真空濃縮設(shè)備的設(shè)計(jì)

1、真空濃縮設(shè)備的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 大學(xué)真空濃縮畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)任務(wù)名稱(chēng)：真空濃縮設(shè)備的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人： 指導(dǎo)教師： 班級(jí)組別：設(shè)計(jì)時(shí)間：2013.4.1-2013.6.5成績(jī):目 錄1、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)22、 設(shè)計(jì)方案的確定33、 方案說(shuō)明44、 物料衡算55、 熱量衡算56、 工藝尺寸計(jì)算97、 附屬設(shè)備尺寸計(jì)算158、 主要技術(shù)參數(shù)179、 計(jì)算結(jié)果匯總1710、設(shè)備流程及裝備圖1811、參考文獻(xiàn)21第1章 真空濃縮裝置設(shè)計(jì)進(jìn)料為2噸/小時(shí)的單效真空濃縮裝置，用于濃縮天然乳膠的生產(chǎn)。已知進(jìn)料濃度為30%，成品濃度為60%，蒸發(fā)器真空度為0.085MPa。加熱蒸汽的壓力為0.143MPa。1.1原始數(shù)據(jù)：1、

2、 原料：濃度為30%的天然乳膠2、 產(chǎn)品：濃度為60%的天然乳膠3、 生產(chǎn)能力：進(jìn)料量二噸每小時(shí)，一天工作10個(gè)小時(shí)4、 熱源：加熱蒸汽為飽和水蒸汽，壓力為0.143MPa。5、 壓力條件：蒸發(fā)器為0.085 MPa的真空度1.2設(shè)計(jì)要求內(nèi)容：1、濃縮方案的確定：蒸發(fā)器的型式、蒸發(fā)操作流程、蒸發(fā)器的效數(shù)等。2、蒸發(fā)工藝的計(jì)算：進(jìn)料量、蒸發(fā)水量、蒸發(fā)消耗量、傳熱面積等。3、蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的計(jì)算：加熱室尺寸、加熱管尺寸及排列、蒸發(fā)室尺寸、接管尺寸等。4、附屬設(shè)備的計(jì)算：冷凝器、真空系統(tǒng)的選用5、流程圖及裝配圖繪制1.3設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；2、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表；蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果及設(shè)備選

3、型情況等；3、蒸發(fā)器流程圖和裝配圖第2章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1蒸發(fā)器的確定選用降膜式蒸發(fā)器。在降膜式蒸發(fā)器內(nèi)，溶液沿加熱管壁呈膜狀流動(dòng)而進(jìn)行傳熱和蒸發(fā)，液膜傳熱熱阻較小，即使在較低的傳熱溫度差(如510)下，傳熱系數(shù)也較大。由于溶液不循環(huán)，在蒸發(fā)器中的停留時(shí)間短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。而且，整個(gè)溶液的濃度，也不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，故由于溶液蒸汽壓降低所引起的溫度差損失就相對(duì)小些。此外，因是膜狀流動(dòng)，故液柱靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失可以略去不計(jì)。所以在相同操作條件下，這種蒸發(fā)器的有效溫度差較大。由于蒸發(fā)管很長(zhǎng)，料液沸騰時(shí)所生成的泡沫極易在管壁上因受熱而破裂，因此降膜蒸發(fā)器又

4、適用于蒸發(fā)易生成泡沫的料液，同時(shí)也適用于蒸發(fā)粘度較大的料液。因?yàn)樘烊蝗槟z粘度大，又是熱敏性物料，所以選擇降膜式蒸發(fā)器。另外降膜式蒸發(fā)器的造價(jià)相對(duì)于其他蒸發(fā)器相對(duì)較低。所以綜合考慮后選擇降膜式蒸發(fā)器。1. 蒸發(fā)器的效數(shù)：?jiǎn)涡д婵照舭l(fā)。雖然知道雙效比單效節(jié)能，但是天然乳膠必須在低溫條件下生產(chǎn)，為了保證質(zhì)量只得選用單效。對(duì)于天然乳膠這種熱敏性較高的物料，采用真空蒸發(fā)降低沸點(diǎn)是有必要的。2. 操作壓力：直接飽和蒸汽加熱，壓力為0.143MPa。3. 輔助設(shè)備：冷凝器用水噴式冷凝器；慣性捕集器第3章 方案說(shuō)明本流程采用直接蒸汽加熱，單效降膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)。使用25水作為冷卻劑，冷凝水出口溫度為40。3.1

