双效蒸发器设计课程设计.pdf
百度文库-好好学习，天天向上-0-课 程 设 计 授课时间：20152016 年度 第 1 学期 题 目：双效蒸发器设计 课程名称：机械与设备课程设计 专业年级：食品科学与工程卓越班 学 号：46 姓 名：雷璇华 指导教师：许林 李文山 目录 第 1 章 引言.-2-百度文库-好好学习，天天向上-1-物料介绍.-2-物料的浓缩方法.-2-真空浓缩优点.-2-多效流程的优点.-2-浓缩设备介绍.-2-多效流程基本类型.-3-第 2 章 设计计算.-3-工艺设计.-3-确定流程与蒸发器类型.-3-辅助设备选择.-3-工作流程.-3-工艺计算.-4-估计各效蒸发量和完成液浓度.-4-蒸发器的传热面积估算.-7-蒸发器结构的设计.-9-加热管及加热室的选择.-9-加热管的选择和管数确定.-9-加热室壳体直径的计算：.-9-分离室结构计算.-10-接管尺寸的确定.-10-溶液进出口.-10-加热蒸气进口与二次蒸汽出口.-11-冷凝水出口.-11-第 3 章 参考文献.-12-百度文库-好好学习，天天向上-2-第1章 引言 物料介绍 物料为茶汁，其粘度低，具有一定的热敏性，一些成分遇热分解，不含有颗粒和悬浮物，不易结晶。物料的浓缩方法 食品浓缩可以采用真空蒸发浓缩设备，冷冻浓缩设备和膜浓缩设备等，目前，食品工业使用最广泛的浓缩设备是真空浓缩设备，冷冻浓缩设备对于热敏性和挥发性成分料液的浓缩有很大的吸引力。真空浓缩优点 在真空的状态下，料液的沸点下降，加速了水分蒸发，避免了料液高温处理，适合用于处理热敏性料液。热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽。由于料液的沸点较低，是浓缩设备的热敏损伤减少。对料液起加热杀菌作用，有利于食品的保藏。多效流程的优点 效数越多，节省的加热蒸汽量就越少，由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少 50%，但由四效改为五效只能节省 10%，热能经济性提高不大。效数越多，温度若损失越大，分配到各效的有效温度差就越小，为了维持料液在溶液沸腾阶段每效的有效温度差不小于 5-7，这样也限制了效数的增加。浓缩设备介绍 一般由蒸发器，冷凝器，真空系统组成。蒸发器：产生浓缩液和二次蒸汽，常见的形式：中央循环管式，浓缩锅，外加热式蒸发器，升膜式蒸发器，降膜式蒸发器。冷凝器：将二次蒸汽冷凝成水和不凝气，减轻真空系统的负荷，使系统保持一定的作用，常见的形式：填料式冷凝器，孔板式冷凝器，喷射式冷凝器。真空系统：保持真空度。百度文库-好好学习，天天向上-3-多效流程基本类型 并流法特点：1 料液与蒸汽流动方向相同 2.靠压差进料，3.进料温度较沸点高，有闪蒸作用，4.料液粘度依次增高，5.末效需要较大的传热面积。逆流法：1,料液与蒸汽流动方向相反，2 各效间的料液流动需要泵送。3、进料温度较沸点低（末效除外），4、料液粘度较稳定。5、易造成结焦和营养破坏。第2章 设计计算 工艺设计 确定流程与蒸发器类型 物料为茶汁，初始固形物含量为%，完成液浓度 26%，料液浓度依次增加，加热蒸汽压强 180kPa，末效冷凝器压强 20kPa，可通过压差进料，因此选择并流法。由于粘度不高，且不含颗粒物，不适宜选择刮板式蒸发器，由于最后完成液浓度为 26%，浓度不高，不适宜用中央循环式浓缩锅，由于茶汁具有一定的热敏性，故不适用外加热式蒸发器。综上所述，采用降膜式蒸发器，其特点是：蒸发时间短，适用于处理热敏性料液。大多以双效或多效形式组成蒸发设备，一提高浓缩物，不适用于处理易结晶或结垢的溶液。辅助设备选择 泡沫捕集器：防止细小的液滴被二次蒸汽带出，造成浪费，防止冷凝污染。泵：因为粘度低，选择离心泵，其作用是排除浓缩液，真空泵为蒸发器提供所需真空度，以及排除系统中产生的不良气体。冷凝器选择喷射式，对真空度要求不高，还能将系统内不凝气体抽走。工作流程 工作时，料液经泵从平衡槽抽出，通过由二效蒸发器二次蒸汽加热的预热器，然后依次经二效一效蒸发器盘管预热，预热后的料液在列管式杀菌器杀菌，并在温管内保温 24S，随后相继通过一效蒸发器二效蒸发器，最后由出料泵抽出。百度文库-好好学习，天天向上-4-生蒸汽结合气分别向杀菌器，一效蒸发器和热压泵供气，一效蒸发器产生的二次蒸汽，一部分通过热压泵作为一效蒸发器的加热蒸汽，其余的被导入二效蒸汽作为加热蒸汽，二效蒸发器产生的二次蒸汽，先通过预热器，在料液进行预热的同时冷凝，余下二次蒸汽与不凝性气体一起由水力喷射器冷凝抽出，各处加热蒸汽产生的冷凝水由泵抽出，储槽内的洗液用于设备的就地清洗。