632蒸发过程的传热系数蒸发中的传热系数K是影响蒸发设计计算的重要因素之一。根据传热学知识知(6-6)上式忽略了管壁厚度的影响。式中蒸汽冷凝传热系数ao可按膜式冷凝的公式计算；管壁热阻R/主往可以忽略；污垢热阻Rs 可按经验值估计，确定蒸发总传热系数K的关键是确定溶液在管内沸腾的传热膜系数aiO研究表明影响ai的因素较多，如溶液的性质、 浓度、沸腾方式、蒸发器结构型式及操作条件等，具体计算可参阅有关文献1,6。一、总传热系数的经验值目前，虽然已有较多的管内沸腾传热研究，但因各种蒸发器内的流动情况难以准确预料，使用一般的经验公式有时并不可靠; 加之管内污垢热阻会有较大变化，蒸发的总传热系数往往主要靠现场实测。表6-1给出了常用蒸发器的传热系数范围，可供参考。表6-1常用蒸发器传热系数K的经验值蒸发器的型式总传热系数K, W / (m2K)标准式(自然循环)6003000标准式(强制循环)12006000悬筐式6003000升膜式12006000降膜式12003500二、提高总传热系数的方法管外蒸汽冷凝的传热膜系数a o通常较大，但加热室内不凝性气体的不断积累将使管外传热膜系数a o减小，故须注意及时 排除其中的不凝性气体以降低热阻。管内沸腾传热膜系数a i涉及到管内液体自下而上经过管子的两相流动。在管子底部，液体接受 热量但尚未沸腾，液体与管壁之间传热属单相对流传热，传热系数较小；沿管子向上，液体逐渐沸腾汽泡渐多，起初的传热方式与大 容积沸腾相近。由于密度差引起的自然对流会造成虹吸作用，管中心的汽泡快速带动液体在管壁四周形成液膜向上流动，流动液膜与 管壁之间的传热膜系数逐渐增加并达最大值。但如果管子长度足够，沿管子再向上液膜会被蒸干，汽流夹带着雾滴一起流动，传热系 数又趋下降。因此，为提高全管长内的平均传热系数，应尽可能扩大膜状流动的区域。管内壁液体一侧的污垢热阻Rs与溶液的性质、管内液体的运动状况有关。由于溶液中常含有少量的杂质盐类如CaS04、CaCO3、 Mg(0H)2等，溶液在加热表面汽化会使这些盐的局部浓度达到过饱和状态，从而在加热面上析出，形成污垢层。尤其是CaSO4等，其溶 解度随温度升高而下降，更易在传热面上结垢，且质地较硬，难以清除；以CaCO3为主的垢层质地虽软利于清除，但导热系数较小；此 外，垢层的多孔性也使其导热系数较低。所以即使厚度为12mm的垢层也具有较大的热阻。为降低Rs,工程上可采取定期清理、提高 循环速度、加阻垢剂，或添加少量晶种使易结晶的物料在溶液中而不是在加热面上析出等方法。返回目录6.5.2多效蒸发的优缺点652多效蒸发的优缺点一、多效蒸发的经济性多效烝发时，除末效外，各效的一次烝汽都作为下一效烝发器的加热烝汽加以利用，因而和单效相比，相同的生 蒸汽量D可蒸发更多的水量W，亦即提高了生蒸汽的经济性W/D。如前所述，在若干假定条件下，单效时的W/D约为1。 同理，双效时约为2,三效时约为3,等等。考虑实际情况，根据经验，不同效数时生蒸汽的经济性大致如下表：表6-2生蒸汽经济性W/D的经验值效数单效双效三效四效五效W/D0.911.752.53.333.70正由于多效蒸发时生蒸汽的经济性较咼，所以在蒸发大量水分时广泛米用多效蒸发。但上表也说明，当效数增力 时，W/D值虽然增加，但并不和效数成正比。二、多效蒸发的代价首先，多效蒸发时需要多个蒸发器，为便于制造和维修，各蒸发器的传热面积常相同，此时，多效蒸发的设备费 近似和效数成正比。因此，多效蒸发时生蒸汽经济性的提高是以设备费为代价的。其次，当生蒸汽的压力（温度）和冷凝器的压力（温度）给定时，不论单效或多效蒸发，其理论传热温度差均为 tr=T-。这里，T和T分别为加热蒸汽和冷凝器处二次蒸汽的温度。换句话说，理论传热温差与效数无关，多 效蒸发只是将上述传热温度差按某种规律分配至各效。而且，多效蒸发的每一效都存在沸点上升或传热温度差损失， 因而各效有效传热温度差之和一一总有效传热温度差必然小于单效时的有效传热温度差，结果导致多效时的生产能力 小于单效。下面作进一步的说明。由于蒸发是由传热控制的单元操作，因此蒸发时的生产能力可近似以传热率Q来 衡量。由传热速率方程，对于单效蒸发：Qs=KsAs ts （6-24）对于m效的多效蒸发:2 =Z&召加 i（625）式中，下标s表示单效；m表示效数，i表示多效蒸发中的第i效。作为粗略计算，设各效传热系数可取其平均值, 各效的传热面积相等，且它们分别均和单效时同，则有有效传热温度差t为理论传热温度差 与传热温度差损失之差, 对于单效：= tr- s （6-27a） 对于多效： 工企二冷-工笃(6-27b)一般情况下，多效蒸发中末效的温度差损失和单效时的温度差损失相等，故必有工比沁、，因而工应i出S。 比较式(6-24)和(6-26)可知QmQs，即多效时的生产能力总是小于单效，且效数愈多，其生产能力更趋减小。