5、設(shè)備流程： 1）物料：天然乳膠通過(guò)預(yù)熱管預(yù)熱，然后由頂部液體分布器均勻進(jìn)入加熱管內(nèi)，由上而下靠自身重力拉成薄膜狀，通過(guò)殼層的熱源使其內(nèi)部水分產(chǎn)生蒸發(fā)。料液聚集到傾斜的底部，與蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽一起進(jìn)入分離室。蒸汽從頂部經(jīng)捕集器凈化后吸出，濃縮液流由分離室底部流出，由分離室出來(lái)的物料濃度達(dá)到所要求60。2）加熱蒸汽：效蒸發(fā)與其預(yù)熱管內(nèi)物料的熱能由蒸汽供給。一效二次蒸汽全部進(jìn)入水噴式冷凝器冷卻。3）本流程采用直接蒸汽加熱，單效降膜式蒸發(fā)器。使用25水作為冷卻劑，冷凝水出口溫度為40。真空蒸發(fā)的條件：不斷供給熱量；要維持天然乳膠的沸騰，需要不斷供給熱量。必須順?biāo)倥懦握羝?；如不及時(shí)排除二次蒸汽，又

6、會(huì)凝結(jié)成水回到天然乳膠中去。本操作中將二次蒸汽引入冷凝器冷卻。第4章 物料衡算4.1蒸發(fā)水量的計(jì)算:每小時(shí)處理量： （常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)153頁(yè) 4-2）式中原料處理量，kg/h；x0進(jìn)蒸發(fā)器料液的濃度，質(zhì)量百分比；x1出蒸發(fā)器料夜的濃度，質(zhì)量百分比；W水分蒸發(fā)量kg/h；4.2成品產(chǎn)量：F1=-W=2000-1000=1000 kg/h日處理量：每天10小時(shí)：200010=20 噸/日第5章熱量衡算5.1有關(guān)參數(shù)（1） 總蒸發(fā)量：1000 kg/h（2） 進(jìn)料： =30% =110 出料： =60% =95（3） 真空度分配：蒸發(fā)器： =0.85105 Pa（查得此壓力下飽和蒸汽溫度 =9

7、5）來(lái)自食品工程原理841頁(yè)飽和水蒸汽表二次蒸汽的熱參數(shù)值如下表壓力(Pa)T()比焓(KJ/kg)汽化潛熱(kg)效加熱蒸汽=1.43105=110=2693.4=2232.0效二次蒸汽=0.85105=95=2668.7=2270.95.2加熱蒸汽消耗量的計(jì)算加熱蒸汽用量可通過(guò)熱量衡算求得（查食品工程原理719頁(yè) 11-10）式中： H 加熱蒸汽的焓，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 ;hw 加熱室排出冷凝液的焓，kJ/h ;Q 蒸發(fā)器的熱負(fù)荷或傳熱速率，kJ/h ;QL 熱損失，可取Q的某一百分?jǐn)?shù)，kJ/kg

8、;若原料由預(yù)熱器加熱至沸點(diǎn)后進(jìn)料（沸點(diǎn)進(jìn)料），即t0=t1，并不計(jì)熱損失，則式可寫(xiě)為： 或 式中：D/W稱(chēng)為單位蒸汽消耗量，它表示加熱蒸汽的利用程度，也稱(chēng)蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。 故 由本書(shū)查附錄 得：當(dāng)P=0.1473 MPa(表)時(shí)，T=110，r=2232kJ/kg當(dāng)Pc=85KPa(真空度)時(shí)，Tc95 r2270.9 kJ/kg故 1070.9223295.02270.91000=D kg/h0709.110001070.9=WD5.3傳熱面積的確定（查食品工程原理721頁(yè)） 蒸發(fā)器傳熱量： 有效溫度差： 各類(lèi)蒸發(fā)器傳熱系數(shù)（食品工程原理P722）蒸發(fā)器型式傳熱系數(shù)K（w/ m2k）蒸發(fā)器型式

