雙效j降膜式蒸發(fā)器詳細設計文件

1、題 目 雙效并流果汁濃縮裝置 學 院 輕工與食品工程學院 專 業(yè) 食品科學與工程 班 級 食品101班 姓 名 徐榮秀學 號 1005100613 指導老師 謝 毅 黃 麗 設計時間： 2013.7.12012.7.12 1.設計題目: 雙效并流降膜式果汁濃縮裝置及輔助設備的設計 12. 任務書 12.1設計任務及操作條件 12.2 設計項目 13. 蒸發(fā)工藝設計計算 13.1各效蒸發(fā)量及完成液液濃度估算 13.1.1總蒸發(fā)量的計算 13.1.2加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)量_23.2多效蒸發(fā)溶液沸點和有效溫度差的確定 23.31計算兩效蒸發(fā)水量W1，W2及加熱蒸汽的消耗量D1_33.32 分配有

2、效溫差，計算傳熱面_43.4重新計算加熱面積_53.5重新計算有效面積_63.6計算結(jié)果列_74. 蒸發(fā)器的主要結(jié)構尺寸 74.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計 74.2加熱室直徑及加熱管數(shù)的確定_84.3分離室直徑與高度的確定_84.4接管尺寸的確定 94.4.1溶液的進出口內(nèi)徑_94.4.2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口 104.5.1溶液的進出口內(nèi)徑_104.5.2 冷凝水出口_104.5.3液體分布器_115.1 汽液分離器 115.2 蒸汽冷凝器 115.3冷凝水出口管徑的確定_125.4淋水板的確定_125.5預熱器_126工藝計算匯總表_127.課程設計心得 138.參考文獻_131.

3、設計題目: 雙效并流降膜式果汁濃縮裝置及輔助設備的設計2.任務書2.1設計任務及操作條件含固形物11%（質(zhì)量分率，下同）的果汁，擬經(jīng)雙效降膜蒸發(fā)裝置進行濃縮，要求成品濃度為46%，原料汁許可最高溫度為75，試設計該蒸發(fā)過程。假定采用沸點進料，效間流動溫差損失設為1K，第一效采用自然循環(huán)，傳熱系數(shù)為1100w/(m2·k，第二效采用強制循環(huán)，傳熱系數(shù)為850w/(m2·k，各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出，并假設各效傳熱面積相等，忽略熱損失。2.2 設計項目2.1寫出設計計算書（計算過程及計算結(jié)果盡量表格化）。2.2蒸發(fā)器的工藝計算：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。2.3蒸發(fā)器的

4、主要結(jié)構尺寸設計。2.4主要輔助設備選型，包括氣液分離器及蒸汽冷凝器等。2.5繪制蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設備工藝簡圖。2.6對本設計進行評述。3. 蒸發(fā)工藝設計計算3.1各效蒸發(fā)量及完成液液濃度估算3.1.1總蒸發(fā)量的計算 總蒸發(fā)量W=F(1- 式中 W總蒸發(fā)量，Kg/h;F原料液量，Kg/h;原料液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)，量綱為一；第n效中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)，量綱為一。已知F=18000 /h,則 W=18000x(1-=13695.65 /h因并流加料，且蒸發(fā)中無額外蒸汽引出,由經(jīng)驗公式：W1/W2 =1：1.1，且W=W1W2=2.1W1解得W1=6521.738 /h W2=1.1W1=717

5、3.912/h則 X1=X2=3.1.2加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)量 據(jù)已知條件，假設各效溫度，查飽和水蒸氣表，列出各熱參數(shù)值如下表各熱參數(shù)值蒸汽壓力（k pa）溫度（）汽化熱（kJ/kg）效加熱蒸汽47,379852295.2效二次蒸汽28.196682333.6效加熱蒸汽25.544672343.4效二次蒸汽7.8180412398.7進冷凝器蒸汽7.3766402401.13.2多效蒸發(fā)溶液沸點和有效溫度差的確定=(T1-Tk- 式中有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，T1 第一效加熱蒸汽的溫度，Tk冷凝器操作壓強下二次蒸汽的飽和溫度，總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，=+，式中由于溶

