多效蒸發(fā)的設(shè)計(以NaOH為例)

1、化原理課程設(shè)計NaOH蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計第一章 1第二章定刖言概述 蒸發(fā)工藝設(shè)計計算2 2 2 341蒸濃液濃度計算 2溶液沸點和有效溫度差的確定1各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失 A /2各效由于溶液靜壓強所因引起的溫度差損失3由經(jīng)驗不計流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計算蒸發(fā)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(shù)K的確溫差的重新分配與試差計算5 1重新分配各效的有效溫度差,5 2重復(fù)上述計算步驟第三章NaO H溶液的多效蒸發(fā)優(yōu)化程序部分3 3 3 3 3 第四章4 -4 -4 -4 -4 -1234511 1 1 1 22 2 2 具體的拉格

2、朗日乘子法求解過程程序內(nèi)部變量說明程序內(nèi)容：程序優(yōu)化計算結(jié)果優(yōu)化前后費用比較蒸發(fā)器工藝尺寸計算加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計 循環(huán)管的選擇加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定 分離室直徑與高度的確定1234接管尺寸的確定1溶液進出2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口3冷凝水出口第五章、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備5 5 5 5 5 5 5 第六章122 2 2 氣液分離器蒸汽冷凝器1 冷卻水量2計算冷凝器的直徑3淋水板的設(shè)計3泵選型計算4預(yù)熱器的選型主要設(shè)備強度計算及校核6計算結(jié)果列表 6 1蒸發(fā)分離室厚度設(shè)計 6 2加熱室厚度校核 第七章小結(jié)與參考文獻：符號說明希臘字母：c比熱容，KJ/(

3、Kg.h)d管徑，mD直徑，mD加熱蒸汽消耗量，Kg/h a 對流傳熱系數(shù)，W /m2. C 溫度差損失， Cn 誤差，n熱損失系數(shù)，p壓強s污垢的w水的w壁面的上標：二次蒸汽的:因溶液蒸汽壓而引起的：因液柱靜壓強而引起的：因流體阻力損失而引起的f校正系數(shù)，n阻力系數(shù)，F(xiàn)進料量， Kg/h入導(dǎo)熱系數(shù)，W /m2. Cg重力加速度， 9.81m/s2粘度， Pa.sh高度， mP -密度， Kg/m3H高度， mk 杜林線斜率K總傳熱系數(shù)， W/m2.C刀一加和L液面高度， m -系數(shù)L加熱管長度， mL淋水板間距， m下標：n效數(shù)1,2,3效數(shù)的序號n第 n 效0進料的p壓強， Pai內(nèi)側(cè)q熱

4、通量， W/m2m平均Q傳熱速率， Wo外側(cè)r汽化潛熱，KJ/KgR熱阻，m2C /WS傳熱面積，m2t管心距，mT 蒸汽溫度，Cu流速，m/sU蒸發(fā)強度，Kg/m2.hV 體積流量，m3/hW 蒸發(fā)量，Kg/hW 質(zhì)量流量，Kg/h x溶劑的百分質(zhì)量，第一章前言 1概述1 蒸發(fā)及蒸發(fā)流程蒸發(fā)是采用加熱的方法， 使含有不揮發(fā)性雜質(zhì) （如鹽類） 的溶液沸騰， 除去其中被汽化 單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液， 常見的單元操作?；どa(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的：1 獲得濃縮的溶液產(chǎn)品；2、將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，3、脫

5、除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品，如海水淡化。 器。蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積， 使溶液受熱沸騰。 溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而 形成某種循環(huán)流動， 被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。 蒸發(fā)器內(nèi)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(dāng)形式的除沫器以除去液沫， 排出的蒸汽如不 再利用，應(yīng)將其在冷凝器中加以冷凝。蒸發(fā)過程中經(jīng)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(fā)出來的蒸汽叫做而次蒸汽。2 蒸發(fā)操作的分類 按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過 程。按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，

