隨著工業(yè)蒸發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，蒸發(fā)操作被廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、海水淡化等領(lǐng)域，蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工藝亦不斷地改進(jìn)與創(chuàng)新，種類繁多，結(jié)構(gòu)各異。一旦涉及到蒸發(fā)器選型，就成了一個(gè)令客戶糾結(jié)的難題。

 

       一、蒸發(fā)水量的計(jì)算
       對(duì)右圖所示蒸發(fā)器進(jìn)行溶質(zhì)的物料衡算，可得
        
       由此可得水的蒸發(fā)量                    
       完成液的濃度   
       式中：
       F——原料液量，kg/h；
       W——蒸發(fā)水量，kg/h；
       L——出料量，kg/h；
       x₀——原料液中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
       x₁——出料晶漿中溶質(zhì)的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
       二、加熱蒸汽消耗量的計(jì)算
       加熱蒸汽用量可通過(guò)熱量衡算求得， 
       考慮溶液濃縮熱不大，對(duì)熱量衡算公式化簡(jiǎn)可寫(xiě)成：
        
       式中： Q_L ——熱損失，可取Q的某一百分?jǐn)?shù)，kJ/kg ;
       c₀——為原料的比熱，kJ/(kg·℃) 。
       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(yù)熱器加熱至沸點(diǎn)后進(jìn)料（沸點(diǎn)進(jìn)料），即t₀=t₁，并不計(jì)熱損失，則可寫(xiě)為：
          或                                      
       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(jīng)濟(jì)性。由于蒸汽的汽化潛熱隨壓力變化不大，故 r = r´。對(duì)單效蒸發(fā)而言，D/W =1，即蒸發(fā)一千克水需要約一千克加熱蒸汽，實(shí)際操作中由于存在熱損失等原因，D/W ≈1。可見(jiàn)單效蒸發(fā)的能耗很大，是很不經(jīng)濟(jì)的。
       三、傳熱面積的計(jì)算
       蒸發(fā)器的傳熱面積可通過(guò)傳熱速率方程求得，即：
        或                             
       式中： A ——蒸發(fā)器的傳熱面積，m²;
       K ——蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)，W/(m²•K)；
       Δt_m——傳熱平均溫度差，℃；
       Q ——蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，W或kJ/kg。
       式中，Q可通過(guò)對(duì)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
        
       但在確定Δt_m和K時(shí)，卻有別于一般換熱器的計(jì)算方法。
       （一）平均溫度差Δt_m的確定
       在蒸發(fā)操作中，蒸發(fā)器加熱室一側(cè)是蒸汽冷凝，另一側(cè)為液體沸騰，因此其傳熱平均溫度差應(yīng)為：
        
       式中： T ——加熱蒸汽的溫度，℃；
       t₁ ——操作條件下溶液的沸點(diǎn)，℃ 。
       應(yīng)該指出，溶液的沸點(diǎn)，不僅受蒸發(fā)器內(nèi)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(jì)算Δt_m時(shí)需考慮這些因素。
       1、溶液濃度的影響
       溶液中由于有溶質(zhì)存在，因此其蒸氣壓比純水的低。換言之，一定壓強(qiáng)下水溶液的沸點(diǎn)比純水高，它們的差值稱為溶液的沸點(diǎn)升高，以表示。影響的主要因素為溶液的性質(zhì)及其濃度。一般，有機(jī)物溶液的較?。粺o(wú)機(jī)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(diǎn)為102℃，僅為2℃，而48.3％NaOH溶液，其沸點(diǎn)為140℃，值達(dá)40℃之多。
       各種溶液的沸點(diǎn)由實(shí)驗(yàn)確定，也可由手冊(cè)或本書(shū)附錄查取。
       2、壓強(qiáng)的影響
       當(dāng)蒸發(fā)操作在加壓或減壓條件下進(jìn)行時(shí)，若缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則似按下式估算
       式中：Δ^’  ——操作條件下的溶液沸點(diǎn)升高，℃；
         Δ^’_常——常壓下的溶液沸點(diǎn)升高，℃；
       f  ——校正系數(shù)，無(wú)因次，其值可由下式計(jì)算，
        
       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、液柱靜壓頭的影響
       通常，蒸發(fā)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(diǎn)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(jiǎn)便計(jì)，以液層中部（料液一半）處的壓力進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)流體靜力學(xué)方程，液層中部的壓力p_av為：
        
       式中：p＇——溶液表面的壓力，即蒸發(fā)器分離室的壓力，Pa；
        ρ_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(diǎn)升高為
        
       式中： t_av ——液層中部p_av壓力下溶液的沸點(diǎn)，℃；
       t_b ——p＇壓力（分離室壓力）下溶液的沸點(diǎn)，℃。
       近似計(jì)算時(shí)，上式中的t_av和t_b可分別用相應(yīng)壓力下水的沸點(diǎn)代替。
       4、管道阻力的影響
       倘若設(shè)計(jì)計(jì)算中溫度以另一側(cè)的冷凝器的壓力（即飽和溫度）為基準(zhǔn)，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(guān)。由于此值難于計(jì)算，一般取經(jīng)驗(yàn)值為1℃，即=1℃。
       考慮了上述因素后，操作條件下溶液的沸點(diǎn)t₁，即可用下式求取，
       或                                
       式中：T_ｃ^＇——冷凝器操作壓力下的飽和水蒸汽溫度，℃；
       Δ＝＋＋——總溫度差損失，℃；
       蒸發(fā)計(jì)算中，通常把t1平均溫度差稱為有效溫度差，而把T –T_ｃ^＇稱為理論溫差，即認(rèn)為是蒸發(fā)器蒸發(fā)純水時(shí)的溫差。
       （二）總傳熱系數(shù)K的確定
       常用蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值

 

        以上是小編為大家提供的蒸發(fā)器選型設(shè)計(jì)公式，在蒸發(fā)器選型或設(shè)計(jì)時(shí)，一般都會(huì)在滿足生產(chǎn)任務(wù)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，兼顧所選用的蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，傳熱效果等。因此蒸發(fā)器選型需要讓專業(yè)的人士去做，專業(yè)的人做專業(yè)的事，小編曾寫(xiě)過(guò)一篇《三效蒸發(fā)器選型注意事項(xiàng)，了解一下》，有需要的也可以點(diǎn)擊查看。