1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書單效降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)老師：1 .前言1.1概述1.2蒸發(fā)器選型2 .單效蒸發(fā)工藝計(jì)算2.1物料衡算2.2熱量衡算2.3傳熱面積計(jì)算2.4計(jì)算結(jié)果列表3 .蒸發(fā)器主體工藝設(shè)計(jì)3.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)3.1.1加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)3.1.2循環(huán)管的選擇3.1.3加熱室直徑的確定3.1.4分離室直徑與高度的確定3.2接管尺寸的確定3.3進(jìn)料方式及加熱管排布方式的確定3.3.1 進(jìn)料方式的確定3.3.2 加熱管排布方式的確定3.4儀表、視鏡與人孔的確定3.5蒸發(fā)器主要部件規(guī)格列表4 .蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備4.1氣液分離器4.2蒸汽冷凝器

2、5 .結(jié)語致謝附表參考文獻(xiàn)任務(wù)書、設(shè)計(jì)意義（1）蒸濃液濃度計(jì)算多效蒸發(fā)的工藝計(jì)算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)目有：加熱蒸氣（生蒸氣）的消耗量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計(jì)算的已知參數(shù)有：料液的流量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸氣的壓強(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟多效蒸發(fā)的計(jì)算一般采用試算法。根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)）蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸氣通過各效的壓強(qiáng)降相等，估算個(gè)效溶液沸點(diǎn)和有效總溫差。根據(jù)蒸發(fā)器的燃衡算，求

3、各效的蒸發(fā)量和傳熱量。根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，則應(yīng)按下面介紹的方法重新分配有效溫度差，重復(fù)步驟至，直到所求得各效傳熱面積相等（或滿足預(yù)先給出的精度要求）為止。8*104*103*0.5300*24*0.13蒸發(fā)水量：WF*(1L)42735*(1X250%（2）溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定由二次蒸汽壓強(qiáng)從手冊(cè)中查得相應(yīng)的二次蒸汽溫度和汽化潛熱列與下表中:蒸汽壓力（KPa）溫度（C）汽化熱（kJ/kg）加熱蒸汽500151.72113.2二次蒸汽20602355單效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計(jì)算:42735kg/h單效藕發(fā)II示意啕31624kg/h有

4、效總溫度差t(T1T/K)式中t-有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，C。工-第一效加熱蒸氣的溫度，C。T/1K-冷凝器操作壓強(qiáng)下二次蒸氣的飽和溫度，C?？偟臏囟炔顡p失，為各效溫度差損失之和，C,=/+/式中/-由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，C,-由于蒸發(fā)器溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，C,/-由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降而引起的溫度差損失，C,由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失則,T2(273.260)2f0.01620.0162-0.764r2355,10.764*1.821.370C由于溶液靜壓強(qiáng)所因引起的溫度差損失由于本設(shè)計(jì)采用降膜式蒸發(fā)器，無靜液壓效應(yīng)，所以=0由經(jīng)驗(yàn)不

5、計(jì)流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失二次蒸汽由分離器到冷凝器的流動(dòng)中，在管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生阻力損失，也可能會(huì)散失熱量了，這，,，些能量消耗造成的溫度損失，記作。受管道長度、直徑和保溫情況等影響。計(jì)算時(shí)，一般，取=0.51.5K。，本設(shè)計(jì)取=1.0K根據(jù)以估算的二次蒸汽壓強(qiáng)t1及溫度差損失,即可由下式估算溶液各效溶液的沸點(diǎn)t,所以總的溫度差損失為/=+=1.37+1=2.37C由手冊(cè)可查得500KPa飽和蒸汽壓的溫度為151.7C,汽化熱為2113.2KJ/kgtmTsT1151.7602.3789.33C(3)加熱蒸汽消耗量的計(jì)算H加熱蒸汽的烙，kJ/kg;H-二次蒸汽的烙，kJ/kg;h0原料液的

6、始，kJ/kg;h1元成披的次含，kJ/kg;S傳熱面積,tm89.33C降膜式蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為12003500W/(m2.C),取K=2000W/(m2：C)t-傳熱溫度差，Chc加熱室排除冷凝液的烙,kJ/kg;蒸發(fā)器的熱負(fù)荷或傳熱速率,kJ/kg;QL熱損失，可取Q的某一百分?jǐn)?shù)，kJ;C0,C1分別為原料、完成液的比熱，kJ(/kg.C).考慮溶液濃縮不大，將H取下飽和蒸汽的崎，則DFC(t1t。)WrvQLPs式中Ps，rv分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg.不計(jì)熱量損失，則FCo(t1to)Wrv31624*235542735*3.75*(602113.537896.

