
从上式可知提高蒸发强度的主要途径是提高总传热系数K和传热温度差Δtm。
蒸发计算中,加热蒸汽消耗量可以通过热量衡算来确定。在稳定连续的蒸发操作中,当加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出时,单位时间内加热蒸汽提供的热量为:
Q=DR
①将原料从进料温度t1加热到沸点温度tf,此项所需要的显热为Q1

②在沸点温度tf下使溶剂汽化,其所需要的潜热为Q2

③补偿蒸发过程中的热量损失QL根据热量衡算的原则有:


式中 D——单位时间内加热蒸汽的消耗量,kg/h;
r——二次蒸汽的汽化潜热,可根据操作压力和温度从有关附表中查取,kJ/kg;
C1——原料液在操作条件下的比热容,kJ/(kg·K)。其数值随溶液的性质和浓度不同而变化,可由有关手册中查取,在缺少可靠数据时,可参照下式估算:
式中 Cs,Cw——溶质、溶剂的比热容,kJ/(kg·K)。
比热容可以查询化工工艺手册或者化学化工物性数据手册
当溶液为稀溶液(浓度在20%以下)时,比热容可近似地按下式估计:

解:查得NaCl的比热容为0.838kJ/(kg·K),水的比热容为4.187kJ/(kg·K),则25%食盐水溶液的比热容:

2)欲将操作条件下比热容为3.7kJ/(kg·K)的11.6%(质量分数)的NaOH溶液浓缩到18.3%,已知溶液的初始温度为293K,溶液的沸点为337.2K,加热蒸汽的压强约为0.2MPa,每小时处理的原料量为1t,设备的热损失按热负荷的5%计算。试求加热蒸汽消耗量。
解:已知 F=1000kg/h;C1=3.7kJ/(kg·K);tf=337.2K;t1=293K
从相关手册可查得:加热蒸汽压强为0.2MPa时的汽化热潜热R=2202.7kJ/kg,温度为337.2K时的二次蒸汽的汽化潜热r=2344.7kJ/kg



Q=KAtm
A=Q/Ktm
Q可通过对加热室作热量衡算求得。若忽略热损失,Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量,即

但在确定Δtm和K时,却有别于一般换热器的计算方法。
①传热平均温度差Δtm的确定:在蒸发操作中,蒸发器加热室一侧是蒸汽冷凝,另一侧为液体沸腾,因此其传热平均温度差应为:
②总传热系数K的确定:蒸发器的总传热系数可按下式计

式中 αi——管内溶液沸腾的对流传热系数,W/(m2·℃);
αo——管外蒸汽冷凝的对流传热系数,W/(m2·℃);
由于蒸发过程中,加热面处溶液中的水分汽化,浓度上升,因此溶液很易超过饱和状态,溶质析出并包裹固体杂质,附着于表面,形成污垢,所以Ri往往是蒸发器总热阻的主要部分。为降低污垢热阻,工程中常采用的措施有:加快溶液循环速度,在溶液中加入晶种和微量的阻垢剂等。设计时,污垢热阻Ri目前仍需根据经验数据确定。至于管内溶液沸腾对流传热系数αi也是影响总传热系数的主要因素。影响αi的因素很多,如溶液的性质、沸腾传热的状况、操作条件和蒸发器的结构等。目前研究人员虽然对管内沸腾作过不少研究,但其所推荐的经验关联式并不大可靠,再加上管内污垢热阻变化较大,因此,目前蒸发器的总传热系数仍主要靠现场实测,以作为设计计算的依据。蒸发器总传热系数可以查询化工工艺手册。