双效蒸发器设计课程设计.doc

课程设计授课时间: 2015-2016第一学期主题: 双效蒸发器设计课程名称: 机械与设备课程设计等级: 食品科学与工程卓越班学生ID: 1301715046名称: 雷宣华指导老师: 徐林李文山产品目录第1章简介-1 -1.1物料简介-1 -1.2物料浓缩方法-1 -1.3真空浓缩的优点-1 -1.4多效工艺的优点-2 -1.5浓缩设备的介绍-2 -1.6基础多效过程的类型-2-第2章设计计算-2 -2.1过程设计-2 -2.1.1确定过程和蒸发器类型-2 -2.1.2选择辅助设备-3 -2.1.3工作过程-3 -2.2工艺计算-3-2.2.1估算每种作用的蒸发量和完成液体的浓度-3-2-2.4估算蒸发器的传热面积-7-2.3蒸发器结构的设计- 8-2.3.1供暖管道和热量的选择加热室-8 -2.3.1.1加热管的选择和管数的确定-8 -2.3.1.2加热室壳体直径的计算: -9 -2.3.2分离室结构的计算-9 -2.3.3的确定接管的尺寸-10-2.3.3.1溶液入口和出口-10-2.3.3.2加热蒸汽入口和二次蒸汽出口-10-2.3.3.3冷凝水出口-10-第3章参考文献-11-简介1.1材料简介该材料是茶汁，具有低粘度和一定的热敏感性. 一些成分在加热下会分解，不包含颗粒和悬浮固体，并且不易结晶.

1.2物料的浓缩方法食品浓缩可以使用真空蒸发浓缩设备，冷冻浓缩设备和膜浓缩设备等. 目前，食品工业中使用最广泛的浓缩设备是对热量敏感的真空浓缩设备. 敏感度和易挥发成分. 进料液体的浓度非常吸引人. 1.3真空浓缩的优点在真空状态下，进料液体的沸点下降，这加速了水的蒸发，避免了进料液体的高温处理，并且适合于处理热敏性进料液体. 热源可以是低压蒸汽或废热蒸汽. 由于进料液体的沸点较低，因此降低了浓缩设备的热损伤. 它可以加热和消毒饲料液体双效蒸发浓缩器，有利于食品的保存. 1.4多效工艺的优点效果数量越多，节省的加热蒸汽量就越少. 当将单一效果更改为双重效果时，加热蒸汽消耗可以减少50％，但是从四个效果更改为五个效果只能节省10％. ，热能的经济效率没有太大提高. 效果数越多，温度损失越大，分配给每个效果的有效温差就越小. 为了在溶液沸腾阶段保持各效应的有效温差，有效温差不少于5-7℃，这也限制了效应数的增加. 1.5引进浓缩设备一般由蒸发器，冷凝器和真空系统组成. 蒸发器: 产生浓缩液和二次蒸汽，常见形式: 中央循环管式，浓缩罐，外部加热蒸发器，升膜蒸发器，降膜蒸发器. 冷凝器: 将二次蒸汽冷凝成水和不可冷凝的气体，减少真空系统的负荷，并使系统保持一定的作用. 常见形式: 填料冷凝器，孔板冷凝器，喷射冷凝器.

真空系统: 保持真空. 1.6多效工艺的基本类型平行流方法的特点: 1.进料液和蒸汽的流向相同. 2.进料基于压差； 3.进料温度高于沸点，并具有闪蒸效果. 4.进料液体的粘度依次增加. 最终效果需要更大的传热面积. 逆流方法: 1.进料液和蒸汽的流动方向相反，2每个效果之间的进料流需要泵送. 3.进料温度低于沸点（最终效果除外）. 4.进料液的粘度相对稳定. 5.很容易引起焦化和营养损害. 设计计算2.1工艺设计2.1.1确定工艺和蒸发器类型的物料为茶汁，初始固体含量为8.5％，完成液浓度为26％，物料液浓度依次增加，加热蒸汽压力为180 kPa，最后的冷凝器压力为20 kPa，可以通过压差补给，因此选择平行流方式. 由于粘度不高且不包含颗粒物，因此不适合选择刮板蒸发器. 由于液体的最终浓度为26％，因此浓度不高. 不适合使用中央循环式浓缩锅. 因为茶汁具有一定的热敏感性，所以不适合. 适用于外部加热蒸发器. 总之，降膜式蒸发器的特点是蒸发时间短，适用于处理热敏性液体材料. 大多数蒸发设备由双效或多效形式组成. 一旦浓缩物增加，就不适用于易于结晶或结垢的加工溶液. 2.1.2辅助设备选择泡沫阱: 防止细小液滴被二次蒸汽带走，从而避免浪费并防止凝结污染. 泵: 由于粘度低，因此选择离心泵. 其功能是去除浓缩液. 真空泵为蒸发器提供所需的真空度，并清除系统中产生的有害气体.