7、8kg/h(4)蒸發(fā)器的傳熱面積的計(jì)算傳熱面積方程為式中Q-換熱熱流量,WoW/(m2；c).QDrs37896.8*2113.2*103/36002.225*107W加熱蒸汽量可通過熱量衡算求得，對(duì)圖1做熱量衡算:式中:DHFh0WH(FW)DhcQl為安全計(jì)取s=124*1.18=146m2計(jì)算結(jié)果列表:加熱蒸汽溫度(C)151.7操作壓強(qiáng)Pi/(KPa)500溶液沸點(diǎn)ti(C)60完成液濃度()50蒸發(fā)水量Wi(Kg/h)31624生蒸汽量D(Kg/h)37896.8傳熱面積Si(m2)146三、蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算我們選取的單效外熱式循環(huán)管式蒸發(fā)器的計(jì)算方法如下。(1)加熱管的選擇和管數(shù)

8、的初步估計(jì)蒸發(fā)器的加熱管通常選用38*2.5mm無縫鋼管。加熱管的長度一般為0.62m,但也有選用2m以上的管子。管子長度的選擇應(yīng)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)我們的設(shè)計(jì)任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)我們選?。篖=3m,5735mm可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長度初步估計(jì)所需的管子數(shù)n,n3d0(L0.1)3,145710(30.1)式中:S-蒸發(fā)器的傳熱面積，m2,由前面的工藝計(jì)算決定(優(yōu)化后的面積)d0-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(jì)算n時(shí)的管

9、長應(yīng)用(L-0.1)m.(2)復(fù)核總傳熱系數(shù)館內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)a按進(jìn)口條件算。桃汁的粘度取L=0.7*10-3PaS2.225*1072000*89.33124(m2)146281(根)dnL3.14*0.05*281*0.7*10(3)加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管和循環(huán)管的規(guī)格、數(shù)目及在管板撒謊能夠的排列方式。加熱管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圓排列。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)表加以比較我們選用三角形排列式。管心距t為相鄰兩管中心線之間的距離，t一般為加熱管外徑的1.251.5倍，目前在換熱器設(shè)計(jì)中， 管心距的數(shù)據(jù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化， 只要確定管子規(guī)格， 相應(yīng)的管心距則

10、是定值。 我們選用的設(shè)計(jì)管心距是：t70mm加熱室內(nèi)徑和加熱管數(shù)采用作圖法，亦可采用計(jì)算的方法。以三角形排列說明計(jì)算過程。一根管子在管板上按正三角形排列時(shí)所占據(jù)的管板面積:_2_2Fmptsina0.886t式中：a=60;t-管心距，m;當(dāng)加熱管數(shù)為n時(shí)，在管板上占據(jù)的總面積式中：FI-管數(shù)為n時(shí)在管板上占據(jù)的總面積，4一管板利用系數(shù)，。=0.719;當(dāng)循環(huán)管直徑為D1時(shí)，在管板上占據(jù)的總面積為_233(D12t)3.14(5301027010)200.352m44427353384*3600FInFmp322810.866(7010)0.91.36m2F2設(shè)加熱室的直徑Do,則:D02F1

11、F2=1.36+0.352=1.712m4由此求得Do=1712mm,經(jīng)圓整取Do=1700mm,所以殼體內(nèi)徑為1700m,厚度為10.0mm.(4)分離室直徑與高度的確定分離室的直徑與高度取決于分離室的體積，而分離室的體積又與二次蒸汽的體積流量及蒸發(fā)體積強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積V的計(jì)算式為：3600*U式中：V-分離室的體積，m3；W-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h;P-某效蒸發(fā)器二次蒸汽量，Kg/m3;U-蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/(m3*s).即每立方米分離室體積每秒產(chǎn)生的二次蒸汽量。一般用允許值為U=1.11.5m3/(m3*s)根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計(jì)算中得到的各效二次蒸汽量，再從蒸發(fā)體積強(qiáng)度U的