9、傳熱系數(shù)K（w/ m2k）水平沉浸加熱式6002,300升膜式1,2006,000標(biāo)準(zhǔn)式（自然循環(huán)）6003,000降膜式1,2003,500標(biāo)準(zhǔn)式（強(qiáng)制循環(huán)）1,2006,000懸筐式6003,000外加熱室式（自然循環(huán)）1,2006,000蛇管式3502,300外加熱室式（強(qiáng)制循環(huán)）1,2007,000通過(guò)上表按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)?。航的な?蒸發(fā)器加熱面積：第6章工藝尺寸計(jì)算6.1加熱器的尺寸 根據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)162、164頁(yè)，采用382.5mm不銹鋼管，管長(zhǎng)L=4 m （根）式中 S傳熱面積，； 加熱管直徑，m； L管子長(zhǎng)度，m 。取管間距為1.25的同心圓排列：同心圓數(shù)根數(shù)同心圓直徑16

10、212318425531637在185.8280.8之間的管板內(nèi)，加一根200mm中央抽氣管，所以排列總管數(shù)為130根。蒸發(fā)室加熱面積： 加熱室殼體直徑的計(jì)算： 式中 D殼體直徑，m； t 管間距，m； b 沿直徑方向排列的管子數(shù) e 最外層管中心到殼體內(nèi)壁的距離，取管子在管板上的排列間距： 中心排列管子數(shù)：（根） 內(nèi)徑根據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)163頁(yè) 取外殼壁厚=10mm 外徑 將外徑圓整到700mm6.2蒸發(fā)室直徑的確定蒸發(fā)室： m （參考化工設(shè)計(jì)第19卷第5期 1991年10月25日）式中 蒸發(fā)水量 kg/h 二次蒸汽比體積 二次蒸汽上升速度 查食品工程原理841頁(yè)飽和水蒸氣表并用計(jì)算得

11、95飽和水蒸汽的密度取6.3蒸發(fā)室的截面積F=蒸發(fā)室：F1=0.286.4蒸發(fā)室的高度根據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)163頁(yè)取蒸發(fā)室高徑比H/D=2蒸發(fā)室：6.5循環(huán)管尺寸上循環(huán)管直徑取 下循環(huán)管直徑取 式中 加熱管內(nèi)徑； n加熱管根數(shù)。6.6連接管直徑的確定1、加熱蒸汽進(jìn)口管徑dm dm=式中：Fm進(jìn)口管截面積， Vm加熱蒸汽的比容，m3/kg 根據(jù)加熱蒸汽壓力為0.143Mpa，由食品工程原理飽和水蒸汽表查得 Vm= 1/0.8254=1.2115m3/kg 由食品工廠機(jī)械與設(shè)備得：加熱蒸汽進(jìn)口壓力為3大氣壓，取飽和蒸汽的速度為30米/秒，蒸汽進(jìn)口壓力為1大氣壓，取飽和蒸汽的速度為25米/秒，故

12、本題加熱蒸汽進(jìn)口壓力為1.43大氣壓，取飽和蒸汽的速度為26.075米/秒。 飽和蒸汽速度，26.075m/s 故 由食品工程原理P852：取整后選用，壁厚,內(nèi)截面積為 所以實(shí)際飽和加熱蒸汽的速度：2、二次蒸汽出口的管徑：二次蒸汽出口的溫度為，由食品工程原理841頁(yè)飽和水蒸汽表查得 由食品工廠機(jī)械與設(shè)備在減壓真空狀態(tài)下，管的出口處二次蒸汽速度為100160米/秒，取 v1=100m/s 所以 d1=0.084m取整后選用，壁厚,內(nèi)截面積為的普通無(wú)縫鋼管6.7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)。(參考多效蒸發(fā)的設(shè)計(jì)

