食品工程原理課程設計——蒸發(fā)器的設計副本

1、課 程 設 計授課時間：20122013年度 第 2學期題 目： 雙效并流降膜式蒸發(fā)器設計 課程名稱： 化工原理課程設計 專業(yè)年級： 食品科學與工程2010級 學 號： 1005100220 姓名： 王鵬 指導教師： 謝毅 黃麗 2013年7月11 日目錄第1章 設計方案簡介- 2 -第2章 工藝流程圖及說明- 3 -第3章 工藝計算及主體設備選型；- 3 -3.1 估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度- 3 -3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積估算- 7 -4·2接管尺寸的確定- 9 -4·2·1溶液進出口- 9 -4·2·2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口- 10

2、-4·2·3冷凝水出口- 10 -第5章 蒸發(fā)裝置的輔助設備- 10 -5·1氣液分離器- 10 -5·2蒸汽冷凝器- 11 -5·2·1由計算可知,進入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計算得到冷凝器的直徑D- 11 -第6章 參考文獻- 16 -第7章 設計評述- 16 -課程名稱： 化工原理課程設計 填寫時間：_2011_年_12_月_2_日課程設計任務設計題目：雙效并流蒸發(fā)器設計設計條件：采用雙效并流加料將11 %的果汁濃縮到46 %。蒸發(fā)能力： 18000 kg/h；第I效的加熱蒸汽壓力：67.48kPa(絕壓)；冷凝器的絕壓為：

3、8.173 kPa；第I效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：1100 W/(m2·K)；第II效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：850 W/(m2·K)設計內(nèi)容：計算蒸發(fā)器的傳熱面積設計的基本要求、任務、研究的問題通過課程設計，要求學生能綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通、獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工單元操作的設計任務，從而得到化工工程設計的初步訓練。完成設計方案的簡介、蒸發(fā)工藝設計計算、繪制工藝流程圖設 計進 度安 排1月3日，布置任務，查閱、收集相關(guān)設計資料、參考文獻等；4月7日，完成設計計算；8月11日，完成設計說明書。 第1章 設計方案簡介化工原理課程設計要求我們綜合

4、運用化工原理、化工設備機械基礎、化工儀表自動化等課程及有關(guān)先修課程所學知識，完成以化工單元操作為主的一次工程設計，主要內(nèi)容包括化工工藝設計和化工設備結(jié)構(gòu)設計。從而對我們進行一次設計技能的基本訓練，培養(yǎng)學生綜合運用所學的書本知識解決實際問題的能力。通過課程設計，要求能夠綜合運用本課程和前修課程的基本知識進行融會貫通，并在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設計任務，從而得到化工工程設計的初步訓練。蒸發(fā)操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強（或溫度），冷凝器的操作壓強（或溫度）的確定，正確選擇蒸發(fā)的操作條件，對保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。本課程設計是雙效并流設計。第2章 工藝流程圖及說明第3章 工藝計

5、算及主體設備選型；3.1 估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度每小時水分蒸發(fā)量： （常用化工單元設備設計153頁） kg/h式中原料處理量，kg/h；x0進效蒸發(fā)器料液的濃度，質(zhì)量百分比；x2出效蒸發(fā)器料夜的濃度，質(zhì)量百分比；W水分蒸發(fā)量kg/h；由常用化工單元設備設計 P153取W1:W2=1:1.1故 W1=6521.739 (kg/h)W2=18000-6521.739=7173.913(kg/h)其中，W1第效的蒸發(fā)量，kg/hW2第效的蒸發(fā)量，kg/h效二次蒸汽濃度=17.25%有關(guān)參數(shù)（1） 原料液總量：18000 kg/h（2） 進料： =11% =89 出料： =46% =41.4來自食

6、品工程原理741頁飽和水蒸汽表二次蒸汽的熱參數(shù)值如下表壓力(kPa)T()汽化潛熱(kg)效加熱蒸汽P=67.48=89 =2282.845效二次蒸汽P=29.81169=2333.054效加熱蒸汽P=28.536 =68=2335.565效二次蒸汽P=8.173=42冷凝處蒸汽P=7.752=41.3.2 估計各效溶液的沸點和有效總溫度差 式中：溫度差損失， 操作壓強下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高， 液層靜壓引起的溫度差損失，管路流動阻力引起的溫度差， 常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高， 校正系數(shù)，無因次，其經(jīng)驗計算式為： 式中：操作壓強下二次蒸汽的溫度， 操作壓強下二次蒸汽的