蒸发器的单位传热面积上蒸发水分的能力称为蒸发器的生产强度U,它也是衡量蒸发过程的一个重要生产指标， 即U=W/A(6-28)式中U为蒸发器的生产强度，kg/m2h由于多效蒸发时的生产能力小于单效时的生产能力，而传热面积又等于单效时的m倍，所以，多效时的生产强度 远较单效蒸发时的为小。三、多效蒸发中效数的限制和选择随着效数的增加，各效传热温度差损失之和乞比增加， 各效总有效传热温度差乞竖 减小，蒸发的生产能力降低。极限情况下，若由于效数的增加使另冬-加，则 乞应T 0,蒸发操作将无法进行，因此，多效蒸发的效数必存在一定的限制。实际上，由于效数增加时，生蒸汽经济性提高的幅度越来越小，例如由单效变为双效，生蒸汽的经济性约提高了 (1.75-0.91)/0.91=92.3%，而自四效增加为五效，则仅提高(3.7-3.33)/3.3=11.1% ；而设备的投资费用却始终随效 数的增加成比例地增加，所以，即使在相同生产能力条件下，也不可无限制地增加效数。基于上述理由，实际的多效蒸发过程，效数不是很多的，除特殊情况(如海水淡化等)外，一般来说，对于电解 质溶液，如NaOH、NH4N03等水溶液的蒸发，由于其沸点升高较大，故通常为23效；对于非电解质溶液，如糖的水溶液或其它有机溶液的蒸发，其沸点上升较小，所用的效数可为46效。而从传热角度考虑, 持在核状沸腾阶段，在确定效数时，应注意使各效分配到的有效温度差不小于57C。近年来，为了更充分地利用热 能，已出现了适当增加效数的趋势，但适宜效数的选择还需要通过经济核算来确定，原则上应使单位生产能力下的 备与操作费之和为最小。返回目录下一上一页643蒸发器的传热面积6.4.3蒸发器的传热面积由传热方程可计算蒸发器的传热面积A为Dr卫_ Q(6-23)例6-2用单效蒸发浓缩NH4N03水溶液。设计进料量为2.78kg/s，用压力为686kPa （绝）的饱和水蒸气将溶液由68% （质量分率，下同）浓缩至 90%。若蒸发室压力为20kPa （绝）。溶液的沸点为373.15K，蒸发器的总传热系数为1.2kW/m2K,沸点进料，试求不计热损失时加热蒸汽消耗量及 蒸发器的传热面积。r 0.681W = F1一=2.781解：水份蒸发量1巧丿10.90 J-0.6kg/s由水蒸汽表查得加热蒸汽在绝压为686kPa时的饱和温度和汽化潜热为T=437.4K， r =2073kJ/kg蒸发室的压力为20kPa （绝）时，二次蒸汽的汽化潜热为rt=2356KJ/Kg0.773x2073-|丄伽Dr故在沸点进料及忽略热损失时，加热蒸汽消耗量为 D=W （rt/r）4 -蒸发器的传热面积为-1.2x（437.4-373）各蒸发器的总传热系数2011-05-23 21:23:02|分类：化工工艺|举报|字号大中小 订阅各蒸发器的总传热系数蒸发器形式总传热系数W/（m2.K夹套式3502330盘管式5803000水平管式（蒸汽管内冷凝）5802330水平管式（蒸汽管外冷凝）5804700中央循环管式5803000带搅拌的中央循环管式12005800悬筐式5803500旋液式9301750强制循环型12007000倾斜管式9303500升膜式5805800降膜式12003500外加热式12005800刮膜式（粘度1lOOcP）17507000刮膜式（粘度1000lOOOOCp）7001200叠片离心式35004700空气冷却器总传热系数2011-05-23 21:21:22|分类：化工工艺|举报|字号大中小 订阅空气冷却器总传热系数大致值.W/（m2C）冷凝K值液体冷却K值气体冷却操作压力 kPa（表压）压力降kPaK值氨625机器夹套水710空气或烟道 气3450.73.557氟利昂-12400柴油14069013.8110汽油460轻瓦斯油37069034170轻碳氢化合物510轻碳氢化合 物480碳氢化合物 气体2417200430轻石脑油40086221200重石脑油370重整炉液流400690034460重整反应器废 气400残油85氨反应器流 体480低压蒸汽770焦油40塔顶蒸汽370有夹套的容器总传热系数2011-05-23 21:20:13|分类：化工工艺|举报|字号大中小 订阅带有夹套的容器总传热系数大致值.W/（m2C）夹套内的流体容器内的流体传热壁材料K值夹套内的流体容器内的流体传热壁材料K值蒸汽水不锈钢8501700蒸汽水玻璃衬里碳钢400570蒸汽水溶液不锈钢4501140蒸汽水溶液玻璃衬里碳钢285480蒸汽有机液不锈钢285850蒸汽有机液玻璃衬里碳钢170400蒸汽轻油不锈钢340910蒸汽轻油玻璃衬里碳230425钢蒸汽重油不锈钢57285蒸汽重油玻璃衬里碳钢57230盐水水不锈钢2301625盐水水玻璃衬里碳钢170450盐水水溶液不锈钢200850盐水水溶液玻璃衬里碳钢140400盐水有机液不锈钢170680盐水有机液玻璃衬里碳钢115340盐水轻油不锈钢200740盐水轻油玻璃衬里碳钢140370盐水重油不锈钢57170盐水重油玻璃衬里碳钢57170传热油水不锈钢2851140传热油水玻璃衬里碳钢