工艺计算 估计各效蒸发量和完成液浓度 每小时水分蒸发量：x210 xFW （常用化工单元设备设计 153 页）46.403826.0085.016000W kg/h 式中0F原料处理量，kg/h；x0进效蒸发器料液的浓度，质量百分比；x2出效蒸发器料夜的浓度，质量百分比；W水分蒸发量 kg/h；由常用化工单元设备设计 P153 取 W1:W2=1:故 W1=1.1146.4038=(kg/h)W2=其中，W1第效的蒸发量，kg/h W2第效的蒸发量，kg/h 效二次蒸汽浓度X11000WFxF=08.19236000%5.86000=%X221000WWFxF=38.211508.19236000%5.86000=%有关参数（1）原料液总量：6000kg/h（2）进料：1x=%1T=25 P1=180kPa 出料：2x=26%P2=20kPa 据已知条件，假设各效温度，查饱和水蒸气表 来自化工原理饱和水蒸汽表 百度文库-好好学习，天天向上-5-压力(kPa)T()汽化潜热(kg)效加热蒸汽 P=180 1T=116 1=效二次蒸汽 P=1T81 1=效加热蒸汽 P=2T=80 2=效二次蒸汽 P=20 2T=60 9.23542 冷凝处蒸汽 P=3T=59 23623 .估计各效溶液的沸点和有效总温度差 0ttfma 式中：温度差损失，操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，液层静压引起的温度差损失，管路流动阻力引起的温度差，a常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，f校正系数，无因次，其经验计算式为：2)273(0162.0rTf 式中：T操作压强下二次蒸汽的温度，操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg 常压下，的茶汁沸点变化情况与一般果汁相同 故使用内插法 常温下果汁沸点升高Ca145.01 C48.12a 128.0145.07.2299273810162.021()129.148.19.2354273600162.022()百度文库-好好学习，天天向上-6-由于静压强，降膜式蒸发器：1=2=0()1 2 1()双效茶汁的沸点分别为 t1118.828110118.081111 t2=992.616010992.060222 压力(kPa)T()汽 化 潜 热(kJ/kg)效加热蒸汽 P=180 1T=116 效料液 P=t1=1=效二次蒸汽 P=1T81 1=效加热蒸汽 P=2T=80 效料液 P=t2=2=效二次蒸汽 P=20 2T=60 9.23542 冷凝处蒸汽 P=3T=59 23623 .加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 第 i 效的焓衡算式为：01211(.)()pwii ippwcipwiiiQDrFcWcWW cttWr 有上式可求得第 i 效的蒸发量Wi，若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发器的热损失时，尚需考虑热利用系数一般溶液的蒸发，可取得（式中x 为溶液的浓度变化，以质量分率表示）。第 i 效的蒸发量iW的 计算式为 10121(.)pwiiiiiippwcipwiirttWDFcWcWW crr 式中 iD-第 i 效的加热蒸汽量，kg/h，当无额外蒸汽抽出时iD=1iW；百度文库-好好学习，天天向上-7-ir-第 i 效加热蒸气的汽化潜热，kJ/kg ；r-第 i 效二次蒸气的汽化潜热，kJ/kg；0pc-原料液的比热，).(CkgkJ；pwc-水的比热，).(CkgkJ；it，1it-分别为第i 效及第i-1效溶液的沸点，；i-第 i 效的热利用系数无因次，对于加热蒸汽消耗量，可列出各效焓衡算式并与式12nWWWW联解而求得。i=第一效的焓衡量式为:）（/110011111rttFCrrDWP 1=进料，0PC=(kg.)，PWC=kJ/(kg.)，查表得1r=kJ/kg,对于沸点进料，10tt 1W=1111rrD=1D =1D (a)同理第二效的热衡算式为:2=所以2211022122rttCWFCrrWWpWp =1W+1W1W (b)又1W+2W=(d)联立(a),(b),(c)式,解得:1W=kg/h；2W=kg/h 1D=kg/h 蒸发器的传热面积估算 任意一效的传热速率方程为:iS=iiitKQ 式中 iQ-第 i 效的传热速率，W iK-第 i 效的传热系数，W/（m2.）