓力，即蒸發器分離室的壓力，Pa； av溶液的平均密度，kg/m3； h 液層高度，m。則由液柱靜壓引起的沸點升高為 （512）式中： tav 液層中部pav壓力下溶液的沸點，； tb p壓力（分離室壓力）下溶液的沸點，。近似計算時，式（512）中的tav和tb可分別用相應壓力下水的沸點代替。4、管

7、道阻力的影響倘若設計計算中溫度以另一側的冷凝器的壓力（即飽和溫度）為基準，則還需考慮二次蒸汽從分離室到冷凝器之間的壓降所造成的溫度差損失，以表示。顯然，值與二次蒸汽的速度、管道尺寸以及除沫器的阻力有關。由于此值難于計算，一般取經驗值為1，即=1。考慮了上述因素后，操作條件下溶液的沸點t1，即可用下式求取， （513） 或 （513a）式中：T冷凝器操作壓力下的飽和水蒸汽溫度，；總溫度差損失，；蒸發計算中，通常把（48）的平均溫度差稱為有效溫度差，而把T T稱為理論溫差，即認為是蒸發器蒸發純水時的溫差。（二）總傳熱系數K的確定蒸發器的總傳熱系數可按下式計算 （514）式中：i 管內溶液沸騰的對流

8、傳熱系數，W/(m2·)； 管外蒸汽冷凝的對流傳熱系數，W/(m2·)； 管內污垢熱阻，m2·/W； 管外污垢熱阻，m2·/W； 管壁熱阻，m2·/W。（514）式中a 、及 在傳熱一章中均已闡述，本章不再贅述。只是Ri和ai 成為蒸發設計計算和操作中的主要問題。由于蒸發過程中，加熱面處溶液中的水分汽化，濃度上升,因此溶液很易超過飽和狀態，溶質析出并包裹固體雜質，附著于表面，形成污垢，所以Ri往往是蒸發器總熱阻的主要部分。為降低污垢熱阻，工程中常采用的措施有：加快溶液循環速度，在溶液中加入晶種和微量的阻垢劑等。設計時，污垢熱阻Ri目前仍需根據經

9、驗數據確定。至于管內溶液沸騰對流傳熱系數ai也是影響總傳熱系數的主要因素。影響ai的因素很多，如溶液的性質，沸騰傳熱的狀況，操作條件和蒸發器的結構等。目前雖然對管內沸騰作過不少研究，但其所推薦的經驗關聯式并不大可靠，再加上管內污垢熱阻變化較大，因此，目前蒸發器的總傳熱系數仍主要靠現場實測，以作為設計計算的依據。表5-1中列出了常用蒸發器總傳熱系數的大致范圍，供設計計算參考。表5-1 常用蒸發器總傳熱系數K的經驗值蒸發器型式總傳熱系數W/(m2·K)中央循環管式5803000帶攪拌的中央循環管式12005800懸筐式5803500自然循環10003000強制循環12003000升膜式5

10、805800降膜式12003500刮膜式， 粘度1mPa·s2000刮膜式，粘度100100,00 mPa·s2001200 例5-1 采用單效真空蒸發裝置，連續蒸發NaOH水溶液。已知進料量為200kg/h，進料濃度為40%（質量百分數），沸點進料，完成液濃度為48.3%（質量百分數），其密度為1500kg/m3，加熱蒸汽壓強為0.3MPa（表壓），冷凝器的真空度為51KPa，加熱室管內液層高度為3m。試求蒸發水量、加熱蒸汽消耗量和蒸發器傳熱面積。已知總傳熱系數為1500 W/(m2·K)，蒸發器的熱損失為加熱蒸汽量的5%，當地大氣壓為101.3KPa。 解：（

11、1）       水份蒸發量W kg/h（2）       加熱蒸汽消耗量 故 由本書查附錄 得：當P=0.3 MPa(表)時，T=143.5 ，r=2137.0 kJ/kg當Pc=51KPa(真空度)時，Tc81.2 r2304 kJ/kg故 kg/h（3）傳熱面積A確定溶液沸點a) 計算已查知Pc=51kPa（真空度）下，冷凝器中二次蒸汽的飽和溫度T81.2查附錄常壓下48.3% NaOH溶液的沸點近似為tA=140常140-100=40 因二次蒸汽的真空度為51 kPa，故需用式（410）校正，即0.87