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1、食品工程原理课程设计说明书单效降膜式蒸发器的设计姓名：学号：班级：指导老师：年月日目录1 .前言1.1 概述1.2 蒸发器选型2 .单效蒸发工艺计算2.1 物料衡算2.2 热量衡算2.3 传热面积计算2.4 计算结果列表3 .蒸发器主体工艺设计3.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.2 循环管的选择3.1.3 加热室直径确实定3.1.4 别离室直径与高度确实定3.2 接管尺寸确实定3.3 进料方式及加热管排布方式确实定3.3.1 进料方式确实定3.3.2 加热管排布方式确实定3.4 仪表、视镜与人孔确实定3.5 蒸发器主要部件规格列表4 .蒸发装置的
2、辅助设备4.1 气液别离器4.2 蒸汽冷凝器5 .结语致谢附表参考文献任务书、设计意义P. T.人1蒸浓液浓度计算多效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程.计算的主要工程有：加 热蒸气生蒸气的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积.计算的参数有：料液的流量、 温度和浓度,最终完成液的浓度,加热蒸气的压强和冷凝器中的压强等.蒸发器的设计计算步骤多效蒸发的计算一般采用试算法.根据工艺要求及溶液的性质,确定蒸发的操作条件如加热蒸气压强及冷凝器的压强,蒸发器 的形式、流程和效数.根据生产经验数据,初步估计各效蒸发量和各效完成液 的浓度.根据经验假设蒸气通过各效的压强降相等,估
3、算个效溶 液沸点和有效总温差.根据蒸发器的始衡算,求各效的蒸发量和传热量.根据传热速率方程计算各效的传热面积.假设求得的各效 传热面积不相等,那么应按下面介绍的方法重新分配有效温度差, 重复步骤至,直到所求得各效传热面积相等或满足预先 给出的精度要求为止.单效蒸发器示意图8*104 *103*0.5F 二二 42735kg / h300*24*0.13Xc蒸发水量：W =F*1 一4=42735*1-X213%50%=31624kg/h2溶液沸点和有效温度差确实定由二次蒸汽压强从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中:蒸汽压力KPa温度C汽化热kJ/kg加热蒸汽500151.7211
4、3.2二次蒸汽20602355单效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算:有效总温度差=工-k-v 式中z *-有效总温度差,为各效有效温度差之和,C.T1 -第一效加热蒸气的温度,C OT/K -冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度,C o工 A总的温度差损失,为各效温度差损失之和,C,/式中 工 /-由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失,C, “ -由于蒸发器溶液的静压强而引起的温度差损失,c,工 A-由于管道流体阻力产生压强降而引起的温度差损失,C,由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失那么由于溶液静压强所因引起的温度差损失由于本设计采用降膜式蒸发器,无静液压效应,所以 &=0由经验不计流
5、体阻力产生压降所引起的温度差损失二次蒸汽由别离器到冷凝器的流动中,在管道内会产生阻力损失,也可能会散失热量了,这些能量 , ,消耗造成的温度损失,记作 o 4受管道长度、直径和保温情况等影响.计算时,一般取 =0.51.5K本设计取=1.0K根据以估算的二次蒸汽压强t及温度差损失,即可由下式估算溶液各效溶液的沸点t,所以总的温度差损失为.：-=+=1.37+1=2.37 C由手册可查得 500KPa饱和蒸汽压的温度为151.7 C,汽化热为2113.2KJ/kg(3)加热蒸汽消耗量的计算加热蒸汽量可通过热量衡算求得,对图 1做热量衡算：式中：H-加热蒸汽的始,kJ/kg; (H -二次蒸汽的始