12、數(shù)值范圍內(nèi)選取一個(gè)值，即可由上式算出分離室的體積。一般說來，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也不相同，按上式計(jì)算得到的分離室體積也不會(huì)相同，通常末效體積最大。為方便起見，各效分離室的尺寸可取一致。分離室體積宜取其中較_2V-*D*H大者。確定了分離室的體積，其高度與直徑符合4關(guān)系，確定高度與直徑應(yīng)考慮一下原則:(1)分離室的高度與直徑之比H/D=12。對(duì)于中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其分離室一般不能小于1.8m,以保證足夠的霧沫分離高度。分離室的直徑也不能太少，否則二次蒸汽流速過大，導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。(2)在條件允許的情況下，分離室的直徑盡量與加熱室相同，這樣可使結(jié)構(gòu)簡單制造方便。(3)高度和直徑都

13、適于施工現(xiàn)場的安放?，F(xiàn)取分離室中U=1.2m3/(m3*s);取分離室的高度H=5.4m則D=3.6m(5)接管尺寸的確定2t-外加熱循環(huán)管與加熱管之間的最小距離,m.W3600U3162436000.1311.256m3流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計(jì)算式中Vs-流體的體積流量m3/sU流體的適宜流速m/s,估算出內(nèi)徑后，應(yīng)從管規(guī)格表格中選用相近的標(biāo)準(zhǔn)管。取流體的流速為1.0m/s,Do4V442735u360011503.141.00.057m所以取657X3.5mm規(guī)格管。四、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備蒸發(fā)操作時(shí)，二次蒸汽中夾帶大量的液體，雖在分離室得到初步的分離，但是為了防止損失有用的產(chǎn)品或防止污染冷

14、凝液，還需設(shè)置氣液分離器，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽分離,故氣液分離器或除沫器。其類型很多，我們選擇慣性式除沫器，起工作原理是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。取流體的流速為45m/s在慣性式分離器的主要尺寸可按下列關(guān)系確定：D0=D1;D1:D2:D3=1:1.5:2H=D3D0二次蒸汽白管徑，mD1除沫器內(nèi)管的直徑，mD2除沫器外管的直徑，mD3除沫器外殼的直徑，mH除沫器的總高度，mh=0.40.5D1h除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m4V-4-31624D0:0.305mVu36002.6673.1445則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子6299X7.5mm,則

15、D0=299mmD1=299mmD2=448.5mmD3=598mmH=598mmh=135mm選取二次蒸汽流出管：6299X7.5mm除霧器內(nèi)管：6530X9.0mm除霧器外罩管：6630X9.0mm五、工藝計(jì)算匯總表效數(shù)1加熱蒸汽溫度(C)151.7操作壓強(qiáng)P(Kpa)500溶液沸點(diǎn)t(C)60完成液濃度()50蒸發(fā)水量W(Kg/h)31624生蒸汽量D(Kg/h)傳熱面積S(m2)加熱管規(guī)格657*3.5分離室直徑(mm)3600加熱管、循環(huán)管長度(mm)3000溶液進(jìn)出口規(guī)格657*3.5加熱室規(guī)格分離室圖度(mm)加熱管數(shù)(根)除霧器內(nèi)管規(guī)格6530X9.0mm二次蒸汽流出管規(guī)格62

16、99X7.5mm六、課程設(shè)計(jì)心得時(shí)光荏苒，白駒過隙。轉(zhuǎn)眼間，為期兩周的食品工程原理課程設(shè)計(jì)就已經(jīng)接近尾聲了?；厥淄?，心情格外的開闊，感慨頗多。我忘不了和老師以及同學(xué)們一起度過的日日夜夜，忘不了我們組的幾個(gè)人因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)的來源而吵的面紅耳赤，更忘不了看到一個(gè)個(gè)成果的喜悅首先，要感謝老師能給我們提供一個(gè)進(jìn)行實(shí)踐鍛煉的舞臺(tái)。以前我們學(xué)過的知識(shí)只不過是紙上談兵，而食品工程原理課程設(shè)計(jì)卻是以門綜合性課程，它不僅要求我們對(duì)化工設(shè)計(jì)有基礎(chǔ)的了解，而且還要對(duì)化工原理、化工機(jī)械基礎(chǔ)、化工熱力學(xué)等一系列知識(shí)能夠進(jìn)行綜合的運(yùn)用，同時(shí)也對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用水平提出了較高的要求。這次設(shè)計(jì)，我不僅鞏固了食品工程原理及相關(guān)知識(shí)，而且增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神，同時(shí)也磨煉了意志。相信這次課程設(shè)計(jì)會(huì)讓我們更加注意理論與實(shí)踐的結(jié)合，成為我們?nèi)松幸还P寶貴的財(cái)富！七、參考文獻(xiàn)：1,柴城敬，劉國維，李阿娜，編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津科學(xué)技術(shù)出版社.崔鵬，魏