正航仪器详细介绍蒸发器的工艺计算

 正航仪器详细介绍蒸发器的工艺计算
1  溶液的沸点和温度差损失
     蒸发计算中需要知道溶液的沸点。一定压强下，溶液的沸点较纯水的要高，两者沸点之差称为溶液的沸点升高。一般稀溶液或有机溶液的沸点升高值较小；而无机盐溶液的则较大，有时可达六、七十度或更高。对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大、液柱越高，沸点升高值越大。
     溶液沸点升高的计算式为：
     Δ= t - T’                                            (1-7)
式中 Δ--溶液的沸点升高，℃ ；
      t--溶液的沸点，℃ ；
     T’--与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸汽的饱和温度，℃ 。
     蒸发操作中，当加热蒸汽温度T 一定时，由于溶液的沸点升高，使蒸发器中的传热有效温度差Δt小于未考虑沸点升高时理论上的传热温度差ΔtT，由于沸点升高使传热温度差降低，故溶液的沸点升高又称为传热的温度差损失，即：
       ΔtT-Δt=Δ                                         (1-8)
或     Δt=ΔtT-Δ                                         (1-8a)
式中Δt--传热的有效温度差，℃ ； 
    ΔtT——理论上的传热温度，℃ ； 
例如，某蒸发操作中加热蒸汽的压强为200kPa，相应的饱和温度为120.2℃，分离室压强为70kPa，若蒸发的是纯水，纯水在70kPa压强下的沸点为88.9℃，故：
有效的温度差=120.2-89.9=30.3 ℃
若蒸发的为某种溶液，在上述条件下溶液的沸点为95℃，故：
    有效温度差＝120.2—95=25.2 ℃ 
    因此，溶液沸点升高为:95—89.9＝5.1℃，温度差损失为：30.3—25.2＝5.1 ℃，
即在一定操作条件下溶液的沸点升高等于传热的温度差损失。
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：(1)因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失；(2)因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失；(3)因管路流体阻力而引起的温度差损失。故总温度差损失为：
Δ=++                                          (1-9)
1.1由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失
    由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为：
    Δ’= tA*-T’                                           (1-10)
    溶液的沸点主要与溶液的类别、浓度及操作压强有关，一般由实验测定，常压下常见溶液的沸点列于附录。
有时蒸发操作在加压或减压下进行，因此必须求出各种浓度的溶液在不同压强下的沸点。当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出沸点升高值，即：
Δ’ =ƒΔa’                                           (1-11)
式中Δª’——常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高(即温度差损失)，可由实验测定的tA值求得 ℃ ；
    Δ’ --- 操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ ；
     ƒ  --- 校正系数,无因次。其经验计算式为：
                                          (1-12)
式中T’—操作压强下二次蒸汽的温度，℃
    r’—操作压强下二次蒸汽的汽化热，kJ／kg 。
1.2因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失
某些蒸发器的加热管内积有一定高度的液层，液层内各截面上的压强大于液体表面压强,因此液层内溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。为了简便，计算时往往以液层中部的平均压强Pm及相应的沸点为TAm为准，中部的压强为：
                                              (1-13)
式中  Pm——液层中部的平均压强，Pa；
      P’——液面的压强，即二次蒸汽的压强，Pa；
      ɡ--重力加速度，m／s2；
      ρ——液体密度，kg／m3；
      l--液层深度，m 。
为了简便，常根据平均压强Pm查出纯水的相应沸点，故因静压强而引起的温度差损失为：
=tpm-tp’                                           (1-14)
式中  tpm——与平均压强Pm相对应的纯水的沸点，℃
      tp’——与二次蒸汽压强P’相对应的水的沸点，℃
由于溶液沸腾时液层内混有气泡，故液层的实际密度较式1—14采用的纯液体密度要小，因此用式1-14算出的值偏大。此外，当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力使平均压强增高，式1-13中并没有考虑这项影响，但可以抵消前述的部分误差。可见，由式1-14求出的值仅为估计值。
1.3由于管路流体阻力而引起的温度差损失
    蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热蒸汽，因管道流体阻力使二次蒸汽的压强稍有降低，温度也相应下降，一般约降1°C ,例如前效二次蒸汽离开液面时为95°C ,经管路送到后效时降为94℃,致使后效的有效温度差损失1℃,这种损失即为因管路流体阻力而引起的温度差损失。的计算相当繁琐，一般取效间二次蒸汽温度下降1℃,末效或单效蒸发器至冷凝器间下降1～1.5℃。
     应予指出，在蒸发过程的计算中，溶液的沸点是基本数据。溶液的温度差损失不仅是计算沸点所必需的，而且对选择蒸汽的压强（或其他加热介质的种类和温度）也是很重要的。例如若温度差损失很大时，沸点就很高，因而必须相应的提高加热蒸汽的压强，以保证具有必要的传热温度差。 
2  单效蒸发的计算
    单效蒸发的计算项目有：(1)单位时间内蒸发出的水分量，即蒸发量；(2)加热蒸汽的消耗量；(3)蒸发器的传热面积。
    通常，生产任务中已知的项目有：(1)原料液流量、组成与温度；(2)完成液组成；(3)加热蒸汽的压强或温度；(4)冷凝器的压强或温度。