冷凝器选择喷雾类型，对真空的要求不高，并且还可以泵送系统中的非冷凝气体. 2.1.3工作过程工作时，进料液体通过泵从平衡罐中抽出，流经第二效蒸发器的二次蒸汽加热的预热器，然后由第二效蒸发器的盘管进行预热. 转. 原料液在柱管灭菌器中灭菌，并在加热管中保温24S，然后依次通过第一效蒸发器和第二效蒸发器，最后由排放泵抽出. 合并的蒸汽产生气体分别向灭菌器，第一效蒸发器和热压泵提供气体. 由第一效蒸发器产生的二次蒸汽通过热压泵部分地用作第一效蒸发器的加热蒸汽，其余部分引入第二效蒸汽中作为加热蒸汽. 在进料液被预热的同时，由双效蒸发器产生的二次蒸汽首先通过预热器冷凝. 剩余的二次蒸汽与不可凝气体一起被水力冷凝和抽出. 由加热的蒸汽产生的冷凝水由泵抽出，储罐中的洗涤液用于设备的现场清洁. 2.2工艺计算2.2.1估算每种效应的蒸发量和每小时完成的液态水蒸发的浓度: ∵（常用化学单元设备设计第153页）kg / h原料处理能力，kg / h； x0-toⅠ为有效蒸发器的液态物料浓度，质量百分比； x2——第二效蒸发器的物料夜间浓度，质量百分比； W——水的蒸发量kg / h； W1: W2取自“通用化学设备设计”的P153 = 1: 1.1因此，W1 == 1923.08（kg / h）W2 = 4038.46-1923.08 = 2115.38（kg / h）其中，W1——蒸发量第二次作用的蒸发量，kg / hW2-第二个作用的蒸发量，kg / h，Ⅰ次要蒸汽浓度X1 == 12.51％X2 == 26.00％相关参数原料液体总量: 6000kg / h（2）输入: = 8.5％= 25℃P1 = 180kPa输出: = 26％P2 = 20kPa根据已知条件，假设每种作用的温度，请从“化学原理”中检查饱和蒸汽表的饱和蒸汽表压力（kPa）T（℃）汽化潜热（kg）Ⅰ二次加热蒸汽P = 180 = 116 = 2214.3 I二次加热蒸汽P = 49.281 = 2299.7Ⅱ二次加热蒸汽P = 47.4 = 80 = 2307.8二次加热二次蒸汽P = 20 = 60冷凝蒸汽P = 19.3 = 59.2.2.2估算每种效果溶液的沸点和有效总量在温差公式中: -温度e差值损失，工作压力下溶液蒸气压下降引起的℃沸点上升，液层静压引起的℃温度差损失，℃管道流动阻力温差℃沸点上升由常压下溶液的蒸汽压下降引起的，校正因子为无量纲，经验计算公式为: 其中: -工作压力下的二次蒸汽温度，℃-汽化潜热二次蒸汽在工作压力，常压kJ / kg下，茶汁沸点的8.5％与普通果汁相同，因此采用插值法提高常温下果汁的沸点（ ℃）（℃））由于静压，降膜蒸发器: 1 = 2 = 0（℃）1（℃）双重效果茶汁的沸点是t℃t =℃压力（kPa）T（ ℃）汽化潜热（kJ / kg）Ⅰeff ect加热蒸汽P = 180 = 1162214.3Ⅰ效应加热液体P = 49.54t = 82.118 = 2294.2Ⅰ效应二次蒸汽P = 49.281 = 2299.7Ⅱ效应加热蒸汽P = 47.4 = 802307.8Ⅱ效应加热液体P = 21.23t = 61.992 = 2351.1 Ⅱ效果二次蒸汽P = 20 = 60冷凝蒸汽P = 19.3 = 59.2.2.3每种效果的加热蒸汽消耗和蒸发水量的初步计算第i个效果的焓平衡公式为: 如果i-的蒸发量如果在溶液的热收缩率和蒸发器的热损失中包含焓平衡公式，则可以获得第n个效果，需要考虑热量. 使用一般因子溶液的蒸发，可以获得0.94-0.7△x （其中△x是溶液的浓度变化，以质量分数表示）.

