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x 0=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x 1=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S 0=294.4m2 RE----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：
F c P0（t 1-t 0）= S0 K0（T- t） （*）
其中F 进口尿液流量，c P0尿液的比热容，S 0为蒸发加热器的换热面积；K 0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 、c P0 、T 、 t 可视为定值。在出口尿液温度120℃时，能量衡算关系式： F c P0（120-88）=294.4 ·K 0（T- t0） （1） 提高出口尿液温度125℃时，能量衡算关系式：
F c P0（125-88）= S 0′·K 0（T- t0） （2） 由（1）（2）可知： S 0′=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 ·S 0′- S 0=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92m2
RE-----蒸发器换热分析过程： （1） 首先进行物料衡算（溶质不变）
Fx 0=(F-W) ·x 1
x 0
水分蒸发量：W =F ∙(1-) （1）
x 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c P0未知，进蒸发器尿液温度t 0=88℃，出蒸发器尿液温度t 1=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 ’+F c P0（t 1-t 0） (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t 0=88℃, 蒸发器的负荷
Q=S0K 0△t m = S0K （T- t0） (3)
其中S 0为蒸发器的传热外面积；K 0为基于外面积的总传热系数；t m 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=D·r (4)
（4）蒸发温度t 1与水分蒸发量W 的关系 由（2）（3）（4）等式可得
∴ W· r ’+F c P0（t 1-t 0）= S 0 K0（T- t0） （5）
在现有装置、工艺条件下, r’、 F 、c P0、t 0、 S 0 、K 0、T 值为定量，则
t 1=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）t 1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。
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蒸发温度
蒸发量
（5）蒸发器出液浓度x 1（造粒量n ）与蒸发温度t 1的关系 由（1）（5）等式可得
F （1-x 0/x 1）· r ’+F c P0（t 1-t 0）= S0 K0（T- t0） （7） 在现有装置、工艺条件下, r’、 F 、c P0、t 0、 S 0 、K 0、T 值为定量，则蒸发器出口尿液浓度
x 0
x 1=
c +d ∙t 1
关系。
（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
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 ∝x 1∝1/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W ∝P
而出蒸发器的尿液温度（蒸发温度）t 1与水分蒸发量W 成一次线性关系，t 1=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率。
蒸发器的总传热系数K 值
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x 0=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x 1=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S 0=294.4m2 RE----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：
F c P0（t 1-t 0）= S0 K0（T- t） （*）
其中F 进口尿液流量，c P0尿液的比热容，S 0为蒸发加热器的换热面积；K 0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 、c P0 、T 、 t 可视为定值。在出口尿液温度120℃时，能量衡算关系式： F c P0（120-88）=294.4 ·K 0（T- t0） （1） 提高出口尿液温度125℃时，能量衡算关系式：
F c P0（125-88）= S 0′·K 0（T- t0） （2） 由（1）（2）可知： S 0′=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 ·S 0′- S 0=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92m2
RE-----蒸发器换热分析过程： （1） 首先进行物料衡算（溶质不变）
Fx 0=(F-W) ·x 1
x 0
水分蒸发量：W =F ∙(1-) （1）
x 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c P0未知，进蒸发器尿液温度t 0=88℃，出蒸发器尿液温度t 1=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 ’+F c P0（t 1-t 0） (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t 0=88℃, 蒸发器的负荷
Q=S0K 0△t m = S0K （T- t0） (3)
其中S 0为蒸发器的传热外面积；K 0为基于外面积的总传热系数；t m 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=D·r (4)
（4）蒸发温度t 1与水分蒸发量W 的关系 由（2）（3）（4）等式可得
∴ W· r ’+F c P0（t 1-t 0）= S 0 K0（T- t0） （5）
在现有装置、工艺条件下, r’、 F 、c P0、t 0、 S 0 、K 0、T 值为定量，则
t 1=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）t 1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。
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蒸发温度
蒸发量
（5）蒸发器出液浓度x 1（造粒量n ）与蒸发温度t 1的关系 由（1）（5）等式可得
F （1-x 0/x 1）· r ’+F c P0（t 1-t 0）= S0 K0（T- t0） （7） 在现有装置、工艺条件下, r’、 F 、c P0、t 0、 S 0 、K 0、T 值为定量，则蒸发器出口尿液浓度
x 0
x 1=
c +d ∙t 1
关系。
（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
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 ∝x 1∝1/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W ∝P
而出蒸发器的尿液温度（蒸发温度）t 1与水分蒸发量W 成一次线性关系，t 1=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率。
蒸发器的总传热系数K 值