单效降膜式蒸发器的设计概要.docx

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：年月日名目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2.22.3热量衡算传热面积计算2.4 计算结果列表3. 蒸发器主体工艺设计加热管的选择和管数的初步估量3.13.1.1 加热管的选择和管数的初步估量3.1.2 循环管的选择3.1.3 加热室直径确实定3.1.4 分别室直径与高度确实定3.2 接收尺寸确实定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. 蒸发装置的关心设备4.1 气液分别器4.25. 结语致谢蒸汽冷凝器附表 参考文献、设计意义、蒸发工艺设计计算 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承受试算法。依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。依据生产阅历数据， 初步估量各效蒸发量和各效完成液的浓度。依据阅历假设蒸气通过各效的压强降相等， 估算个效溶液沸点和有效总温差。依据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。依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， 则应按下面介绍的方法重安排有效温度差，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。F8*104 *10 3 *0.5300*24*0.1342735kg / hX 13%X21 3 %蒸发水量： W F*10 42735*1 31624kg/ hX5 0 %2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温度汽化热 kJ/kg加热蒸汽500151.72113.2二次蒸汽206023551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 t (T T K )式中 t有效总温度差，为各效有效温度差之和，。T1第一效加热蒸气的温度，。T K冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度，。- 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，=/+/+ /式中/- 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，/-由于蒸发器溶液的静压强而引起的温度差损失，/ - 由于管道流体阻力产生压强降而引起的温度差损失， 由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失T 2 (273.2 60)2f 0.0162 0.0162 0.764 r 23551” 0.764*1.82 1.370C 由于溶液静压强所因引起的温度差损失由于本设计承受降膜式蒸发器，无静液压效应，所以 =0 由阅历不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失二次蒸汽由分别器到冷凝器的流淌中，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” 。 ”受管道长度、直径和保温状况等影响。计算时，取 =0.51.5K 。本设计取 ” =1.0K依据以估算的二次蒸汽压强 t1 及温度差损失，即可由下式估算溶液各效溶液的沸点以总的温度差损失为t，所= + +/ ”=1.37+1=2.37由手册可查得 500KPa 饱和蒸汽压的温度为 151.7，汽化热为 2113.2KJ/kgtm Ts T1151.7 60 2.37 89.33 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：DH Fh0 WH F Wh1 Dhc Ql 式中：H 加热蒸汽的焓， kJ/kg; H ”二次蒸汽的焓， kJ/kg;h0 - 原料液的焓， kJ/kg;h1完成液的焓， kJ/kg;热损失，可取 Q 的某一百分数， kJ;hc加热室排解冷凝液的焓， kJ/kg; Q - 蒸发器的热负荷或传热速率， kJ/kg;c ,c1 - 分别为原料、完成液的比热， kJ/kg. .0考虑溶液浓缩不大，将H ” 取t1 下饱和蒸汽的焓，则DFC0(t1 t0 ) Wrv QLrs式中 rs,rv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，则FC0 (t1 t0) Wrv 31624*2355 42735*3.75*(60 25) Dr2113.5s4蒸发器的传热面积的计算传热面积方程为SQ37896.8kg / ht式中 Q- 换热热流量，W。K- 传热系数， W/m2.·t - 传热温度差，Q Dr2S - 传热面积， m2s37896.8*2113.2*10 3 /3600 2.225*107Wtm 89.33降膜式蒸发器的总传热系数为 12003500 W/ m2·，取K=2023 W/ m2·为安全计取 s=124*1.18=146m计算结果列表：Q2.225*107mK t2023*89.33124(m2 )加热蒸汽温度 151.7操作压强 Pi/ KPa500溶液沸点 ti60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 Sim2146三、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量 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。 管子长度的选择应依据溶液结垢 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 用短管。依据我们的设计任务和溶液性质，我们选用以下的管子。可依据阅历我们选取： L=3m ， 57 3.5mm可以依据加热管的规格与长度初步估量所需的管子数n”，S 146281 根3式中：d0 (L 0.1) 3.14 57 10 3(3 0.1)S -蒸发器的传热面积， m2 ，由前面的工艺计算打算优化后的面积 ；d0 - 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，则计算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 L =0.7*10 -3Pa·SL384iLd n3.14*0.05*281*0.7*10 3 *360042735( 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列方式有三角形排列、正方形排列、同心圆排列。