三效并流蒸发器的工艺设计和换热面积计算
一．设计参数：
处理量（㎏/h）4500，初始温度为20℃，初始浓度5%， 完成液浓度为40%，加热蒸汽压强为5at(绝压)，
末效真空度为600mmHg(表压)，试计算所需的蒸发器的传热面积。 二．设计方案： 1.总蒸发量计算：
W=F(1-X0/X3=4500(1-0.05/0.40)=3937.5㎏/h 2.各效蒸发量初步估算： 假设：W1:W2:W3=1:1.1:1.2 W=W1+W2+W3=3.3W1=3937.5 W1=1193㎏/h W2=1312㎏/h W3=1432㎏/h 3.估算各效浓度： X1=
F?X0=(4500×0.05)/(4500-1193)=0.068 F-W1X2=4500×0.05/(4500-1193-1312)=0.113 X3=0.4
4.分配各效压强
假设各效间压降相等的原则进行分配 P1=5×98.07+101.33=592KPa PK=101.33-600×133.32×10-3=21KPa
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ΔP=(592-21)/3=571/3=190KPa
则各效蒸发室的压强（二次蒸汽压强）为： P1/=P1-ΔP=592-190=402KPa P2/=P1-2ΔP=592-2×190=212KPa P3/=PK=21KPa
由各效二次蒸汽压强查水蒸汽表可得相应的二次蒸汽温度和气化潜热如下表： 效数 1 2 212 3 21 二次蒸汽压强402 /KPa 二次蒸汽温度143.6 /℃ 汽化潜热(kj/2138 ㎏) 5.计算各效传热温度差损失：
121.9 60.7 2200 2353 （一）、由于蒸汽压下降引起的温度差损失Δ
/
根据二次蒸汽温度和各效完成液的浓度，由氢氧化钠的杜林线图可查的各效溶液的沸点分别为：
沸点：ta1=146℃ ta2=125℃ ta3=87℃ 由于溶液蒸汽压下降引起的温度差损失为： Δ1/=146-143.6=2.4℃ Δ2/=125-121.9=3.1℃
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Δ3/=87-60.7=26.3℃
/??=2.4+3.1+26.3=31.8℃
(二)、由于静压强引起的温度差损失 Pm=p/+ρg L/2
取液位高度为2米（即加热蒸汽管长度）
由溶液的沸点和各效完成液的浓度查表可得各效溶液的密度 ρ1=991㎏/m3 ρ21056㎏/m3 ρ31366㎏/m3
P1=402+991×9.81×2/2/1000=412KPa P2=212+1056×9.81×2/2/1000=222kpa P3=21+1366×9.81×2/2/1000=34kpa
对应的各效溶液（水）的温度分别为：144.4℃ 123.3℃ 69.9℃
??/=tm-tp
ΔΔΔ
///1
//
=144.4-143.6=0.8℃ =123.3-121.9=1.4℃ =69.9-60.7=9.2℃
/////2
///3
??=0.8+1.4+9.2=11.4℃
///
(三)、流动阻力引起的温度差损失Δ
??///
=0
6.计算总温度差损失
??=31.8+11.4=43.2℃
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7.计算总传热温度差
?t=T1-TK-
??=158.1-60.7-43.2=54.2℃
1、 计算各效溶液的沸点及各效加热蒸汽的温度
一效：t1=TI/+ΔI=143.6+2.4+0.8=146.8℃ ： t2=121.9+3.1+1.4=126.4℃ :t3=60.7+26.3+9.2=96.2℃
T2=t1-(△1/+△1//+△1///)=146.8-3.2=143.6 T3=△t3+t3
8.计算加热蒸汽消耗量及各效蒸发水分量 解方程组： W1=1428㎏/h W2=1420㎏/h W3=1091㎏/h D1=1508㎏/h
9.估算蒸发器的传热面积
Si?Qi ki??tiΔt1=T1-t1=158.1-146.8=11.3℃ 假设各效传热系数： K1=1800W/(m2k) K2=1200 W/(m2k) K3=600 W/(m2k)
Q1=D1×R1=15.8×2093×103/3600=8.77×105W
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Q2=1428×2138×103/3600=8.48×105W Q3=8.68×105W S1=43.1m2 S2=41.1m2 S3=56.3m2 10.有效温度差再分配
S?S1?t1?S2?t2?S3?t3=48.7m2
??t?t1?43.1/48.7×11.3=10℃ ?t2?41.1/48.7×17.2=14.5℃
?t3?56.3/48.7×25.7=29.7℃
11.重新计算各效浓度 X1=0.073 X2=0.136 X3=0.4
12.计算各效溶液的沸点及相应的焓值 效次 加热蒸汽温度 各效温度差 1 T1=158.1 10 2 T2=146.6 14.5 132.1 3 T3=125.9 29.7 96.2 各效溶液的沸148.1 点 焓值kj/kg 2129 2189 2353 - 5 -
13.计算各效蒸发量 解方程组： W1=1444㎏/h W2=1393㎏/h W3=1101㎏/h D=1523㎏/h
14.计算各效传热面积 Q1=8.85×105 S1=49.2m2 Q2=8.54×105 S2=49.1M2 Q3=8.47×105 S3=47.5M2
1-SminSmax=1-47.5/49.2=0.0346＜0.05 取平均面积
S=(49.2+49.1+47.5)/3=48.6M2 取S=1.1S=53.46=[54M2]
经实际使用，按此原理进行计算的结果符合实际的需要。能满足工程上的实际生产。
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