6、 若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用， 直 接經(jīng)冷凝器冷凝后排出， 這種操作稱為單效蒸發(fā)。 若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸 發(fā)器作為加熱蒸氣， 并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用， 這種操作稱為多效蒸發(fā)。 多效蒸發(fā)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(fā)。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點：（1）、熱面積；（2）、（3）、（4）、是化工、 醫(yī)藥、 食品等工業(yè)中較為如燒堿、抗生素、糖等產(chǎn)品； 進行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫做蒸發(fā)在低壓下操作，溶液沸點較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳可以利用低壓蒸氣作為加熱劑； 有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)； 操作溫度低，熱

7、損失較小。在加壓蒸發(fā)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(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。3 蒸發(fā)操作的特點 從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知， 的傳熱過程， 蒸發(fā)器也就是一種換熱器。（1）(2)(3)常見的蒸發(fā)時間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體沸騰 但和一般的傳熱過程相比， 蒸發(fā)操作又有如下特點 : 沸點升高 蒸發(fā)的溶液中含有不揮發(fā)性的溶質(zhì)，在港臺壓力下溶液的蒸氣壓較同溫度下 純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，使溶液的沸點高于純?nèi)芤旱姆悬c，這種現(xiàn)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(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱唇溶

8、劑的純熱溫 差，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。物料的工藝特性 蒸發(fā)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(jié)垢；有些則具有較大的黏度或較強的腐蝕性等。如何根據(jù)物料的特性和工藝要 求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題。節(jié)約能源 蒸發(fā)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(fā)操作要考慮的另一個問題。4 蒸發(fā)設(shè)備 蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱， 部分氣化， 得到濃縮的完成液， 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(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器， 它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。

9、 蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括： 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。 分述如下：同時使液茲由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。對常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器， 按溶液在蒸發(fā)器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：(1) 循環(huán)型蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度。操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有a. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，b. 懸筐式蒸發(fā)器C.外熱式蒸發(fā)器，d. 列文式蒸發(fā)器e. 強制循環(huán)蒸發(fā)器。其中，前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器。(2) 單程型蒸發(fā)器特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進行循環(huán)。優(yōu)點：溶液停留時間短

10、， 故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。缺點：設(shè)計或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的 蒸發(fā)。此類蒸發(fā)器主要有a. 升膜式蒸發(fā)器，b. 降膜式蒸發(fā)器，C.刮板式蒸發(fā)器中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。當(dāng)而其余加熱管內(nèi)氣液混 做自本次設(shè)計采用的是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器：結(jié)構(gòu)和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，管內(nèi)液體被加熱沸騰時，中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大；標合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升， 然循環(huán)流動。溶液的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強化了蒸發(fā)過程。這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳

11、熱較好，操作可靠等優(yōu)點，應(yīng)用十分廣泛，有 準蒸發(fā)器”之稱。為使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積，一般為其余加熱管總截面蒸發(fā)工藝設(shè)計計算W.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(jié)構(gòu)上的限制，其循環(huán)速度一般在 0.40.5m/s以下；蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液 濃度；清洗和維修也不夠方便。D pi*3第二章1 并流多議境淡減玻工藝流程ra2 1蒸濃液濃度計算多效蒸發(fā)的工藝計算的主要依據(jù)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(生蒸氣)的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計算的已知 參數(shù)有：料液的流量

12、、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(fā)器的設(shè)計計算步驟多效蒸發(fā)的計算一般采用試算法。(1)根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強及冷凝器的壓強），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步估計各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)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。根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。根據(jù)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(yīng)按下 面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復(fù)步驟（3）至（5），直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預(yù)先給出的精度要求）為止。433.5 咒

13、 10 X10F= 320x24=4557.3kg/hX0 0.1,可設(shè) W：W2：W3=1：1.1：1.2總蒸發(fā)量：W=FX(1- X 3 )=4557.3 X (1- 0.3 )=3038.2kg/h并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引出 而 W=Wi+W2+W3=3038.2kg/h 由以上三式可得：Wi=920.7kg/h;W2=1012.7kg/h;W3=1104.8kg/h;F xXoF XXoX= F W1 =0.125; X 2= F W1 -W2 =0.174;X 3=0.32溶液沸點和有效溫度差的確定設(shè)各效間的壓強降相等，則總壓強差為：無 P=P 1-Pk/=501.3-30.4=4

