脫脂奶單效蒸發(fā)器的設(shè)計

1、 食品工程原理課程設(shè)計說明書脫脂奶單效蒸發(fā)器的設(shè)計姓名： 李翔 學(xué)號： 201320010605 班級： 國食1304 指導(dǎo)老師： 紀(jì)俊敏 2015 年 12 月 16 日目 錄1.前言1.1 概述1.2蒸發(fā)器選型2.單效蒸發(fā)工藝計算2.1 物料衡算2.2 熱量衡算 2.3 傳熱面積計算2.4 計算結(jié)果列表3.蒸發(fā)器主體工藝設(shè)計3.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計 3.1.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計3.1.2 循環(huán)管的選擇3.1.3 加熱室直徑的確定3.1.4 分離室直徑與高度的確定3.2 接管尺寸的確定3.3 進料方式及加熱管排布方式的確定3.3.1進料方式的確定3.3.2加熱管排布方

2、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 蒸汽冷凝器 5.結(jié)語致謝附表參考文獻設(shè)計意義單效蒸發(fā)是最基本的蒸發(fā)流程，原料液在蒸發(fā)器內(nèi)被加熱汽化，產(chǎn)生的二次蒸汽引出后冷凝或排空，不再被利用。因食品工業(yè)上濃縮的物料都是熱敏的，因此進行單效蒸發(fā)時常常采取單效真空蒸發(fā)。在降膜蒸發(fā)器中，料液從頂部進入，沿管壁膜狀下流，液膜從掛壁吸收熱流，蒸發(fā)器化。降膜蒸發(fā)的主要優(yōu)點是：因無靜液壓效應(yīng)，傳熱溫差較大，物料沸點均勻，傳熱系數(shù)高，停留時間短，不易結(jié)垢。二、蒸發(fā)工藝設(shè)計計算（1）蒸濃液濃度計算多效蒸發(fā)的工藝計算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡

3、算及傳熱速率方程。計算的主要項目有：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，加熱蒸氣的壓強和冷凝器中的壓強等。蒸發(fā)器的設(shè)計計算步驟多效蒸發(fā)的計算一般采用試算法。根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強及冷凝器的壓強），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步估計各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)蒸氣通過各效的壓強降相等，估算個效溶液沸點和有效總溫差。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

4、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）溶液沸點和有效溫度差的確定由二次蒸汽壓強從手冊中查得相應(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1701152219二次蒸汽47802307.8 單效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計算：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，。-冷凝器操作壓強下二次蒸氣的飽和溫度，。-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)器溶液的靜壓強而引起

5、的溫度差損失，/-由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強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 由于溶液靜壓強所因引起的溫度差損失由于本設(shè)計采用降膜式蒸發(fā)器，無靜液壓效應(yīng)，所以 =0由經(jīng)驗不計流體阻力產(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中，在管道內(nèi)會產(chǎn)生阻力損失，也可能會散失熱量了，這些能量消耗造成的溫度損失，記作。受管道長度、直徑和保溫情況等影響。計算時，一般取=0.51.5K。本設(shè)計取=1.0K根據(jù)以估算的二次蒸汽壓強及溫度差損失，即可由下式估算溶液各效溶液的沸點t，所以總的溫度差損失為 =+ =1.66+1=2.66由手冊可查得170KPa飽和蒸汽壓的溫度為

6、115，汽化熱為2219KJ/kg（3）加熱蒸汽消耗量的計算加熱蒸汽量可通過熱量衡算求得，對圖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，則式中分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg.不計熱量損失，則（4）蒸發(fā)器的傳熱面積的計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

7、83;）. -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·）為安全計取s=20.46*1.18=24.1m2計算結(jié)果列表：加熱蒸汽溫度()115操作壓強Pi/ (KPa)170溶液沸點ti（）80完成液濃度(%)40蒸發(fā)水量Wi （Kg/h）2080生蒸汽量D （Kg/h）2439.4傳熱面積Si （m2）24.1三、蒸發(fā)器工藝尺寸計算我們選取的單效外熱式循環(huán)管式蒸發(fā)器的計算方法如下。（1） 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計蒸發(fā)器的加熱管通常選用38*2.5mm無縫鋼管。加熱管的長度一般為0.62m，但