7、汽化潛熱，kJ/kg 式中：溶液內(nèi)部平均壓強，Pa 液面上方的壓強，Pa 溶液液層高度，m （該題設其液層高度為6m）溶液密度，kg/ m3 常壓下，11的蔗糖溶液水果原汁沸點變化情況與一般果汁相同故使用內(nèi)插法常溫下果汁沸點升高 () ()由于靜壓強，降膜式蒸發(fā)器：1=2=0() 1 () 兩效果汁的沸點分別為：tt=壓力(kPa)T()汽化潛熱(kJ/kg)效加熱蒸汽P=67.48=89 2282.845效料液P=32.307t=70.118=2329.879效二次蒸汽P=29.81169=2333.054效加熱蒸汽P=28.536 =682335.565效料液P=9.070t=43.992

8、=2392.887效二次蒸汽P=8.173=42冷凝處蒸汽P=7.752=41 .3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算第i效的焓衡算式為：有上式可求得第i效的蒸發(fā)量，若在焓衡算式計入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時，尚需考慮熱利用系數(shù)一般溶液的蒸發(fā)，x（式中x為溶液的濃度變化，以質(zhì)量分率表示）。第i效的蒸發(fā)量的 計算式為式中 -第i效的加熱蒸汽量，kg/h，當無額外蒸汽抽出時= ； -第i效加熱蒸氣的汽化潛熱，kJ/kg ； - 第i效二次蒸氣的汽化潛熱，kJ/kg；-原料液的比熱 ， ； -水的比熱，；，-分別為第i效及第i-1效溶液的沸點，；-第i效的熱利用系數(shù)無因次，對于加熱蒸汽

9、消耗量，可列出各效焓衡算式并與式聯(lián)解而求得。 =0.98 第一效的焓衡量式為: =0.98進料，=3.91kJ/(kg.)， =4.187 kJ/(kg.)，查課本附錄九得=2125.4 kJ/kg,對于沸點進料，= =0.982329.879/2333.054 =0.98 (a) 同理第二效的熱衡算式為:=0.98所以 =0.982392.887/2397.908+(180003.91-4.187)(70.118-43.992)/2397.908=0.933+751.477 (b) 又+=13695.652 (d) 聯(lián)立(a),(b),(c)式,解得:=6696.42kg/h；=6999.2

10、3 kg/h= 6833.08 kg/h3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積估算任意一效的傳熱速率方程為:= 式中 -第i效的傳熱速率，W-第i效的傳熱系數(shù)，W/（m2.） -第i效的傳熱溫度差， -第i效的傳熱面積，m2 在雙效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即 Q1=D1r1=6833.082329.8791000/3600=4.42106WQ2=W1r2=6696.422392.8871000/3600=4.45106W誤差為 誤差很小，在誤差允許范圍之內(nèi),故計算得各效蒸發(fā)面積合理。其各效溶液濃度無明顯變化不必再算?？紤]到各種損失，安全系數(shù)取1.1故S1=1.1S1=1

11、.1 212.80=234.08 m2S2=1.1S2=1.1 218.06=239.87 m2效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度()896742操作壓強Pi/ (KPa)67.4827.3078.173溶液沸點ti70.11843.992完成液濃度(%)17.2546蒸發(fā)水量Wi Kg/h6696.426999.23生蒸汽量D Kg/h6833.08傳熱面積Si m2234.08239.87.第4章.工藝尺寸計算4.1加熱管及加熱室的選擇 加熱管的選擇和管數(shù)確定 根據(jù)常用化工單元設備設計162頁，蒸發(fā)器通常采用38×2.5mm不銹無縫鋼管，根據(jù)設計任務管長L=9 m 當加熱管的規(guī)格和長度確

12、定后，可由下式初步估算所需管子數(shù) 根根式中 S傳熱面積，； 加熱管直徑，m； L管子長度，m 。因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積則計算ni的管長應用（L-0.1）m 加熱室殼體直徑的計算：管心距一般為外徑的1.25-1.5倍，則選用正方形排列，管心距取1.25 38=48mm加熱室內(nèi)和加熱管數(shù)采用作圖法，具體做法是先計算管束中心線上的管數(shù)nc,管子按正方形排列時：nc1=1.19 根 nc2 1.19根 取 式中 D殼體直徑，m； t 管間距，m； nc沿直徑方向排列的管子數(shù) 最外層管中心到殼體內(nèi)壁的距離， 內(nèi)徑根據(jù)常用化工單元設備設計163頁為了工程上安裝方便，取實際內(nèi)徑為