6、,kJ/kg;h0 原料液的始,kJ/kg;h元成液的始,kJ/kg;hc加热室排除冷凝液的始,kJ/kg;蒸发器的热负荷或传热速率,kJ/kg;7L 热损失,可取 Q的某一百分数,kJ;C0,C1 分别为原料、完成液的比热,kJ(/kg. C).考虑溶液浓缩不大,将H1取t1下饱和蒸汽的始,那么式中Sv分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg.不计热量损失,那么(4)蒸发器的传热面积的计算传热面积方程为式中Q-换热热流量, Wo K-传热系数,W/ (m2：C).t-传热温度差,C S 传热面积,m2降膜式蒸发器的总传热系数为12003500W/ (m2：c),取K=2000W/ (
7、m2 )为平安计取 s=124*1.18=146m 2计算结果列表：加热蒸汽温度(C)151.7操作压强P/(KPa)500溶液沸点ti (C)60完成液浓度()50蒸发水量 Wi (Kg/h)31624生蒸汽量 D (Kg/h)37896.8传热面积Si (m2)146三、蒸发器工艺尺寸计算我们选取的单效外热式循环管式蒸发器的计算方法如下.(1)加热管的选择和管数的初步估计蒸发器的加热管通常选用38*2.5mm无缝钢管.加热管的长度一般为 0.62m ,但也有选用2m以上的管子.管子长度的选择应根据溶液结垢后的难 以程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑,易结垢和易起泡沫溶液的蒸发易选用
8、短管.根据我 们的设计任务和溶液性质,我们选用以下的管子.可根据经验我们选取：L=3m ,巾57父3.5mm可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n,式中：2S-蒸发器的传热面积,m ,由前面的工艺计算决定(优化后的面积)；do-加热管外径,m；L-加热管长度,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,那么计算n时的管长应用(L-0.1 ) m.(2)复核总传热系数馆内沸腾传热系数ai按进口条件算. 桃汁的粘度取1AL =0.7*10-3Pa , S(3)加热室直径及加热管数目确实定加热室的内径取决于加热管和循环管的规格、数目及在管板撒谎能够的排列方式.加热管在管板上的排
9、列方式有三角形排列、正方形排列、同心圆排列.根据我们的数据表加以比拟我们 选用三角形排列式.管心距t为相邻两管中央线之间的距离,t 一般为加热管外径的1.251.5倍,目前在换热器设计中,管心距的数据已经标准化,只要确定管子规格,相应的管心距那么是定值.我们选用的设计管心距是：t = 70mm加热室内径和加热管数采用作图法,亦可采用计算的方法.以三角形排列说明计算过程.一根管子在管板上按正三角形排列时所占据的管板面积：式中：a=60； t-管心距,m;当加热管数为n时,在管板上占据的总面积式中：F1-管数为n时在管板上占据的总面积,4板利用系数,4 =0.70.9；当循环管直径为 D时,在管板
10、上占据的总面积为2式中：F2-循环管占据管板的总面积,m ；2t外加热循环管与加热管之间的最小距离,m.设加热室的直径 D0 ,那么：二一2D0 = F1F2 =1.36+0.352=1.712m4由此求得 D 0 =1712mm ,经圆整取 D 0 =1700mm,所以壳体内径为 1700m,厚度为10.0mm.(4)别离室直径与高度确实定而别离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强别离室的直径与高度取决于别离室的体积,度有关.V =别离室体积V的计算式为：3600* :*U式中:V-别离室的体积,m3；W-某效蒸发器的二次蒸汽量,P-某效蒸发器二次蒸汽量,kg/h ；3Kg/m ;U-
11、蒸发体积强度,m3/(m 3*s).即每立方米别离室体积每秒产生的二次蒸汽量.一般用允许值为U=1.11.5m 3/(m3*s)根据由蒸发器工艺计算中得到的各效二次蒸汽量,再从蒸发体积强度 U的数值范围内选取一个值,即可由上式算出别离室的体积.一般说来,各效的二次蒸汽量不相同,其密度也不相同,按上式计算得到的别离室体积也不会相同,通常末效体积最大.为方便起见,各效别离室的尺寸可取一致.别离室体积宜取其中较大者.确定了分n 2V =* D2* H离室的体积,其高度与直径符合4关系,确定高度与直径应考虑一下原那么:(1)别离室的高度与直径之比H/D=12 o对于中央循环管式蒸发器,其别离室一般不能