14、70.9KPan各效加熱蒸汽壓強與二次蒸氣壓強之差KPa，旦-P/K P=式中 i P -第一次加熱蒸氣的壓強KPap/k-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(fā)室的壓強 即 P1/=P1- A Pi=501.3-470.9/3=344.3KPaP/ =P 1-2 心 Pi=501.3-2 X470.9/3=187.4KPa P k/=30.4K Pa由各效的二次蒸汽壓強從手冊中查得相應(yīng)的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與F表中：第一效第二效第三效二次蒸汽壓強Pi/（K Pa）344.3187.430.4二次蒸汽溫度 Ti/（C ）（即下一效加熱蒸汽溫度）138.2117.96

15、6.8二次蒸汽的汽化潛熱（即下一效加熱蒸汽的ri/）2154.12197.52332.8多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計算:有效總溫度差送加=(Ti Tk)送A式中有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，c。Ti-T/k第一效加熱蒸氣的溫度，C。冷凝器操作壓強下二次蒸氣的飽和溫度，C?？偟臏囟炔顡p失，為各效溫度差損失之和，C,Z A = A/ A/由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，C,i/由于蒸發(fā)器紅溶液的靜壓強而引起的溫度差損失，C,由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強降而引起的溫度差損失，C,各效由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失A /杜林規(guī)則(dnhring srule ):某種溶液的沸

16、點和相同壓強下標準液體(一般為水) 的沸點呈線性關(guān)系。在以水的沸點為橫坐標，該溶液的沸點為縱坐標并以溶液的濃度為參數(shù)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(jù)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(jù)杜林規(guī)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(tA1 -tA2)，與水災(zāi)同樣壓強喜愛；兩沸點之差(tB1 -TB2 ),其比值為一常數(shù)，即(tA1 -tA2 ) / ( tB1 -TB2 ) =k，求得k值，其他任意壓強下的沸點 tA 可一由下式求得，即/

17、值。tA =tA1 - k ( tB1 TB2 );所以，不要杜林線圖也可以計算出溶液的tAi分別為：我們的設(shè)計是根據(jù) 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tA1=143.8 C ; tA2=126.2 C ; tA3=84.8 C ;貝U=143.8-138.2=5.6 C/也2 =126.2-117.9=8.3 C& / 3 =84.8-66.8=18.0 C所以厶 =5.6+8.3+18.0=31.9 C 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(fā)器中溶液靜壓強引起的溫度差損失某些蒸發(fā)器在操作時，器內(nèi)溶液需維持一

18、定的液位，因而蒸發(fā)器中溶液內(nèi)部的壓強大于液面的壓強，致使溶液內(nèi)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也，為簡便起見，日夜內(nèi)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(xué)方程估算：PgLpm=p/+2式中Pm蒸發(fā)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，paP溶液的平均密度，L -液層高度g-重力加速度，pgL根據(jù)pm=2取液位高度為1米由NaOH水溶液比重圖可得下列數(shù)據(jù) ：3NaOH水溶液密度（Kg/m ）1089.4x9.81x1 3P m1=344.3+2x10=349.6K Pa1142.9x9.81x12X103耳=1089

19、.4, p2 =1142.9,卩3 = 1283.7P m2=187.4+2 lU=193.0K Pa1283.7 X 9.81 Q3Pm3 = 30.4+2X10=36.7KPa根據(jù)各效溶液平均壓強查得對應(yīng)的飽和溶液溫度為：/ / /T Pm1=138.8C ; T Pm2=118.9 C ; T pm3=72.2 C根據(jù) 也=tpm -tp式中t pm -根據(jù)平均壓強求取的水的沸點C,tp -根據(jù)二次蒸氣壓強求得水的沸點C” / /所以 A 1= T pm1- T1 =138.8-138.2=0.6 C / /蟲 2= Tpm2- T2 =118.9-117.9=1.0 C / /A 3=

