正航儀器詳細(xì)介紹蒸發(fā)器的工藝計算
1  溶液的沸點(diǎn)和溫度差損失
     蒸發(fā)計算中需要知道溶液的沸點(diǎn)。一定壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)較純水的要高，兩者沸點(diǎn)之差稱為溶液的沸點(diǎn)升高。一般稀溶液或有機(jī)溶液的沸點(diǎn)升高值較??；而無機(jī)鹽溶液的則較大，有時可達(dá)六、七十度或更高。對于同一種溶液，沸點(diǎn)升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內(nèi)液柱高度而異，濃度越大、液柱越高，沸點(diǎn)升高值越大。
     溶液沸點(diǎn)升高的計算式為：
     Δ= t - T’                                            (1-7)
式中 Δ--溶液的沸點(diǎn)升高，℃ ；
      t--溶液的沸點(diǎn)，℃ ；
     T’--與溶液壓強(qiáng)相等時水的沸點(diǎn)，即二次蒸汽的飽和溫度，℃ 。
     蒸發(fā)操作中，當(dāng)加熱蒸汽溫度T 一定時，由于溶液的沸點(diǎn)升高，使蒸發(fā)器中的傳熱有效溫度差Δt小于未考慮沸點(diǎn)升高時理論上的傳熱溫度差ΔtT，由于沸點(diǎn)升高使傳熱溫度差降低，故溶液的沸點(diǎn)升高又稱為傳熱的溫度差損失，即：
       ΔtT-Δt=Δ                                         (1-8)
或     Δt=ΔtT-Δ                                         (1-8a)
式中Δt--傳熱的有效溫度差，℃ ； 
    ΔtT——理論上的傳熱溫度，℃ ； 
例如，某蒸發(fā)操作中加熱蒸汽的壓強(qiáng)為200kPa，相應(yīng)的飽和溫度為120.2℃，分離室壓強(qiáng)為70kPa，若蒸發(fā)的是純水，純水在70kPa壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)為88.9℃，故：
有效的溫度差=120.2-89.9=30.3 ℃
若蒸發(fā)的為某種溶液，在上述條件下溶液的沸點(diǎn)為95℃，故：
    有效溫度差＝120.2—95=25.2 ℃ 
    因此，溶液沸點(diǎn)升高為:95—89.9＝5.1℃，溫度差損失為：30.3—25.2＝5.1 ℃，
即在一定操作條件下溶液的沸點(diǎn)升高等于傳熱的溫度差損失。
蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因有：(1)因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失；(2)因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失；(3)因管路流體阻力而引起的溫度差損失。故總溫度差損失為：
Δ=++                                          (1-9)
1.1由于溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失
    由于溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失為：
    Δ’= tA*-T’                                           (1-10)
    溶液的沸點(diǎn)主要與溶液的類別、濃度及操作壓強(qiáng)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)測定，常壓下常見溶液的沸點(diǎn)列于附錄。
有時蒸發(fā)操作在加壓或減壓下進(jìn)行，因此必須求出各種濃度的溶液在不同壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)。當(dāng)缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，可以用下式先估算出沸點(diǎn)升高值，即：
Δ’ =ƒΔa’                                           (1-11)
式中Δª’——常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高(即溫度差損失)，可由實(shí)驗(yàn)測定的tA值求得 ℃ ；
    Δ’ --- 操作壓強(qiáng)下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高，℃ ；
     ƒ  --- 校正系數(shù),無因次。其經(jīng)驗(yàn)計算式為：
                                          (1-12)
式中T’—操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的溫度，℃
    r’—操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的汽化熱，kJ／kg 。
1.2因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失
某些蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)積有一定高度的液層，液層內(nèi)各截面上的壓強(qiáng)大于液體表面壓強(qiáng),因此液層內(nèi)溶液的沸點(diǎn)高于液面的，液層內(nèi)部沸點(diǎn)與表面沸點(diǎn)之差即為因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失。為了簡便，計算時往往以液層中部的平均壓強(qiáng)Pm及相應(yīng)的沸點(diǎn)為TAm為準(zhǔn)，中部的壓強(qiáng)為：
                                              (1-13)
式中  Pm——液層中部的平均壓強(qiáng)，Pa；
      P’——液面的壓強(qiáng)，即二次蒸汽的壓強(qiáng)，Pa；
      ɡ--重力加速度，m／s2；
      ρ——液體密度，kg／m3；
      l--液層深度，m 。
為了簡便，常根據(jù)平均壓強(qiáng)Pm查出純水的相應(yīng)沸點(diǎn)，故因靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失為：
=tpm-tp’                                           (1-14)
式中  tpm——與平均壓強(qiáng)Pm相對應(yīng)的純水的沸點(diǎn)，℃
      tp’——與二次蒸汽壓強(qiáng)P’相對應(yīng)的水的沸點(diǎn)，℃
由于溶液沸騰時液層內(nèi)混有氣泡，故液層的實(shí)際密度較式1—14采用的純液體密度要小，因此用式1-14算出的值偏大。此外，當(dāng)溶液在加熱管內(nèi)的循環(huán)速度較大時，就會因流體阻力使平均壓強(qiáng)增高，式1-13中并沒有考慮這項(xiàng)影響，但可以抵消前述的部分誤差?？梢?，由式1-14求出的值僅為估計值。
1.3由于管路流體阻力而引起的溫度差損失
    蒸發(fā)中二次蒸汽由前效經(jīng)管路送至下效作為加熱蒸汽，因管道流體阻力使二次蒸汽的壓強(qiáng)稍有降低，溫度也相應(yīng)下降，一般約降1°C ,例如前效二次蒸汽離開液面時為95°C ,經(jīng)管路送到后效時降為94℃,致使后效的有效溫度差損失1℃,這種損失即為因管路流體阻力而引起的溫度差損失。的計算相當(dāng)繁瑣，一般取效間二次蒸汽溫度下降1℃,末效或單效蒸發(fā)器至冷凝器間下降1～1.5℃。
     應(yīng)予指出，在蒸發(fā)過程的計算中，溶液的沸點(diǎn)是基本數(shù)據(jù)。溶液的溫度差損失不僅是計算沸點(diǎn)所必需的，而且對選擇蒸汽的壓強(qiáng)（或其他加熱介質(zhì)的種類和溫度）也是很重要的。例如若溫度差損失很大時，沸點(diǎn)就很高，因而必須相應(yīng)的提高加熱蒸汽的壓強(qiáng)，以保證具有必要的傳熱溫度差。 
2  單效蒸發(fā)的計算
    單效蒸發(fā)的計算項(xiàng)目有：(1)單位時間內(nèi)蒸發(fā)出的水分量，即蒸發(fā)量；(2)加熱蒸汽的消耗量；(3)蒸發(fā)器的傳熱面積。
    通常，生產(chǎn)任務(wù)中已知的項(xiàng)目有：(1)原料液流量、組成與溫度；(2)完成液組成；(3)加熱蒸汽的壓強(qiáng)或溫度；(4)冷凝器的壓強(qiáng)或溫度。