6、液的蒸汽壓下降而引起的溫差損失，或因沸點升高引起的溫差損失，由于蒸發(fā)器中溶液的靜壓強而引起的溫度差損失，由于管路流體阻力產(chǎn)生壓強而引起溫度差損失， 校正法求=f0=0.01620，式中0常壓下由于溶液蒸汽壓下降引起的溫差損失，f校正系數(shù)，無因次Ti操作壓強下水的沸點，也是二次蒸汽的飽和溫度，ri操作壓強下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg由于求果汁的0所用的參數(shù)未知，則由糖液的不同濃度下對應的常壓沸點的升高來代替，則第一效時，X1=0.172時，0=0.27 f=0.0162=則可得1=f0=0.27X0.8072=0.2179第二效時，X2=0.46 時，0=1.5 f=0.0162=則 可得2

7、= f0=1.5X0.6658=0.9987對于降膜式蒸發(fā)器，不存在由于液柱靜壓力引起的溫差損失，即=0對于第一效蒸發(fā)，而由于第一效的加熱蒸汽是直接通入的，故也不存在流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失所以=0對于第二效，所以 =10.2179+0+0=0.2179=0.9987+1=1.1329第一效沸點 t1=T1+1=68+0.2179=68.2179第二效沸點t2= T2+2=41+0.9987=42.99873.31計算兩效蒸發(fā)水量W1，W2及加熱蒸汽的消耗量D1第i效的焓衡算式為：由上式可求得第i效的蒸發(fā)量.若在焓衡算式計入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時，尚需考慮熱利用系數(shù)一般溶液的

8、蒸發(fā)，可取得0.960-x（式中x為溶液的濃度變化，以質(zhì)量分率表示）。 第i效的蒸發(fā)量的 計算式為式中 -第i效的加熱蒸汽量，當無額外蒸汽抽出時= - 第i效加熱蒸氣的汽化潛熱 -第i效二次蒸氣的汽化潛熱-原料液的比熱 -水的比熱，-分別為 第i效及第i-1效溶液的沸點 -第i效的熱利用系數(shù)無因次，對于加熱蒸氣消耗量，可列出各效焓衡算式并與式（3-2）聯(lián)解而求得。 第一效的焓衡量式為: 查表得水的比熱為，溶液的比熱容為KJ/Kg.K作一效熱量衡算，得，其中，又溶液為沸點進料， ，所以 同理作第二效熱量衡算，得其中=0.98所以13695.65-=0.914+691.05整理得=6935.5Kg

9、/h=7196 Kg/h -6935.5=7030 Kg/h3.32 分配有效溫差，計算傳熱面積任意一效的傳熱速率方程為= 式中 -第i效的傳熱速率，W-第i效的傳熱系數(shù)，W/（m2.）-第i效的傳熱溫度差， -第i效的傳熱面積，m2 有效面積計算=85-68.2179=16.7821=W=67-42.9987=24.00133.4重新計算加熱面積由于兩效傳熱面積相差太大，故應調(diào)整各效的有效溫差，并重復上述計算步驟再重新分配有效溫度差S=重新分配有效溫差，得重復上述計算步驟（1）計算各料液濃度=0.179(2計算各料液的溫度因為第二效完成液濃度和二次蒸汽壓力均不變，各種溫度差損失可是為恒定，所

10、以第二效加熱蒸汽溫度為=42.9987+22.80=65.7987第一效二次蒸汽溫度65.7987+1=66.7987由于無法查的果汁因為濃度引起的沸點變化，用10Bx的糖液代替其濃度，查表得濃度為17.9%的糖液沸點變化為=0.2768所以=66.7987+0.2214+1=67.67.0201第一效的沸點=67.0201+17.96=84.9801溫度差重新分配后各效溫度情況列表蒸汽壓力（K Pa）溫度(汽化熱(J/kg效加熱蒸汽57.83384.98012295.2效二次蒸汽27.49967.02012338.4效加熱蒸汽26.26966.02012340.9效二次蒸汽7.8180412

11、398.76進冷凝器蒸汽7.3766402401.1再次做熱量衡算=整理得 =6948.28Kg/h =7237.8Kg/h =13695.65-6948.28=6747.32Kg/h 3.5重新計算有效面積W=兩效傳熱面積比較接近，故不再重算.3.6計算結(jié)果列表取15%的安全系數(shù)1.15X233.57=268.61=1.15X232.88=267.81結(jié)果列表效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度(84.980166.020140操作壓強Pi/ (K Pa57.83326.26915.06溶液沸點ti67.020141完成液濃度(%17.949.07蒸發(fā)水量Wi Kg/h6766.56929.1生蒸汽量