20、 T pm3-T 3 =72.2-66.8=5.4 Cy A 厶 =0.6+1.0+5.4=7.0 C2 2 3由經(jīng)驗不計流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失人，根據(jù)經(jīng)驗其值可以省略。由于管道流體阻力產(chǎn)生的壓強降所引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)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(yīng) 降低由此引起的溫度差損失即為y A厶=0 C根據(jù)以估算的各效二次蒸汽壓強 所以總的溫度差損失為Z A Zt；及溫度差損失,即可由下式估算溶液各效溶液的沸點t.一i-A / +A +A/-d d 6-5.6+0.6+0=6.2 C= 2, + 也 2 + 也 2 =

21、8.3 + 1.0 + 0=9.3 C 二也彳/中也/ +A/ =18.0 + 5.4 + 0 = 23.4 C也 +送應(yīng)+ 藝=31.9+7.0+0=38.9 C也3所以各效溶液沸點：t1=138.2+6.2=144.4 C,t2=117.9+9.3=127.2 C , t3=66.8+23.4=90.2 C2 3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計算第i效的焓衡算式為：Qi=（Fcp0 -WCpw Wzcpw - W二Cpw）x （ti-ti）+Wr有上式可求得第i效的蒸發(fā)量 W.若在焓衡算式計入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時, 尚需考慮熱利用系數(shù)n 般溶液的蒸發(fā)， 化，以質(zhì)量分率表示）。第i

22、效的蒸發(fā)量 W的計算式為n可取得0.94-0.7 x （式中 x為溶液的濃度變rWi Di 三十(Fcp0 -WiCpw-W2i式中Di -第iti 1 -tj -WjCpw）；i效的加熱蒸汽量，當(dāng)無額外蒸汽抽出時Di = WCpwri效加熱蒸氣的汽化潛熱Cpo原料液的比熱r -第i效二次蒸氣的汽化潛熱Cpw水的比熱t(yī)i，t分別為第i效及第i-1效溶液的沸點ri第i效的熱利用系數(shù)無因次,并與式（3-2 ）聯(lián)解而求得。對于加熱蒸氣消耗量，可列出各效焓衡算式t。-ti 1 p0/JriDi+Fc第一效的焓衡量式為：Wi=ri73 =0.94-0.7(0.125-0.1)=0.9225由相關(guān)手冊查得

23、 Cp0=3.8644KJ/(Kg. C ), Cpw =4.2035 KJ/(Kg. C )代入(a)W1=r1 =0.9225D1 2154-1W2=n2W1-+(Fcp0 -Wcpw)2匕“2/r2同理第二效的熱衡算式為：n2所以W2=t2 t3 / J 3= 0.94-0.7(0.174-0.125)=0.90572154 1144 4-127 20.9057Wi +(4557.3 X3.8644 Wi 咒4.2035) = 0.8580+124.852197.52197.5第三效的熱衡算式為：52 + (Fcp0 -Wcpw-W2Cpw) W3=r31 =0.94-0.7(0.3-0

24、.174) = 0.85182197 5127 2 90 20.8518W2 +(4557.3 X3.8644 -4.2035W1 -4.2035W2)x_-W3=2332.82332.8=0.7456 W2-0.0568Wi+237.93(c)又 W 什 W2+ W3=3038.2(d)聯(lián)立,(b),(c),(d)式，解得：Wi=1057.9Kg/hW2=1032.6Kg/hW3=947.7Kg/hD1= 1169.0 Kg/h2 -4蒸發(fā)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(shù) K的確定任意一效的傳熱速率方程為QiSi= KAi式中Qi-第i效的傳熱速率，也ti-第i效的傳熱溫度

25、差， 在三效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，S1=S3=S3=SKi-第i效的傳熱系數(shù)，W/ (m2, C).Si-第i效的傳熱面積，m2C通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即若求得的傳熱面積不相等，應(yīng)根據(jù)各效面積相的原則重新分配各校的有效溫度差。 總的傳熱系數(shù)K;方法如下:Ko1丄+RS0吐魚+ Rsi蟲十2_0A dmdi Ctidi稱為公式(A)RS0s -管外蒸汽冷凝傳熱系數(shù)與管內(nèi)液體沸騰傳熱系數(shù)RSi -管外和管內(nèi)的污垢熱阻， 入-管壁的導(dǎo)熱系數(shù),d。 dmdib計算K0值主要在于求取關(guān)內(nèi)溶液的沸騰傳熱系統(tǒng) 類型、沸騰傳熱的形式伊基蒸發(fā)操作的條件等許多因素的影響。 關(guān)聯(lián)式的準確度較差。Q