百度文库-好好学习，天天向上-8-it-第 i 效的传热温度差，iS-第 i 效的传热面积，m2 在双效蒸发中，为了便于制造和安装，通常采用各效传热面积相等的蒸发器，即 iiiitKQS Q1=D1r1=882.33118.82116t-11Tt取 850 W/(m2K)K2取 1500 W/(m2K)26111110.44882.338501027.1mtKQS Q2=W1r2=008.19992.6181t22Tt26222289.44008.1915001028.1mtKQS误差为05.0018.089.4410.4411maxminSS 误差很小，在误差允许范围之内,故计算得各效蒸发面积合理。其各效溶液浓度无明显变化不必再算。考虑到各种损失，安全系数取 故 S1=m2 S2=效数 1 2 冷凝器 加热蒸汽温度()116 80 59 操作压强 Pi/(KPa)180 溶液沸点 ti 完成液浓度(%)26 蒸发水量 Wi Kg/h 生蒸汽量 D Kg/h 传热面积 Si m2 百度文库-好好学习，天天向上-9-蒸发器结构的设计 加热管及加热室的选择 加热管的选择和管数确定 根据常用化工单元设备设计162 页，蒸发器通常采用38不锈无缝钢管，取管长 L=6 m 当加热管的规格和长度确定后，可由下式初步估算所需管子数 )1.0(n0LdS 639.5103814.310.44)1.0(n301LdS根 649.5103814.389.44)1.0(n302LdS根 式中 S传热面积，2m；0d加热管直径，m；L管子长度，m。因加热管固定在管板上，考虑管板厚度所占据的传热面积则计算 ni的管长应用（）m 加热室壳体直径的计算：管心距一般为外径的倍，则选用正方形排列，管心距取 38=48mm 加热室内和加热管数采用作图法，具体做法是先计算管束中心线上的管数nc,管子按正方形排列时：nc1=863 根 nc2=864 根 21bntDic 0)5.11(db 取mmbb57385.15.10 式中 D壳体直径，m；t 管间距，m；nc沿直径方向排列的管子数 百度文库-好好学习，天天向上-10-b最外层管中心到壳体内壁的距离，内径mmetDB3361000/572184821nc1 mmenctDB3361000/5721848212 根据常用化工单元设备设计163 页 为了工程上安装方便，取实际内径为480mm 分离室结构计算 分离室长泾比：h/d=12 蒸发体积强度：每秒从每立方米蒸发室中排出的二次蒸汽体积，允许的体积蒸发强度 v=m3/(sm3)HVVwD78.0 式中 Vw-二次蒸汽体积流量 m3/s H-蒸发室高度 m V-允许的蒸发体积强度 m3/(sm3)取 V=m3/(sm3)h/d=2 36.118.036002.1278.081.195278.0DHVVwD H=2D=接管尺寸的确定 流体进出口的内径按下式计算uVds4 式中 sV-流体的体积流量 m3/h ；U-流体的适宜流速 m/s，估算出内径后，应从管规格表格中选用相近的标准管。溶液进出口 于并流加料的三效蒸发，第一效溶液流量最大，若各效设备尺寸一致的话，根据第一效溶液流量确定接管。取流体的流速为s；进料口密度取 1000kg/m3 mVD052.08.014.31000360060004u40 所以取规格管。百度文库-好好学习，天天向上-11-加热蒸气进口与二次蒸汽出口 各效结构尺寸一致二次蒸汽体积流量应取各效中较大者。取流体的流速为 40m/s，生蒸汽进口管径 mVD135.04014.39635.0360066.19924u41 二效加热蒸汽的进口管径 mVD243.04014.32929.0360081.19524u42 二效蒸汽的出口管径 mVD377.04014.31301.0360065.20854u43 所以取规格管。冷凝水出口 冷凝水的排出一般属于液体自然流动，接管直径应由各效加热蒸气消耗量较大者确定。取流体的流速为s mVD084.01.014.31000360066.19924u42 所以取规格管。结果总览 蒸发水量 Kg/h W1=W2=生蒸汽量 Kg/h 传热面积 m2 S1=S2=加热管尺寸 mm 38 加热管数量 63 64 壳体直径 mm D=480 L=6000 百度文库-好好学习，天天向上-12-分离室尺寸 m D=L=进料口尺寸 mm 加热蒸汽进口尺寸 mm 冷凝水出口尺寸 mm 第 3 章 参考文献 1 陈英南，刘玉兰主编.常用化工单元设备的设计M.广东：华东理工大学，2005.2 李凤华，于士君主编.化工原理M.大连：大连理工大学出版社，3 许学勤，王海鸥主编.食品工厂机械与设备M北京：中国轻工业出版社，