8、也有選用2m以上的管子。管子長度的選擇應(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)計任務(wù)和溶液性質(zhì)，我們選用以下的管子。可根據(jù)經(jīng)驗我們選?。篖=3m，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式中：S-蒸發(fā)器的傳熱面積，m2，由前面的工藝計算決定（優(yōu)化后的面積）；d0-加熱管外徑，m； L-加熱管長度，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n時的管長應(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按進口條件算。牛奶的粘度取=1.5*10-3Pa·S（3）加熱室直徑及加

9、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，亦可采用計算的方法。以三角形排列說明計算過程。一根管子在管板上按正三角形排列時所占據(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，在管板上占據(jù)的總面積 式中：F1-管

10、數(shù)為n時在管板上占據(jù)的總面積， 管板利用系數(shù)，=0.7-0.9； 設(shè)加熱室的直徑，則： =0.221m2由此求得D=531mm，經(jīng)圓整取D=530mm, 所以殼體內(nèi)徑為530m，厚度為10mm.（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蒸發(fā)體積強度有關(guān)。分離室體積V的計算式為：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)器二次蒸汽密度，Kg/m3；U-蒸發(fā)體積強度，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)器工藝計算

11、中得到的各效二次蒸汽量，再從蒸發(fā)體積強度U的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個值，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，按上式計算得到的分離室體積也不會相同，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。對于單效降膜式蒸發(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)簡單制

12、造方便。（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場的安放。現(xiàn)取分離室中U=1.2m3/（m3*s）；取分離室的高度H=2m則D=1.02m（5）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/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。取冷流體的流速為1.0m/s，所以冷流體取38X7mm規(guī)格管。 取熱流體的流速為35m/s， 所以熱流體取180X12mm規(guī)格管。四、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備蒸發(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(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

13、，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-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140X8mm，則D0=140mm D1=140mm D2=210mm D3=280mm H=280mm h=63mm選取二次蒸汽流出管：

14、 140X8.0mm 除霧器內(nèi)管： 150X8.0mm 除霧器外罩管：299X12mm 五、工藝計算匯總表效數(shù)1加熱蒸汽溫度（）115操作壓強P/ （Kpa）170溶液沸點t（）80完成液濃度（%）40蒸發(fā)水量W （Kg/h）2080生蒸汽量D （Kg/h）2439.4傳熱面積S （m2）24.1加熱管規(guī)格57*3.5分離室直徑（mm）1020加熱管、循環(huán)管長度（mm）3000溶液進出口規(guī)格冷38*7 熱180*12加熱室規(guī)格530*10分離室高度(mm)2加熱管數(shù)（根）47除霧器內(nèi)管規(guī)格 150X8mm二次蒸汽流出管規(guī)格140X8mm六、課程設(shè)計心得轉(zhuǎn)眼間，為期兩周的食品工程原理課程設(shè)計就已

15、經(jīng)接近尾聲了?；厥淄?，心情格外的開闊，感慨頗多。自己曾一個人默默地計算著各種繁雜的數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)著工具書上陌生的內(nèi)容，在網(wǎng)上艱難的搜索著需要的解答，同學(xué)間相互的扶持幫助，如今歷歷在目首先，要感謝老師能給我們提供一個進行實踐鍛煉的舞臺。之前我們學(xué)過的很多知識只不過是紙上談兵，而食品工程原理課程設(shè)計卻是一門綜合性課程，它不僅要求我們對化工設(shè)計有基礎(chǔ)的了解，而且還要對化工原理、化工機械基礎(chǔ)、化工熱力學(xué)等一系列知識能夠進行綜合的運用，同時也對計算機軟件的應(yīng)用水平提出了較高的要求，通過這種綜合性的訓(xùn)練，讓我了解到自己的所學(xué)與現(xiàn)實需要還很有差距，還需要今后不斷地學(xué)習(xí)鞏固，增強自己的實戰(zhàn)能力。這次設(shè)計，我不僅鞏固了食品工程原理及相關(guān)知識，而且增強了團隊的協(xié)作精神，同時也磨煉了意志。相信這次課程設(shè)計會讓我們更加注意理論與實踐的結(jié)合，成為我們?nèi)松幸还P寶貴的財富！最后，還要感謝紀(jì)老師的辛勤栽培，不辭勞苦，為我們開啟了食品工程這扇精彩實用的大門。七、參考文獻：1. 柴城敬，劉國維，李阿娜，編.化工原理課程設(shè)計.天津科學(xué)技術(shù)出