尿素蒸发器发换热计算(更新版).doc

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1、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500～650mmHg,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

2、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）=S0K0（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）=S0′·K0（T-t0）（2）由（1）（2）可知

3、：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=2152.3

4、KJ/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D·r=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=S0K0△tm=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

5、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=D·r(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）=S0K0（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-b·W（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540-549m

6、mHg，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）=S0K0（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x1∝1/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n∝x1∝1/t1由示意图可知，在这个过程存在一

7、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W∝P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-b·W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，设备一定其传热系数就已经确定，只不过随时间的增加，结垢的程度会影响传热效

8、率。蒸发器的总传热系数K值蒸发器的形式总传热系数W/（m2℃）升膜式1200～6000降膜式1200～3500蛇管式350～2300