2021年蒸发器换热系数的理论数值

*欧阳光明*创编 2021.03.07 6 6．．3 3．．2 2 蒸发过程的传热系数蒸发过程的传热系数 欧阳光明（2021.03.07） 蒸发中的传热系数系数 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系数 αo 可按膜式冷凝的公式计算；管壁热阻 RW往往可以忽略；污垢热阻 Rs 可按经验值估 计，确定蒸发总传热系数系数 K 的关键是确定溶液在管内沸腾的传热膜系数系数 ai。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 系数系数往往主要靠现场实测。表 6-1给出了常用蒸发器蒸发器的传热系数系数范围，可供参 考。表6-1 常用蒸发器蒸发器传热系数系数 K 的经验值 蒸发器蒸发器的型式 标准式（自然循环） 标准式（强制循环） 悬筐式 升膜式 降膜式 二、提高总传热系数系数的方法 管外蒸汽冷凝的传热膜系数系数 αo 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系数 αo 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系数 αi 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，传热系系 *欧阳光明*创编 2021.03.07 总传热系数系数 K, W / (m2K) 600～3000 1200～6000 600～3000 1200～6000 1200～3500 *欧阳光明*创编 2021.03.07 数数又趋下降。因此，为提高全管长内的平均传热系数系数，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CaSO4、CaCO3、Mg(OH)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，但导热系数系数较小；此外，垢层的多孔性也使其导热系数系数较低。 所以即使厚度为1～2mm 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 6.5.26.5.2 多效蒸发的优缺点多效蒸发的优缺点 6.5.26.5.2 多效蒸发的优缺点多效蒸发的优缺点 一、多效蒸发的经济性一、多效蒸发的经济性 多效蒸发时，除末效外，各效的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽加以利用，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 1.75 三效 2.5 四效 3.33 五效 3.70W/D0.91 *欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 正由于多效蒸发时生蒸汽的经济性较高，所以在蒸发大量水分时广泛采用多效蒸发。但上表也说明，当效数增 加时，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 Δtr=T-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——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=KsAsΔts （6-24） 对于 m 效的多效蒸发： （6-25） 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 （6-26） 有效传热温度差 Δt 为理论传热温度差 与传热温度差损失 Δ 之差， 对于单效：Δts=Δtr-Δs (6-27a) 对于多效：(6-27b) *欧阳光明*创编 2021.03.07 *欧阳光明*创编 2021.03.07 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，因而 。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/m2·h 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 加，各效总有效传热温度差 则 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 ，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。 增 ， 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