12、D Kg/h7445.7傳熱面積Si m2268.61267.814蒸發(fā)器的主要結(jié)構尺寸4.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計蒸發(fā)器的加熱管通常選用、無縫鋼管。根據(jù)經(jīng)驗值，用于濃縮物料的管子一般選擇46mm，管子長度的選擇應根據(jù)溶液結(jié)垢后的難以程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)經(jīng)驗我們選取：L=9m，,目前在換熱器設計中,管心距的數(shù)值已經(jīng)標準化,管子確定后,相應的管心距則為定值，由化工原理課程設計表4-4得表4-4不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑，mm19253857管心距t,mm25324870所以選取，t=48mm的加熱管當加熱管的規(guī)格與長度

13、確定后，由下式可初步估算所需的管子數(shù)n;式中 S蒸發(fā)器的傳熱面積，由前面的工藝計算決定；加熱管外徑，m;L加熱管長度，m.因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，則計算管子數(shù)時的管長應?。↙-0.1m.管子根數(shù)根，查資料圓整為301根。4.2加熱室直徑及加熱管數(shù)的確定加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格，數(shù)目及管板上的排列方式，此設計選擇用三角形的排列方式為準。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器管心距t為相鄰兩管中心線間的距離，t一般為加熱管外徑的1.251.5 倍。由加熱管的規(guī)格57×3.5，根據(jù)食品工程原理課程設計指導P12 表1-2，不同加熱管尺寸的管心距，可選取t=48。選擇三

14、角形排列進行計算；管束中心線上的管數(shù)計算式為。式中n總加熱管數(shù)。計算得根最外層中心到殼體內(nèi)壁的距離：1.2=1.2×38=45.6mm 加熱室直內(nèi)徑的計算式計算的mm,取整后為1000mm.殼體外壁厚取10mm.4.3分離室直徑與高度的確定計算分離室的體積V；V=式中；V分離器的體積，m3W某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h某效蒸發(fā)器的二次蒸汽密度，kg/m3U蒸汽體積強度，m3/(m3.s,一般允許值為U=1.11.5 m3/(m3.s，在本設計中取U=1.2 m3/(m3.s。又知，W1=6948.28kg/h，=0.1758kg/m3則 V1=kg/h，kg/m3V2=在確定了分

15、離室的體積，其高度與直徑符合V=,確定高度與直徑應考慮以下原則； =12,且 H >1.8 m 分離室的直徑應盡量與加熱室直徑相同。取H/D=1.5.計算得 m 4.4接管尺寸的確定流體進口接管的內(nèi)徑按此式計算式中；流體的體積流量，m3/hu流體的適宜流速，m/s式中取u=80m/s4.4.1溶液的進出口內(nèi)徑 對于并流的雙效蒸發(fā)，第一效溶液量最大，則可根據(jù)第一效的流量確定接管。溶液的進出口適宜流速按強制流動的情況考慮，同時為設計方便，進出口直徑選取相同。本設計進口處料液的密度=1030kg/m3,進料的質(zhì)量流量=18000 kg/h，取=0.8m/s(食品工程原理設計指導書P13，則=則

16、查食品工程原理P440 管子規(guī)格表，取相近的標準管mm.4.4.2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口 各效結(jié)構尺寸一致二次蒸汽體積流量應取各效中較大者。取流體的流速為80m/s，查化工原理附表得，蒸汽密度=0.3531kg/，流量D=7327.8Kg/h。一效二次蒸汽密度為，流量Kg/h.二效二次蒸汽密度為0.058285 ，流量6742.28kg/h.生蒸汽進口管徑二效加熱蒸汽的進出口管徑二效蒸汽的出口管徑所以，選取最大者作為蒸汽進出口管徑取規(guī)格管。4.5.1溶液的進出口內(nèi)徑 對于并流的雙效蒸發(fā)，第一效溶液量最大，則可根據(jù)第一效的流量確定接管。溶液的進出口適宜流速按強制流動的情況考慮，同時為設計方便