26、1=D11=984.3 X 2113=1.94 X106 Kg/h也t1 =T1-t1=151.8-145.8=6.0 C 1 1+RS0+b.d0+RSid 0+ d。叫X dmdiwdi查得 Rs0=0.86X 10-4m2 K/W , Rsi=3.44X 10-4m2K/W* =17.4W /m ”K取規(guī)格為*38x2.5mm的加熱管則 d0=38mm,d i=38-2.5 X 2 =33mm,d m= 35.4mm ,b=2.5mm第一效：管壁的厚度,加熱管的外徑、平均直徑與內(nèi)徑， 。該值受溶液的性質(zhì)、蒸發(fā)器的 因此，一般沸騰傳熱膜系數(shù)K0 =%蒸汽在垂直管外的冷凝對流傳熱系數(shù)假設(shè)壁溫

27、 tw1=150C,特性溫度 t= (151.8+150 ) /2=150.9 C,也t =151.8-150=1.8 C,由 t值查得冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)X 10-3，又 r=2112.9Kj/KgP2gk3r 41.13咒(一)4叫 1=HAtW/m K ；驗算:Re=沖=398.5 2000 ,所以01=10806.6 W/ m K由經(jīng)驗公式：幾=0.6839W/m K ,密度 P=916.14Kg/m 3 ,粘度卩=0.1848916.142咒 9.81 x0.68393x 2112.9 咒 103X (=1.132咒0.1848勺0.8)0.25=10806.6(*)1=5903.9W

28、/ m Kto tw檢驗twsotw tiW 帶入數(shù)據(jù)解得tw=149.9 C,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;Pl -液體的密度Kg/m 3;Pr -蒸汽的密度Kg/m3L-液體的動力粘度 Pa s;* -水的動力粘度Pa.s;加w-管壁與沸騰液體間的傳熱溫差K;C與表觀液面咼度百分比 h有關(guān)的系數(shù)；h:-加熱管內(nèi)含純液柱高度占總管長的百分比；對一效查得：bL =0.07943 N/m , P=344.3K Pa,C=0.33 , CL=3813.1J/Kg.K;俎*=0.7036W/ m.k; r =2154.1KJ/Kg;代=1090

29、.5Kg/m3; Pr=1.87807Kg/m3;卩=0.1944 X=150-144.4=5.6K;,N/m;入L-液體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.k;其中，：bL-沸騰液體與其蒸汽間的表面壓力10-3Pa.s; % =0.5345X 10-3Pa s;人仁aQL也tw Ql / Pl O.5 /4*O.25=C T丄3 )( ) 入lPr 103Pr 叮帶入上式解得： 帶入公式（A）得 K1=io82.3W /m K驗證：Re= 卍由經(jīng)驗公式：2天0.2068咒10七3.24叫出=529.9 2000 ,所以 02=9221.7W/m Kot.cy,AtI L =c ” tw入lPr因為 t= (

30、135+127.2)Clp.(L嚴wv/2=131.1 CLi*W。.25與假設(shè)基本相同，故不必重算。所以K1=1082.3W/m ”K第二效：假設(shè) tw=135 C,特性溫度 t= (135+138.2 ) /2=136.6 C,心t =138.2-135=3.2 C,由 t 值 查得冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù) 幾=0.6853 W/mK，密度 P =929.06Kg/m 3，粘度=0.2068 X 10-3 Pa S,又 r =2145.1Kj/Kg1.13獸寫由公式:叫2 =HAt 得929.06%.8196853吸2145.1沢103002=1.132天0.2068心0咒3.2)O.25=922

