尿素蒸发器蒸发换热计算(更新版).doc

尿素蒸发器换热计算分析尿素蒸发系统流程图问题提出：1.在现有的工艺条件下，如何将蒸发器物料出口尿液温度由120提高至124-126，需要增加换热面积是多少？已知，进蒸发器尿液浓度x0=70%，流量F为44m3/h，温度88,蒸发真空度控制在500650mmHg,蒸发后尿液浓度x1=95%，温度120，蒸发器加热蒸汽压力为0.25Mpa（表压）温度T=138，现有蒸发加热器的换热面积S0=294.4m2RE-解答过程在整个蒸发过程中，先考虑理想状况下忽略热损失，忽略溶液的稀释热，不考虑蒸发出去的水分（甲胺液）带走的热量，即蒸发器外供蒸汽全部用于尿液提浓所需的能量，其能量衡算关系如下：FcP0（t1-t0）= S0 K0（T- t） （*） 其中F进口尿液流量，cP0尿液的比热容，S0为蒸发加热器的换热面积；K0为基于外面积的总传热系数； T为加热蒸汽的温度，t为操作条件下溶液的沸点。在现有的工艺与外供蒸汽条件一定的前提情况下，F、cP0 、T、 t可视为定值。在出口尿液温度120时，能量衡算关系式： FcP0（120-88）=294.4 K0（T- t0） （1）提高出口尿液温度125时，能量衡算关系式： FcP0（125-88）= S0K0（T- t0） （2） 由（1）（2）可知： S0=322m2修正：考虑整个蒸发过程中热损失，溶液的稀释热，考虑蒸发出去的水分（甲胺液）带走的热量，全部热量不超过尿液提浓所需能量的20%，假定修正系数为1.2 S=1.2 S0- S0=92m2故在现有的工艺条件下，如何将蒸发器物料出口尿液温度由120提高至125，需要增加换热面积92m2RE-蒸发器换热分析过程：（1） 首先进行物料衡算（溶质不变） Fx0=(F-W) x1水分蒸发量： （1）（2）其次进行能量衡算蒸发器加热蒸汽压力为0.35Mpa（绝对压力） 温度T=138条件下可视为饱和蒸汽，其汽化焓为r=2152.3KJ/kg，尿液的比热容cP0未知，进蒸发器尿液温度t0=88，出蒸发器尿液温度t1=120, 在加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排除，且忽略热损失，忽略溶液的稀释热 Dr=W r+FcP0（t1-t0） (2)其中D为加热蒸汽消耗量，r为加热蒸汽的汽化热, r为二次蒸汽的汽化热（3）蒸汽器的热负荷CO2气提法中使用的升膜式列管蒸发器，由于膜式蒸发器的尿液应在沸点工况下进料，则操作条件下溶液的沸点近似为t0=88,蒸发器的负荷 Q=S0K0tm= S0K（T- t0） (3)其中S0为蒸发器的传热外面积；K0为基于外面积的总传热系数；tm为平均温度差在加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排除，且忽略热损失，忽略溶液的稀释热，蒸发器的热负荷 Q=Dr (4)（4）蒸发温度t1与水分蒸发量W的关系由（2）（3）（4）等式可得 W r+FcP0（t1-t0）= S0 K0（T- t0） （5）在现有装置、工艺条件下, r、 F、cP0、t0、 S0 、K0、T值为定量，则 t1=a-bW （a、b为定值） （6）由上式我们可以看出出蒸发器的尿液温度（蒸发温度）t1与水分蒸发量W成一次线性关系，所以欲提高蒸发温度可通过调节蒸发量来实现。选取岗位上大颗粒蒸发量与造粒量跟踪表数据，浓度为72%，真空度为540-549mmHg，拟和数学模型和分析结果保持一致。（5）蒸发器出液浓度x1（造粒量n）与蒸发温度t1的关系由（1）（5）等式可得F（1-x0/x1） r+FcP0（t1-t0）= S0 K0（T- t0） （7）在现有装置、工艺条件下, r、 F、cP0、t0、 S0 、K0、T值为定量，则蒸发器出口尿液浓度 （c、d为定值） （8）在进口尿液浓度一定情况下，出口尿液浓度与蒸发温度成反比例关系。即 x11/t1而出口尿液浓度直接反映下一工序造粒量n，出口尿液浓度大，相应造粒量可增大，则降低蒸发温度，相应造粒量可增大。即 nx11/t1由示意图可知，在这个过程存在一个最优的过程。（6）真空度P与蒸发量W的关系蒸发速率与真空度有关，在相同的供热速度下，提高真空度就会降低汽化温度，蒸发速度加快（在相同的真空度下，提高加热速率可以提高蒸发速率，但能耗增加）。所以提高真空度，对应的蒸发量（蒸发速率）就增加。即WP而出蒸发器的尿液温度（蒸发温度）t1与水分蒸发量W成一次线性关系，t1=a-bW则 t1-P即提高真空度会增加蒸发量，出口尿液浓度t1（造粒量n）会减少。附：关于蒸发器的总传热系数，它只与列管的材质、物料特性、结垢情况等有关，