17、，進出口直徑選取相同。本設計進口處料液的密度=1030kg/m3,進料的質(zhì)量流量=18000 kg/h，取=0.8m/s(食品工程原理設計指導書P13，則=則查食品工程原理P440 管子規(guī)格表，取相近的標準管mm.4.5.2 冷凝水出口 冷凝水排出屬于液體自然流動，接管直徑應以各效加熱蒸汽消耗量較大者確定，在本設計中，第一效加熱蒸汽消耗量較大，即D=7327.8kg/h，又=1000 kg/m3，取=0.10 m/s，則=，則取相近標準管子4.5.3液體分布器為了使溶液能在壁上均勻的布膜，且防治二次蒸汽由加熱管頂端直接竄出，加熱器頂部必須安裝設置加工良好的液體分布器。本設計根據(jù)自身設計的特點，

18、選擇帶有螺旋形溝槽的圓柱體分布器5蒸發(fā)裝置的輔助設備 蒸發(fā)裝置的輔助設備主要包括汽液分離器與蒸汽冷凝器。5.1 汽液分離器 蒸發(fā)操作時，二次蒸汽中夾帶大量液體，雖然在分離室得到初步分離，但為了防止有用產(chǎn)品損失或防止污染冷凝液，還需設計汽液分離器，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽分離，其類型多，設置在蒸發(fā)器分離室頂部的有簡易室，慣性室，及網(wǎng)式。我們選擇慣性式除沫器，其工作原理是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變運動方向時，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。在慣性式分離器的主要尺寸可按下列關系確定：D0=D1；D1：D2：D3=1：1.5：2 H=D3 h=0.40.5D1D0-二次蒸汽的管徑，m D1-

19、除沫器內(nèi)管的直徑，mD2-除沫器外管的直徑，m D3-除沫器外殼的直徑，m H-除沫器的總高度，m h-除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m又在本設計中， ,則取相近標準管子，則 D0=760mmD1=760mm D2=mm D3=H=mm h=5.2 蒸汽冷凝器 蒸汽冷凝器的作用是冷卻水將二次蒸汽冷凝，。當二次蒸汽為有價值的產(chǎn)品需要回收或會嚴重地污染冷卻水時，應采用間壁式冷卻器。當二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用。在本設計中，二次蒸汽不需回收，可直接冷凝，直接接觸式冷凝器有多孔板，水簾式，填充塔式及水噴射線等。根據(jù)對

20、比及設計的蒸發(fā)器以及所處理的物料，選擇多層多孔板冷凝器，其接觸面積大，冷凝效果好。冷卻水量式中 進入冷凝器二次蒸汽的流量，Kg/hX1冷卻水可冷卻的蒸汽量XKg，由化工單元操作課程設計圖4-13多孔板式蒸汽冷凝器的性能曲線查得。冷卻水一般用20的自來水，冷凝水的溫度一般比進入冷凝器的蒸汽低35，所以查的壓力7.8KPa，冷卻水為20時的冷卻水可冷卻的蒸汽量X=20Kg/.Kg/h與實際數(shù)據(jù)相比，所計算值偏低，故設計時取=1.2X227.366=404.83Kg/h5.3冷凝水出口管徑的確定所以，冷凝水的出口管徑為mm所以取規(guī)格管。5.4淋水板的確定參考化工原理課程設計中蒸汽冷凝器的設計，由于冷

21、凝器的直徑大于500mm，所以淋水板數(shù)目為9塊板，淋水板堰高h=70mm。 5.5預熱器對于果蔬汁，生產(chǎn)能力較大時可采用體外預熱-焊接式的多管程列管式預熱器，管中心距t與外徑d0的比例常取t=1.25do,換熱管在管板上的排列用正方形錯列排列，傳熱效果好。熱器長度與殼體直徑比L/D.一般取6-10.不凝性氣體的排出有兩種方式，一是直接與冷凝水一起排入到效體殼程中，另一種是設不凝性氣體排出管，并將其接至蒸發(fā)系統(tǒng)不凝氣體排出管，由真空泵將其排出。6.工藝計算匯總表工藝數(shù)據(jù)匯總表效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度(84.980166.020140操作壓強Pi/ (KPa57.83326.26915.06溶液沸點ti67.020141完成液濃度(%17.949.07蒸發(fā)水量Wi Kg/h6766.56929.1生蒸汽量D Kg/h7445.7傳熱面積Si m2268.61267.81管子規(guī)格：管的類型外徑(mm壁厚(mm加熱管管徑382.5加熱室內(nèi)徑100