31、1.7W /m ；帶入上式解得： 帶入公式（A）得 K2=1O45.7W /m K對二效查得:=0.08359 N/m , P=187.4 KPa , C=0.33 , CL=3738.0J/Kg.K;%p3， P3; LI*=0.7090W/ m.k; r =2197.5KJ/Kg; l =1142.4Kg/m ; r =1.06027Kg/m ;=0.2233 X.c-3U-3At10 Pa.s; L =0.6925 X 10 Pa s; tw =135-127.2=7.8 K;i 2=5443.8W/ m Kt。twtw ti1 = _+ Rs0 Rsi檢驗 tw, a 0Otj重新假設(shè)

32、tw=135.3 C, 所以 t=(135.3+138.2)/2=136.25 t=138.2-135.3=2.9由t=136.25 C查得k =0.6853 W/mX ,密度帶入數(shù)據(jù)解得tw=135.3 C,P =928.93Kg/m 3 ,粘度=0.2065 X 10-3 Pa s ,又根據(jù)式1仙(蘭02 =Hit1)4 得:002 =9454.3 W /m ”K ;驗證：驗證:4ot|AtRe=沖=493.12000,r =2154.1Kj/Kg=0.7090W/ m.k; r =2197.5KJ/Kg;-3n-3Af10 Pa.s： L =0.6925 X 10 Pa s; tw%叭M

33、w Cl=C ” 根據(jù)公式：入lPr(103Pr得由公式（計算得到W2=5653.1 W/m KAK2=1057.3W / m Kt。tw丄+Rs0 %檢驗tw與假設(shè)基本相同，故不必重算。所以 第三效tw - tiJ的帶入數(shù)據(jù)解得tw=135.2 C,K2=1057.3W / m ”K根據(jù)式O2： 311.停擊44叫tRe=呼Re2000 ,驗證：假設(shè) tW3=110C,特性溫度 t= (117.9+110 ) /2=113.95 C , t =112.9-110=7.9C ,由 t 值查得冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)幾=0.6846 W/m K ,密度 P =947.88Kg/m3 ,粘度=0.2503

34、 X10-3 Pa s,又 r =2197.5Kj/Kg所以 a0 2=9454.lW/m K因為 t= (135.3+127.2 ) /2=131.25 C對二效查得：bL =0.08359 N/m , P=187.4 KPa , C=0.33 , CL=3738.0J/Kg.K;扎lPl =1142.4Kg/m3;巴=1.06027Kg/m3;=0.2233 X=135.3-127.2=8.1K;Pl 0.5 /4*0.25)W)廣Lp2 g)3r I1.139)4叫3 =呃t 得一 947.882 咒 9.8仔 0.6846 2197.5 103X (003=1.132X0.2503X1

35、0X7.9)0.25=7114.6W/m K ;由公式:2.2503勺0七7.94叫&驗證：Re= 呼=817.5 2000,所以 02=7114.6W/m K 由 t= (110+90.2) /2=100.1 C對三效查得：bL =0.0855 N/m , P=30.4 KPa , C=0.33 , CL=3638.30J/Kg.K;幾l*=2332.8KJ/Kg;l =1275Kg/m 3; Pr =0.19326Kg/m 3;卩=0.2832 X-3At=0.7090W/ m.k; r 1Pa.s; % =1.555 X 10 Pa s;經(jīng)驗公式：嚇!, _c Mw Ql俎P r帶入上式

36、解得：(Pl 0.5/40.25亦)忙uLw =110-90.2=19.8K;S 3=4383.8W/m K 帶入公式(A)得 K3=961.6W/m Kt。-tw檢驗twDrSi= &i Ki 得到De1169.0x2112.9x103/3600“ “=49.852 mS1=如.心=D2r2S2=加2.心Dsb1860% (151.8-144.4)1057.9x2154.1x103/36001280x(138.2-127.2)1032.6x2197.5x103/3600=44.96m2S3=弘.K3 =700“117.9-90.2)= 32.52m_ tw -tj1 _+ Rs0 + Rji