依据我们的数据表加以比较我们选用三角形排列式。管心距 t 为相邻两管中心线之间的距离， t 一般为加热管外径的 1.25 1.5 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，相应的管心距则是定值。我们选用的设 计管心距是： t 70mm加热室内径和加热管数承受作图法，亦可承受计算的方法。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：Fmp t2s2in2a 0.886t 2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nFFmp281 0.866 (70 10 3)211.36m21 0.9 式中： F1- 管数为 n 时在管板上占据的总面积，管板利用系数， =0.7-0.9； 当循环管直径为 D1时，在管板上占据的总面积为2 3 3F(D1 2t)2 3.14 (530 10 3 2 70 10 3)20.3522 m2 4 42式中： F2-循环管占据管板的总面积，m 2；2t外加热循环管与加热管之间的最小距离，m.D设加热室的直径0 ，则：D F2F =1.36+0.352=1.712m4012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分别室直径与高度确实定分别室的直径与高度取决于分别室的体积， 体积强而分别室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发度有关。分别室体积 V 的计算式为： 式中:W 3600* *UV - 分别室的体积， m3；W - 某效蒸发器的二次蒸汽量， kg/h； P - 某效蒸发器二次蒸汽量， Kg/m 3； U - 蒸发体积强度， m3/m 3*s.即每立方米分别室体积每秒产生的二次蒸汽量。一般用允许值为 依据由蒸发器工艺计算中得到的各效二次蒸汽量，再从蒸发体积强度值，即可由上式算出分别室的体积。U=1.11.5 m 3/m3*sU 的数值范围内选取一个一般说来，各效的二次蒸汽量不一样，其密度也不一样，按上式计算得到的分别室体积也不 会一样，通常末效体积最大。为便利起见，各效分别室的尺寸可取全都。分别室体积宜取其中较V* D2*2H大者。确定了分别室的体积，其高度与直径符合4 关系，确定高度与直径应考虑一下原则： 1分别室的高度与直径之比H/D=12 。对于中心循环管式蒸发器，其分别室一般不能小于1.8m，以保证足够的雾沫分别高度。分别室的直径也不能太少，否则二次蒸汽流速过大，导致雾 沫夹带现象严重。2） 在条件允许的状况下，分别室的直径尽量与加热室一样，这样可使构造简洁制造便利。3） 高度和直径都适于施工现场的安放。现取分别室中U=1.2m 3/ m3*s；取分别室的高度 H=5.4m则 D=3.6mW 3600 U316243600 0.131 1.256m35接收尺寸确实定流体进出口的内径按下式计算式中 s-流体的体积流量 m3/sU- 流体的适宜流速 m/s ，0D4Vu4 427353600 1150 3.14 1.00.057m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 57X3.5mm 规格管。四、蒸发装置的关心设备 蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分别室得到初步的分别，但是为了防止损失 有用的产品或防止污染冷凝液， 还需设置气液分别器， 以使雾沫中的液体聚拢并与二次蒸汽分别，故气液分别器或除沫器。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 次蒸汽在突然转变运动方向时，液滴因惯性作用而与蒸汽分别。取流体的流速为 45m/s 在惯性式分别器的主要尺寸可按以下关系确定：D0=D 1；D1：D2：D3=1：1.5：2D 0- 二次蒸汽的管径， mD1 - 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=D 3h=0.40.5D 1h- 除沫器内管顶部与器顶的距离， m4V 4 31624D0u 3600 2.667 3.14 450.305m则取相近标准管子299X7.5mm，则D 0=299mm D1=299mmD 2=448.5mm选取二次蒸汽流出管：299X7.5mmD 3=598mmH=598mmh=135mm除雾器内管： 530X9.0mm 除雾器外罩管： 630X9.0mm五、工艺计算汇总表效数1加热蒸汽温度151.7操作压强 P/ Kpa 溶液沸点 t50060完成液浓度 %50蒸发水量 W Kg/h 31624生蒸汽量 D Kg/h 传热面积 S m2 加热管规格57*3.5分别室直径 mm3600加热管、循环管长度 mm 3000溶液进出口规格57*3.5加热室规格分别室高度 mm加热管数根除雾器内管规格530X9.0mm二次蒸汽流出管规格299X7.5mm六、课程设计心得 时间荏苒，白驹过隙。转瞬间，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。我忘不了和教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，要感谢教师能给我们供给一个进展实践熬炼的舞台。以前我们学过的学问只不过是纸 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，而且还要对化工原理、化工机械根底、化工热力学等一系列学问能够进展综合的运用，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学问，而且增加了团队的协作精神，同时也磨 炼了意志。信任这次课程设计会让我们更加留意理论与实践的结合，成为我们人生中一笔贵重的 财宝！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 .化学工程手册其次版，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，其次版上卷 ，化学工业出版社，6. 梁虎，王黎，朱平 .多效蒸发系统优化设计争论 .化学工程， 1997.7. 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， 1987.1996.