中央循環(huán)蒸發(fā)器的設計課程設計說明書

1、食品工程原理課程設計說明書中央循環(huán)蒸發(fā)器的設計姓名： 學號： 班級： 一 食品工程原理課程設計任務書一 食品工程原理課程設計任務書2(1)設計課題3(2)設計條件3(3).設計要求3(4).設計意義3(5).主要參考資料3二 設計方案的確定4三 設計計算43.1.總蒸發(fā)水量43.2.加熱面積初算4（1）估算各效濃度4（2）沸點的初算5（3）溫度差的計算5（4）計算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量 6（5）總傳熱系數(shù)k的計算7（6）分配有效溫度差，計算傳熱面積93.3.重算兩效傳熱面積9（1）.第一次重算93.4 計算結(jié)果10四.簡圖12(1)設計課題：番茄汁濃縮工藝裝置的設計計算(2)設計條件

2、： 題目1：番茄汁低溫濃縮工藝裝置的設計設計任務及操作條件生產(chǎn)能力：3110 kg/h原料固形物含量：10%濃縮要求：使固形物質(zhì)量分數(shù)濃縮至36%液加入溫度料：25原料最高許可溫度：58濃縮液經(jīng)冷凝后出口溫度：25加熱介質(zhì)：100的飽和蒸汽。物料平均比熱為3.50 kj/(kgk)，忽略濃縮熱試設計一套雙效中央循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，滿足上述工藝要求。 (3).設計要求：1.設計一套雙效中央循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)（滿足上述工藝要求并包括料液輸送系統(tǒng)，蒸發(fā)系統(tǒng)，冷凝水分離排除系統(tǒng)及真空系統(tǒng)）；2.提交設計計算說明書一份，（應包括目錄、設計計算任務書、設計方案的確定、各系統(tǒng)的設計計算及設備選型、簡略的技術(shù)經(jīng)濟分析、參

3、考文獻資料等。須打?。?；3.工藝布置簡圖一幅（可附在設計計算書上）；4.注意收集、閱讀參考資料，形成設計方案；5.提交日期：2013年12月27日。(4).設計意義中央循環(huán)蒸發(fā)器屬于自然循環(huán)型的蒸發(fā)器。它是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用且歷史悠久的大型蒸發(fā)器，至今在化工、輕工、環(huán)保等行業(yè)中仍被廣泛采用。(5).主要參考資料1. 夏清、陳常貴主編，姚玉英主審，化工原理,天津大學出版社，2005，1 2. 華南理工大學化工原理教研組，化工過程及設備設計,華南理工大學出版社.19953. 化工設備的選擇與工藝設計，中南工業(yè)大學出版社. 19924. 叢德滋等, 化工原理詳解與應用, 化學工業(yè)出版社. 2002，

4、7, 151-1585. 張承翼 李春英，化工工程制圖，化學工業(yè)出版社. 19976. 張桂昭，三效逆流加料蒸發(fā)器的設計，化工設計. 1996（6）：6-107. 蔣迪清等，食品通用機械與設備，華南理工大學出版社，2001，7，111-138. 各類化學工程學報、期刊、化工設備手冊及其化工機械設備產(chǎn)品廣告二 設計方案的確定一對果汁進行濃縮的好處：1.減少包裝、運輸和貯藏的費用；2.防止腐??；3.改善口感。二.確定設計方案：考慮到高溫會破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來對番茄汁進行濃縮操作；由處理物料（原料）的性質(zhì)及設計要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考慮到經(jīng)濟和效率問題，選用雙效中央循環(huán)蒸

5、發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)設計要求，采用并流雙效中央循環(huán)式蒸發(fā)器蒸發(fā)。選用2m長383mm的無縫不銹鋼管作加熱管。三 設計計算3.1.總蒸發(fā)水量3.2.加熱面積初算（1）估算各效濃度:第一效蒸發(fā)后由經(jīng)驗公式：1:1.1而 解得 15.24%（暫取15%）（2）沸點的初算查表：t=100時，p=101.33kpa；t=25時，=3.1684kpa設兩效蒸汽壓強相等查的時，沸點；，第二效加熱蒸汽=1=81.19（3）溫度差的計算沸點升高引起：將該溶液當作蔗糖溶液處理，有沸點的溫度損失差為：第一效時：第二效時：對中央循環(huán)蒸發(fā)器，靜壓效應引起的溫度差損失：第一效時：pm1=第二效時：pm2=kpa查表：時沸點 =8

6、3.67 時沸點 =38.61由于流體阻力產(chǎn)生壓強降所引起的溫度差根據(jù)經(jīng)驗取有效溫度差：第一效沸點 82.19+0.18+1.48=83.85有效溫差 10083.85=16.15第二效沸點 26+0.50+12.61=39.11有效溫差 81.1939.11=42.08有效總溫差 效數(shù)二次蒸汽壓強（kpa）二次蒸汽溫度（）蒸汽汽化熱（kj/kg）152.249282.192258.4 2301.723.7622262304.0 2432.7（4）計算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量 由題意知溶液比熱為，查表得水的比熱為作第一效熱量衡算，得其中所以-同理作第二效熱量衡算，得-其中所以 整理得