37、%W帶入數(shù)據(jù)解得tw=110.0 c,與假設(shè)基本相同，故不必重算。所以K3=961.6W / m K即 K1=1082.3 W /m K ,K2=1057.3W /m K ,心=961.6W /m X。因為參數(shù)太多，值查的 不準，計算的 K 值差別不大，優(yōu)化效果不明顯，故用經(jīng)驗值，K1=1860W/m K ,K2=1280W/ m K ,K3=700W/m K分別帶入公式：也0.3478誤差為：1- Smax 49.85誤差較大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述步驟。2 5溫差的重新分配與試差計算 5 1重新分配各效的有效溫度差，S1 蟲h +S2 也t2 +S3 也t3心14985 存4=

38、9.64=38.26C平均傳熱面積：S=重新分配有效溫度差：Si 如：S2=38.26m2S2/ &2=12.93兇2 = S 2= 38.26C/ SAt327.7 =23.53加3 = S = 38.26C 5 2重復(fù)上述計算步驟： 5 2 1由所求各效蒸汽量求各效溶液濃度巳兇_竺7空0匹_0130F xXo4557.3x0.10X1= F -W4557.3-1057.9=0.185X3=O.3 ,X2= F -W1 -W24557.3-1057.9 -1032.62 5 2 2計算各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t3=90.2.而

39、 凸t/=23.53 C ,則第三效加熱蒸汽溫度（即第二效二次蒸汽溫 度）為 T 3=T2/=9O.2+23.53=113.75 C ,由于第二效二次蒸汽溫度為T2/=113.75 C ,再由=0.185查杜林曲線 得:t a2=121.74 C ,所以 t2= t a2+也t2 =121.74+1.0=122.74 C同理：由 12=122.74C，也t =12.93 C則 T 2= T 1/ = t 2+加2 =122.74+12.93=135.67 Cn咒咤Di2161.3 Kg/h口2 =0.94-(0.185-0.130)x0.7 = 0.9015W 1=0.919再由 T 1/ =

40、 135.67C, X=0.130 , 查杜林曲線得：t a1=141.62 Ct 1 =141.62+0.6=142.22 C;也可以由 t 1 = T t/=151.8-9.64=142.16 C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 C以上計算結(jié)果總結(jié)如下：效數(shù)第一效第二效第三效溶液沸點tiC142.22122.7490.2加熱蒸汽的溫度（C）151.8134.5107.93有效溫度差（C）9.4612.9323.53效數(shù)第一效第二效第三效二次蒸汽溫度T/（C）（即下一效加熱蒸汽）溫度135.67113.7366.8二次蒸汽的汽化潛熱（即下一效加熱蒸汽的）21

41、61.32222.32332.8第一效: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Titc ）（即下一效加熱蒸汽）溫度 如下表:1 =0.94 0.7 X( 0.130 0.10 ) =0.919第二效：W2 =2161 3142 22122 740.9015X W 1+(3864.4 x4557.3-4023.5W 1=139.17+0.8445W 1 Kg/h2222.32222.3-1031n第三效：1=0.94 0.7 X (0.30 0.185)=0.85952222 3122 74-90 2W1 +(3864.4 X 4557.3-4023.504-4023.502

42、)XW3=O.859 5 2332.82332.8 Kg/hW3=211.14 0.0482 W 1+ 07705W2因為:得：W 什 W2+ W3=3038.2Kg/h W 1=1047.1Kg/h W3 =967.7 Kg/h與第一次熱量恒算所得結(jié)果：W 1=1057.9Kg/h ,比較并計算誤差得W2=1023.4Kg/hD=1165.4Kg/hW2=1032.6Kg/h , W3 =947.7Kg/hTiT|n1 =0.0103,2 =0.009,3 =0.0021相對誤差均在誤差允許范圍之內(nèi)股計算得各效蒸發(fā)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Di

43、riS1=M.K1 =31165.4 X 2112.9X103 / 3600“=38.15 2 mS2=t2.K2 =1860x9.6431023.4x2161.3x10 /360037 12m21280x12.933967.7x2222.3x10 /3600“ “=36.27 2m700咒 23.53(6)Smin誤差計算得： 1- Smax =1 36.27/38.15=0.0490.05;所以誤差允許取平均面積的S=37.18m2 6計算結(jié)果列表效數(shù)123冷凝器加熱蒸汽溫度(C)151.8135.67113.7366.8操作壓強Pi/ (KPa)319.6162.630.430.4溶液沸