第i个作用的蒸发量的计算公式为: ----第i个作用的加热蒸汽量kg / h，当不提取附加蒸汽时=； ----第i效汽化蒸发蒸汽的潜热，kJ / kg; ----第i次蒸汽的汽化潜热双效蒸发浓缩器，kJ / kg； ----原料液体的比热； -水的比热；第i个效应和第i-1个效应溶液的沸点，℃； ------第i个效应的热利用系数是无量纲的. 为了消耗加热蒸汽，可以列出每个效果焓平衡公式，并将其与“溶液”公式结合使用. = 0.98第一个作用的焓测量公式为: = 0.98饲料，= 3.99kJ /（kg. ℃），= 4.187 kJ /（kg. ℃），查找表= 2214.3 kJ / kg，对于沸腾饲料， = = 0.982294.2 / 2299.7 = 0.98（a）同样，第二效热平衡公式为: = 0.98 so = 0.98 [2351.1 / 2354.9 +（60003.99-4.187）（82.118-61.992）/2354.9] = 0.963 + 204.59 （b）和+ = 4038.46（d）联立方程（a），（b），（c），解: = 1952.81kg / h； = 2085.65 kg / h = 1992.66 kg / h2.2.4热面积估计的任何一种效应的传热速率方程为: =其中-第i个效应的传热速率，W-第i个效应的传热系数效W /（m2. ℃）-i效应的传热温度差，℃----- i效应的传热面积m2在双效蒸发中为便于制造和安装，通常使用具有相同传热面积的蒸发器，即Q1 = D1r1 = 1992.662294.21000 / 3600 = 1.27106W℃K1需850 W /（m2？K）K2需1500 W /（m2 K）Q2 = W1r2 = 1952.812351.11000 / 3600 = 1.28106W℃误差很小，在误差允许范围内，计算出的每种效应的蒸发面积是合理的.

每种效果溶液的浓度没有显着变化，因此无需计数. . 考虑各种损失，安全系数为1.1，因此S'1 = 1.1S1 = 48.51 m2S'2 = 1.1S2 = 49.38m2有效数12冷凝器加热蒸汽温度（℃）1168059工作压力Pi /（KPa）18047.419.3解决方案沸点ti℃82.11861.992完全液体浓度（％）12.5126蒸发水量Wi Kg / h1952.812085.65蒸汽产生量D Kg / h1992.66传热面积Si m244.1044.892.3蒸发器结构设计2.3.1加热管和加热室的选择2.3.1.1加热管的选择和管数的确定根据“通用化学装置的设计”第162页，蒸发器通常使用38×2.5mm不锈钢无缝钢管，并且加热时管长L = 6 m确定管的规格和长度后，可通过以下公式∴根型S——传热面积来初步估算所需的管数； -加热管直径，m； L——管长，m. 由于加热管固定在管板上，因此通过考虑管板厚度（L-0.1）m所占的传热面积来计算ni的管长. 2.3.1.2加热室壳体直径的计算: 管芯距离一般为外径的1.25-1.5倍，采用方形排列. 管中心距离为1.25 38 = 48mm. 绘制了加热室和加热管的数量. 具体方法是首先计算管束中心线上的管数nc. 当管子排列成正方形时: nc1 = 1.19根nc2 = 1.19根其中D——壳径m； t——管距，m； nc——沿直径方向排列的管道数量-最外层管道的中心到壳体内壁的距离和内径基于“通用化学单元设备设计”第163页. 对于实际安装，实际内径为480mm. 2.3.2分离室结构计算分离室长度比: h / d = 1〜2蒸发量强度: 每秒从每立方米蒸发室中排出的二次蒸汽量，允许的体积蒸发强度v = 1.1〜1.5 m3 /（sm3）其中Vw -----二次蒸汽体积流量m3 / sH -----蒸发室高度mV -----允许的蒸发体积强度m3 /（sm3）取V = 1.2 m3 /（sm3） h / d = 2H = 2D = 2.72平方米在下面的计算公式中-----流体体积流量m3 / h; U --------合适的流体流速m / s，估计内径后，应从管规格表中选择类似的标准管.

2.3.3.1溶液入口和出口对于平行进料的三效蒸发，第一效溶液的流量最大. 如果每个效果设备的大小相同，则根据第一效果解决方案的流程确定接管. 流体的流量为0.8m / s；进水口密度为1000kg / m3，因此使用ф57X2.5mm管. 2.3.3.2加热蒸汽入口和二次蒸汽出口的作用大小相同. 二次蒸汽的体积流量应具有较大的影响. 流体的流量为40m / s，产生蒸汽的入口管的直径为第二效加热蒸汽的入口管直径，因此，第二效蒸汽的出口管直径为ф377X9.0mm. 2.3.3.3冷凝水出口冷凝水的排放通常属于液体的自然流量，连接管的直径应由各效加热蒸汽的消耗量决定. 流体的流量为0.1m / s，因此使用ф89X4.0mm规格的管. 结果概述蒸发水量Kg / hW1 = 1952.81W2 = 2085.65产生的蒸汽量Kg / h1992.66传热面积m2S1 = 44.1S2 = 44.89加热管尺寸mm38×2.5加热管数量6364外壳直径mmD = 480L = 6000分离室尺寸mD = 1.36L = 2.72入口尺寸mmф57X2.5加热蒸汽入口尺寸mmф377X9.0冷凝水出口尺寸mmф89X4.0第3章参考资料[1]陈应南，刘玉兰主编. 常用化学装置的设计[M]. 广东: 华东理工大学，2005. [2]李凤华，于世军主编. 化学工程原理[M]. 大连: 大连理工大学出版社，2010.7 [3]徐学勤，王海鸥主编. 食品厂机械设备[M]北京: 中国轻工业出版社，2011.7- 0-

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