單效降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)

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： 年 月 日目 錄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) 循環(huán)管的選擇3.1.3 加熱室直徑的確定 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進(jìn)料方式的確定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

2、蒸汽冷凝器 5.結(jié)語致謝附表參考文獻(xiàn) 任務(wù)書一、設(shè)計(jì)意義二、蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算（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)

3、和有效總溫差。根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(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。（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()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：有效總溫度差 式中 -有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，。-第一效加熱蒸氣的溫度，。-冷凝器操作壓強(qiáng)下二次蒸氣的飽

4、和溫度，。-總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和， =/+/+/式中 /- 由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，/-由于蒸發(fā)器溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，/-由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降而引起的溫度差損失，由于溶液的蒸汽壓下降所引起的溫度差損失則 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(zhǎng)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

5、壓強(qiáng)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=2.37由手冊(cè)可查得500KPa飽和蒸汽壓的溫度為151.7，汽化熱為2113.2KJ/kg（3）加熱蒸汽消耗量的計(jì)算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：H-加熱蒸汽的焓，kJ/kg;-二次蒸汽的焓，kJ/kg;-原料液的焓，kJ/kg;-完成液的焓，kJ/kg; - 加熱室排除冷凝液的焓，kJ/kg;Q -蒸發(fā)器的熱負(fù)荷或傳熱速率，kJ/kg;-熱損失，可取Q的某一百分?jǐn)?shù)，kJ;-分別為原料、完成液的比熱，kJ(/kg. ).考慮溶液濃縮不大，將取下飽和蒸汽的焓，則式中分別為加

6、熱蒸汽和二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg.不計(jì)熱量損失，則（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，W。 K-傳熱系數(shù)，W/（m2·）. -傳熱溫度差， S-傳熱面積，m2降膜式蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為12003500 W/（m2·），取K=2000 W/（m2·）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()151.7操作壓強(qiáng)Pi/ (KPa)500溶液沸點(diǎn)ti（）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

7、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)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(zhǎng)度一般為0.62m，但也有選用2m以上的管子。管子長(zhǎng)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，可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長(zhǎng)度初步估計(jì)所需的管子數(shù)n，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(zhǎng)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

8、計(jì)算n時(shí)的管長(zhǎng)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)ai按進(jìn)口條件算。桃汁的粘度取=0.7*10-3Pa·S（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1.25 1.5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)的管心距則是定值。我們選用的設(shè)計(jì)管心距是： 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

9、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： 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：F1-管數(shù)為n時(shí)在管板上占據(jù)的總面積， 管板利用系數(shù)，；當(dāng)循環(huán)管直徑為D時(shí)，在管板上占據(jù)的總面積為 式中：F2-循環(huán)管占據(jù)管板的總面積， ； 2t外加熱循環(huán)管與加熱管之間的最小距離，m. 設(shè)加熱室的直徑，則： =1.36+0.352=1.712m由此求得D=1712mm，經(jīng)圓整取D=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

10、蒸發(fā)體積強(qiáng)度有關(guān)。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)算中得到的各效二次蒸汽量，再從蒸發(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。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大者。確定了分離室的體積，其高度與直徑符合

11、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(jiǎn)單制造方便。（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）；取分離室的高度H=5.4m則D=3.6m（5）接管尺寸的確定流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計(jì)算式中 -流體的體積流量 m3/s U-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

12、為1.0m/s，所以取57X3.5mm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=1：1.5：2 H=D3 h=0.40.5D1D0-二次蒸汽的管徑，m D1-除沫器內(nèi)管的直徑，mD2-除沫器外管的直徑，mD3-

13、除沫器外殼的直徑，m H-除沫器的總高度，mh-除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子299X7.5mm，則D0=299mm D1=299mm D2=448.5mm D3=598mm H=598mm h=135mm選取二次蒸汽流出管： 299X7.5mm 除霧器內(nèi)管： 530X9.0mm 除霧器外罩管：630X9.0mm 五、工藝計(jì)算匯總表效數(shù)1加熱蒸汽溫度（）151.7操作壓強(qiáng)P/ （Kpa）500溶液沸點(diǎn)t（）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57*3.5分離室直徑（mm）3600加熱管、循環(huán)管長(zhǎng)度（mm

14、）3000溶液進(jìn)出口規(guī)格57*3.5加熱室規(guī)格分離室高度(mm)加熱管數(shù)（根）除霧器內(nèi)管規(guī)格 530X9.0mm二次蒸汽流出管規(guī)格299X7.5mm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ィ那楦裢獾拈_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.2. 崔鵬，魏