7、代入式可得：由式可得：（5）總傳熱系數(shù)k的計算查表得不銹鋼管的導熱率為濃度151029.2361153.6第一效時：定性溫度 在湍流層流動由中央循環(huán)蒸發(fā)器的管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有：飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：4864傳熱外表面的總傳熱系數(shù)k由下公式計算： ）第二效時：定性溫度 同理可得： 在層流層流動由中央循環(huán)蒸發(fā)器的管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有：飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：3650.8傳熱外表面的總傳熱系數(shù)k由下公式計算： ）（6）分配有效溫度差，計算傳熱面積 3.3.重算兩效傳熱面積（1）.第一次重算 各效完成液濃度 根據(jù)前面算出的蒸發(fā)量重算各效完成液濃度，即： 由第2效

8、溶液沸點及溫度差損失 因冷凝液壓強和完成液濃度沒有變化，故第2效中各種溫度差損失及溶液沸點與前次計算結(jié)果相同，即: t2=39.11 2=0.50、2” =12.61、及2”=1 已算出重新分配后的第2效有效溫度差t2為40.5，故第2效加熱蒸汽溫度為： t2 = t2 + t2=39.11+40.5= 79.61第1效溶液沸點及溫度差損失 由于靜壓強及流體阻力損失引起的溫度差損失可視為與第一次計算的相同，即: 1”= 1.48 及 1”= 1 第1效二次蒸汽溫度為: t1=t2 + 1”=79.61 + 1 = 80.61根據(jù)x1=0.1553及t1=80.61，r1=2301 kj/kg

9、則（不變）第1效溶液沸點為:t1 = t1+1+1= 80.61 + 0.176 + 1.48 = 82.27總有效溫度差 因各種溫度差損失沒有變化，故總有效溫度差仍為58.23。焓衡算整理得 傳熱面積 兩效傳熱面積己十分接近，取平均面積為30.4m2：3.4 計算結(jié)果w1=1108.81 kg/h、w2=1137.29kg/hw=2246.1 kg/h, d1=1428.1 kg/h及s=30.4 m24 蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計算加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計：因加熱管固定在管板，考慮管板厚度所占據(jù)的傳熱面積，則計算n時管長用（l-0.1）m蒸發(fā)器的加熱管選用2m 長38*2.5mm無縫鋼管。

10、可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與長度初步估計所需的管子數(shù)n，（根）循環(huán)管的選擇：我們選用的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的40%100%。加熱管的總截面積可按n計算。循環(huán)管內(nèi)徑以d1表示，對于加熱則對于加熱面積較小的蒸發(fā)器，應去較大的百分數(shù)。選取管子的直徑為： ，136根。循環(huán)管管長與加熱管管長相同為2 m。加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定：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，目前在換熱器設計中，管心距的數(shù)據(jù)已經(jīng)標準化，只要確定管子規(guī)格，相應的

11、管心距則是定值。我們選用的設計管心距是：管束中心線上管數(shù)： 初步估算加熱室內(nèi)經(jīng)，即： 取則：查表選取加熱室殼體內(nèi)徑700mm 壁厚10mm分離室直徑和高度的確定 二次蒸汽的平均密度 二次蒸汽的平均流量 所以二次蒸汽的平均體積流量為： 根據(jù) 取 蒸汽速度 u = 45 m/s則蒸汽管徑分離室直徑為： d = 3 d = 3 0.238 =0.714 m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。中央循環(huán)蒸發(fā)器的 所以選d=710mm h=1.8d=1278mm選d=700mm h=1300mm接管尺寸的確定：1、溶液進出口：第一效溶液流量最大，若各效設備尺寸一致的

12、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38x2.5mm規(guī)格管。2、加熱蒸汽進口和二次蒸汽出口：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50m/s所以取600mm 10mm規(guī)格管。3、冷凝水出口：冷凝水的排出一般屬于液體自然流動，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72 x 3mm規(guī)格管。蒸發(fā)裝置的輔助設備 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。

13、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=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，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，md1=837mm d2=1256mm d3=1674mm h=1674mm h=400mm選取二次蒸汽流出管： 除霧器內(nèi)管： 除霧器外罩管：2、蒸汽冷凝器（多孔板式）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，其冷凝效果好，被廣乏采用?，F(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器：取v=20m/s 取d=900mm3、工藝計算匯總表效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度()82.192625操作壓強pi/ (kpa)52.24923.76223.7622溶液沸點ti83.8539.11完成液濃度(%)1536蒸發(fā)水量wi kg/h1108.81113