12、小于1.8m,以保证足够的雾沫别离高度.别离室的直径也不能太少,否那么二次蒸汽流速过大,导致雾沫夹带现象严重.(2)在条件允许的情况下,别离室的直径尽量与加热室相同,这样可使结构简单制造方便.(3)高度和直径都适于施工现场的安放.现取别离室中U=1.2m 3/ ( m3*s);取别离室的高度 H=5.4m那么 D=3.6m(5)接管尺寸确实定流体进出口的内径按下式计算4Vs- Ud 二式中Vs-流体的体积流量m3/s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.取流体的流速为1.0m/s,所以取4)57X3.5mm规格管.四、蒸发装置的辅助设备蒸发操作时,二次蒸汽中夹
13、带大量的液体,虽在别离室得到初步的别离,但是为了预防损失有用的产品或预防污染冷凝液,还需设置气液别离器,以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽别离,故气液别离 器或除沫器.其类型很多,我们选择惯性式除沫器,起工作原理是利用带有液滴的二次蒸汽在忽然改变 运动方向时,液滴因惯性作用而与蒸汽别离.取流体的流速为45m/s在惯性式别离器的主要尺寸可按以下关系确定：Do=Di ；Di： D2： D3=1 ： 1.5: 2H=D 3h=0.40.5D 1Do二次蒸汽的管径,mDi除沫器内管的直径,mD2 除沫器外管的直径, mD3 除沫器外壳的直径, mH除沫器的总高度,mh除沫器内管顶部与器顶的距离, m-0
14、.305m那么取相近标准管子4)299X7.5mm,那么D _ 4V_ _4 316240 一 二 u -二 3600 2.667 3.14 45D0=299mmD 1=299mmD 2=448.5mmD 3=598mmH=598mmh=135mm选取二次蒸汽流出管：4)299X7.5mm除雾器内管：4)530X9.0mm除雾器外罩管：6 630X9.0mm效数1加热蒸汽温度(C)151.7操作压强P/ ( Kpa)500溶液沸点t (C)60完成液浓度(%)50蒸发水量W (Kg/h)31624生蒸7量D ( Kg/h )传热面积S (m2)加热管规格457*3.5别离室直径(mm)3600
15、加热管、循环管长度(mm)3000溶液进出口规格457*3.5加热室规格别离室高度mm加热管数根除雾器内管规格4)530X9.0mm二次蒸汽流出管规格4)299X7.5mm六、课程设计心得时光荏苒,白驹过隙.转眼间,为期两周的食品工程原理课程设计就已经接近尾声了.回首望去, 心情格外的开阔,感慨颇多.我忘不了和老师以及同学们一起度过的日日夜夜,忘不了我们组的几个人 由于一个数据的来源而吵的面红耳赤,更忘不了看到一个个成果的喜悦首先,要感谢老师能给我们提供一个进行实践锻炼的舞台.以前我们学过的知识只不过是纸上谈兵,而食品工程原理课程设计却是以门综合性课程,它不仅要求我们对化工设计有根底的了解,而
16、且还要对 化工原理、化工机械根底、化工热力学等一系列知识能够进行综合的运用,同时也对计算机软件的应用 水平提出了较高的要求.这次设计,我不仅稳固了食品工程原理及相关知识,而且增强了团队的协作精神,同时也磨炼了意 志.相信这次课程设计会让我们更加注意理论与实践的结合,成为我们人生中一笔珍贵的财富！七、参考文献：1 .柴城敬,刘国维,李阿娜,编 .?化工原理课程设计?.天津科学技术出版社.2 .崔鹏,魏凤玉,编.?化工原理?,合肥工业大学出版社.3 .国家医药治理局上海医药设计院编.?化工工艺设计手册?上册,第一版修订,化学工业出版社.4 .时均,汪家鼎,余国琮,陈敏恒主编.?化学工程手册?第二版,上册第九篇蒸发,.化学工业出版社.5 .时钧,汪家鼎,余国综,陈敏恒.化学工程,第二版上卷,化学工业出版社,1996.6 .梁虎,王黎,朱平.多效蒸发系统优化设计研究 .化学工程,1997.1987.7 .华南工学院化工原理教研组 .化工过程设备设计.华南工学院出版社,