13、4.1.4分離室直徑與高度的確定分離室體積V的計(jì)算式為：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=1.11.5 m3/(m3*s)根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計(jì)算中得到的二次蒸汽量，再?gòu)恼舭l(fā)體積強(qiáng)度U的數(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。確定了分離室的體積，其高度與直徑符合關(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。（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(jiǎn)單制造

14、方便。（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場(chǎng)的安放?，F(xiàn)取分離室中U=1.2m3/（m3*s）；。H=2m，D=1m第7章 附屬設(shè)備尺寸計(jì)算7.1選用水噴射式真空冷凝器冷凝器選用水噴射式真空冷凝器，它由噴射器和離心水泵組成，又稱(chēng)水力噴射器，兼有冷凝及抽真空兩種作用。水噴射式真空冷凝器的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配置真空裝置。(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，冷凝器本身沒(méi)有機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部分，不要經(jīng)常檢修。(3)適用于抽吸腐蝕性氣體。(4)安裝高度較低，與濃縮鍋的二次蒸汽排出管水平方向直接連接即可。其工作原理是利用高壓水流，通過(guò)噴嘴噴出，聚合在一個(gè)焦點(diǎn)上，由于噴射的水流速度較高，在周?chē)纬韶?fù)壓區(qū)，

15、水流經(jīng)擴(kuò)散管增壓排出，而在負(fù)壓區(qū)可以不斷地吸入二次蒸汽，經(jīng)導(dǎo)向盤(pán)與冷卻水接觸，冷凝后一起排出。取冷凝水進(jìn)口溫度： =25 出口溫度： = 40冷凝水消耗量： （食品工程原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 1-42） D二次蒸汽量(kg/h)r二次蒸汽潛熱 (J/kg)tH冷卻水進(jìn)口溫度(K)tx冷卻水出口溫度(K)C冷卻水的比熱(JkgK) （由食品工程原理P843可查得）7.2噴嘴數(shù)計(jì)算由蒸發(fā)過(guò)程設(shè)計(jì)P36得到，設(shè)氣室為1個(gè)大氣壓，水室2.5個(gè)大氣壓，噴嘴直徑d=15mm，流量系數(shù)=0.93 通過(guò)一個(gè)噴嘴的水流量故 q=0.933600 =32.24 (m3/h)噴嘴數(shù) N=1.2（個(gè)）取整數(shù)為 N=2個(gè)捕集

16、器選用慣性捕集器，其作用是防止蒸發(fā)過(guò)程形成的細(xì)微液滴被二次蒸汽帶出，對(duì)汽液進(jìn)行分離，以減少物料的損失，同時(shí)避免污染管道及其他蒸發(fā)器的加熱。捕集器的型式很多，可分為慣性型和離心型等類(lèi)型。第8章 主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)組號(hào)項(xiàng)目蒸發(fā)器進(jìn)料濃度25%進(jìn)料溫度50進(jìn)料量kg/h2000二次蒸汽壓力MPa0.143蒸汽溫度110出料濃度60%出料量kg/h1000計(jì)算結(jié)果匯總表料液處理量，kg/h2000蒸發(fā)水量,kg/h1000產(chǎn)品產(chǎn)量, kg/h1000蒸汽用量, kg/h1070.9冷凝水用量，kg/h39960蒸發(fā)器直徑,m0.6蒸發(fā)器傳熱面積, m253.12蒸發(fā)器高度,m1.2加熱管尺寸,mm 上循環(huán)管直徑，m0.12下循環(huán)管直徑，m0.38加熱蒸汽進(jìn)口管徑，mm140二次蒸汽的出口管徑，mm89分布器旋液式捕集器慣性捕集器冷凝器水噴式冷