44、點ti C142.22122.7490.2完成液濃度()13.018.530.0蒸發(fā)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 t/ =T2 =135.67 C查得,P /按 T2 =T3 =113.73 C查得，pj P/ =30.4KPa第三章 NaOH溶液的多效蒸發(fā)優(yōu)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(guān)數(shù)據(jù)(與優(yōu)化計算的過程相比可視為常量的或者不變的量)e=0.00001,f=4557.3,fc=0.15a0=0.01

45、8b0=0.000146,B=40000,c0=4180,c1=0.5,c2=1,c=0k1=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,T pm3=138.8,118.9,72.2,Ta3=143.8,126.2,84.8,T3=138.2,117.9,66.8;根據(jù)公式w=f*(1-x0/x3);計算總的蒸發(fā)量根據(jù)Tpm3 , Ta3, T3德具體數(shù)值計算相關(guān)量b視為不便的量。在輸入筆算的第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱

46、為程序內(nèi)部循環(huán)作準備 根 據(jù)公式w1=w/(1+r1/r2+r1/ ;w2=w/(1+r2/r1+r2/;w3=w-w1-w2;D1=w3*r3/R0;計算分別算出各效蒸發(fā)量并求出生蒸汽的量根據(jù)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a 雙精度變量 ,b 計算年蒸汽費用時的常量 00.000146,B 蒸發(fā)器用不銹鋼市場鋼材價格 ,40000,c1 電費 0.5,c 雙精度變量,D1 生蒸汽 -雙精度變量e 循環(huán)控制常量 0.00001,f 溶液流量 ,h 雙精度變量,k1,k2,k3 各效總的傳熱系數(shù)M 雙精度變量 ,m 雙精度變量

47、 ,o 蒸發(fā)器年工作時間 7680,R0 生蒸汽的汽化潛熱 ,w 總的蒸發(fā)量 ,vw 雙精度變量 ,j,j1,j2,j3 費用的雙精度變量，t1,t2,t3 各效的溶液的沸點 ,Tk 冷凝器的蒸汽溫度 ,度(7) 根據(jù)根據(jù)拉格朗日乘子法，求出各效溫度差損失dt1、 dt2、dt3。(8) 利 用 經(jīng) 驗 公 式 R1=(2466904.9-1584.3*T1-4.9*T1*T1)/1000; R2=(2466904.9-1584.3*t1-4.9*t1*t1)/1000; 求變化后的第一效和第二效蒸氣的汽化潛熱。 當(dāng)滿 足條件時退出循環(huán)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

48、變量第一效 和第二效蒸氣的汽化潛熱，重新進入循環(huán)直至滿足條件(9) 分別計算年生蒸汽費用，蒸發(fā)器年折舊維修費用和整孔系統(tǒng)費用。并考慮節(jié)省的 費用。3 2程序內(nèi)部變量說明程序內(nèi)部變量說明：a0 計算年蒸汽費用時的常量 0.018,A3 面積的一維變量 ,b 雙精度變量 ,c0 水的比熱容 ,c2 動力費附加系數(shù) ,d 雙精度變量 ,dt1,dt2,dt3, 分別為溫度差變量E 雙精度變量 ,fc 蒸發(fā)器念折舊及維修率 0.15,H3 增資系數(shù)的一維變量 ,L 雙精度變量 ,N 雙精度變量 ,n 雙精度變量 ,p 水的通常密度 ,r1,r2,r3 各效汽化潛熱的雙精度變量w1,w2,w3 各效蒸發(fā)

49、量 ,y 泵的效率 ,t0 冷凝水的進口溫度 20,T1 生蒸汽的溫度 ,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(nèi)部的濃度 ,Tpm3 溶液靜平均壓強對應(yīng)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(nèi)容： #include #include main() int i; double a0=0.018,a,A3, b0=0.000146,b,B=40000, c0=4180,c1=0.5,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;for(i=0;i3;i+)c+=Tai-Ti;d+