13、1000mm4·2接管尺寸的確定流體進出口的內(nèi)徑按下式計算式中 -流體的體積流量m3/h ；U-流體的適宜流速 m/s ，估算出內(nèi)徑后，應從管規(guī)格表格中選用相近的標準管。4·2·1溶液進出口 于并流加料的三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設備尺寸一致的話，根據(jù)第一效溶液流量確定接管。取流體的流速為0.8m/s；所以取90X2.5mm規(guī)格管。4·2·2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口 各效結(jié)構(gòu)尺寸一致二次蒸汽體積流量應取各效中較大者。取流體的流速為40m/s，所以取610X6.0mm規(guī)格管。4·2·3冷凝水出口 冷凝水的排出一般屬

14、于液體自然流動，接管直徑應由各效加熱蒸氣消耗量較大者確定。取流體的流速為0.1m/s所以取168X4.0mm規(guī)格管。第5章 蒸發(fā)裝置的輔助設備5·1氣液分離器蒸發(fā)操作時，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動方向時，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。取流體的流速為25m/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

15、=0.40.5 D1D0-二次蒸汽的管徑，m D1-除沫器內(nèi)管的直徑，mD2-除沫器外管的直徑，m D3-除沫器外殼的直徑，m H-除沫器的總高度，m h-除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m則取相近標準管子，則 D0=245D1=245mm D2=367.5mm D3=490mm H=490mm h=98mm選取二次蒸汽流出管： 除霧器內(nèi)管： 除霧器外罩管：5·2蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當二次蒸汽為有價值的產(chǎn)品需要回收或會嚴重地污染冷卻水時，應采用間壁式冷卻器。當二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進行熱交換，其冷凝效

16、果好，被廣乏采用?，F(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器：5·2·1由計算可知,進入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計算得到冷凝器的直徑D 取D=377mm 機組號項目效蒸發(fā)器效蒸發(fā)器進料濃度4.5%6.31%進料溫度61.1-進料量kg/h47162047.68二次蒸汽壓力MPa0.0210.008蒸汽溫度61.141.4出料濃度6.31%28%出料量kg/h2047.68716計算結(jié)果匯總表料液處理量，kg/h4716蒸發(fā)水量,kg/h4000產(chǎn)品產(chǎn)量, kg/h716蒸汽用量, kg/h2047.68冷凝水用量，kg/h78700效蒸發(fā)器直徑,m1.6效蒸發(fā)器直徑,m1.8效蒸發(fā)器傳熱

17、面積, m213.68效蒸發(fā)器傳熱面積, m270.56效蒸發(fā)器高度,m3.2效蒸發(fā)器高度，m3.6加熱管尺寸,mm 上循環(huán)管直徑，m0.32下循環(huán)管直徑，m0.52加熱蒸汽進口管徑，mm219效二次蒸汽出口進入效的管徑，mm245效二次蒸汽的出口管徑，mm325分布器旋液式捕集器慣性捕集器冷凝器水噴式冷凝器設備流程及裝備圖（一）設備流程圖（二）一效蒸發(fā)器簡圖（三）慣性捕集器第6章 參考文獻1 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設計M. 天津：天津大學出版社，2002.2 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器M. 重慶：重慶大學出版社，1990.3 魏兆燦. 塔設備設計M. 上海：上?？茖W技術(shù)出版

18、社，1988.4 聶清德編. 化工設備設計M. 北京：化學工業(yè)出版社，1991.5 袁林根. 機械工程手冊（第二版）M. 北京：機械工業(yè)出版社，1997.6 時鈞主編. 化學工程手冊M. 北京：化學工業(yè)出版社，1996.7 匡國柱. 化工單元過程及設備課程設計M. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.8 陳英南，劉玉蘭主編. 常用化工單元設備的設計M. 廣東：華東理工大學，2005.9 任曉光.化工原理課程設計知道.化學工業(yè)出版社第7章 設計評述化工原理是在研究化學工業(yè)共性的基礎上發(fā)展起來的。本課程屬于技術(shù)基礎課程，主要研究化工生產(chǎn)中的物理加工過程，按其操作原理的共性歸納成若干個“單元操作”，研究對象由過程和設備兩部分組成，通過學習本課程不僅使學生掌握如流體輸送、液體攪拌、過濾