日處理量為噸牛奶雙效真空蒸發(fā)器裝置的設(shè)計(jì).

1、吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院 食品工程原理 課 程 設(shè) 計(jì)題目 日處理量為15噸牛奶雙效真空蒸發(fā)器裝置的設(shè)計(jì) 教 學(xué) 院 化工與生物技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 食品科學(xué)與工程1202班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2014年5月13日 目錄中文摘要1食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書21 概述與設(shè)計(jì)方案的選擇31.1 概述31.2 設(shè)計(jì)方案的選擇52 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算62.1 估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度62.2、估計(jì)各效溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差62.2.1 各效由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失72.2.2 由于液柱靜壓力二引起的溫度差損失82.2.3 由于流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失92.2.4 各

2、效料液的溫度和有效溫差92.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算102.4 蒸發(fā)器傳熱面積的估算102.5 有效溫差的再分配112.6 核算112.6.1 計(jì)算各效料液濃度112.6.2 計(jì)算各效料液溫度122.6.3各效的熱量衡算122.6.4 傳熱面積的計(jì)算133 蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算143.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步設(shè)計(jì)143.2 循環(huán)管的選擇143.3 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定143.4 分離室直徑和高度的確定153.5接管尺寸的確定153.5.1 溶液的進(jìn)出口163.5.2加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口163.5.3冷凝水出口164 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備174.1 氣液分離器17

3、4.2 蒸汽冷凝器185 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表196 結(jié)果與討論20致謝21參考文獻(xiàn)22附錄（主要符號(hào)說明）23i中文摘要蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于化工、輕工、冶金、制藥、食品等工作部門中，蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定蒸發(fā)操作的條件、蒸發(fā)器的型式及蒸發(fā)操作流程進(jìn)行工藝計(jì)算，確定蒸發(fā)器的傳熱面積及結(jié)構(gòu)尺寸。一項(xiàng)好的蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)，除了要滿足工藝要求以外，還要合理利用熱能、降低蒸發(fā)過程的耗能，以便提高蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)性。為了減少設(shè)備投資費(fèi)及操作費(fèi)用，提高設(shè)備生產(chǎn)能力，為此選擇一個(gè)合理的流程、設(shè)備形式操作條件甚為重要。本文為日處理量為15噸牛奶雙效真空中央循環(huán)管式蒸發(fā)器裝置的設(shè)計(jì)過程，工藝設(shè)計(jì)計(jì)算包括物料衡算和熱量衡算、

4、傳熱面積的確定、蒸發(fā)器主要尺寸的確定等。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液組成分別為0.15和0.38，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)蒸汽量通過各效的壓力降相等，估計(jì)估計(jì)溶液沸點(diǎn)和有效總溫差估算結(jié)果為第一效的沸點(diǎn)為68.08，第二效的沸點(diǎn)為55.65，有效總溫差為37.27，根據(jù)蒸發(fā)器的熱量衡算估算各效的蒸發(fā)量第一效的蒸發(fā)量為215.39kg/h，第二效的蒸發(fā)量為245.17kg/h，根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳熱面積不相等，根據(jù)各效傳熱面積相等的原則重新分配有效溫差分別為26.56和10.74。然后進(jìn)行核算各效料液的組成重新核算為0.16和0.38，各效的料液溫度經(jīng)重新核算后第一效為73.44，由于

5、完成液濃度和二次蒸汽壓力均不變的條件下，各種溫度差損失可視為恒定則末效仍為55.65，各效的熱量衡算后各效的蒸汽消耗量分別為227.76kg/h、232.80kg/h，傳熱面積按各效傳熱面積相等的原則核算為7.85。本文中央循環(huán)管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算主要涉及到加熱時(shí)的直徑、加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)、加熱管數(shù)目、分離室的直徑和高度，經(jīng)與實(shí)際結(jié)合起來計(jì)算得管子數(shù)定為74、循環(huán)管管徑選用，加熱室直徑，分離室直徑0.8m，分離室高度1.8m，溶液進(jìn)出口為，加熱蒸汽與二次蒸汽出口為，冷凝水出口為加熱管循環(huán)管長度都為1m，加熱管管徑為，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果用于繪制cad圖。關(guān)鍵詞：雙效并流流程、中央循環(huán)管

6、式蒸發(fā)器、cad繪制 食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1 設(shè)計(jì)題目 日處理量為15噸牛奶雙效真空蒸發(fā)器裝置的設(shè)計(jì) 2 操作條件 （1）牛奶濃度：入口10%，出口38%，進(jìn)料溫度10。（2）加熱介質(zhì)：絕對壓力為100kpa的加熱蒸汽，各效的冷凝液均在飽和溫度下排出，假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失。（3）生產(chǎn)能力：蒸發(fā)量x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0.15mpa（5）估計(jì)蒸發(fā)器中溶液的液面高度為1.2m。（6）壓力條件：第一效為600 mmhg的真空度，第二效為700 mmhg的真空度。（7）牛奶密度1030kg/m3。 假定采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，雙效并流

7、進(jìn)料，效間流動(dòng)溫差損失設(shè)為1k，第一效采用自然循環(huán)，傳熱系數(shù)為900w/(m2k)，第二效采用強(qiáng)制循環(huán)，傳熱系數(shù)為1800w/(m2k)，各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出，并假設(shè)各效傳熱面積相等，忽略熱損失。3 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）選擇適宜的雙效真空蒸發(fā)器并進(jìn)行核算。（2）工藝設(shè)計(jì)計(jì)算包括選擇適宜的蒸發(fā)器并進(jìn)行核算，主要包括物料衡算和熱量衡算、傳熱面積的確定、蒸發(fā)器主要尺寸的確定等。（注明公式及數(shù)據(jù)來源）（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇適宜的結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。主要包括包括加熱室直徑、加熱管的選擇和管束的初步估計(jì)、加熱管數(shù)目、分離室的直徑和高度。（注明公式及數(shù)據(jù)來源）（4）繪制工藝流程圖

8、繪制設(shè)備工藝條件圖一張（2號(hào)圖紙）； cad繪制。 （5）編寫設(shè)計(jì)說明書1 概述與設(shè)計(jì)方案的選擇1.1 概述蒸發(fā)器的分類：蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。加熱室有多種多樣的形式，以適應(yīng)各種生產(chǎn)工藝的不同要求。按照溶液在加熱室中的運(yùn)動(dòng)的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）兩類。循環(huán)型蒸發(fā)器包括中央循環(huán)管式、懸筐式、外熱式、列文式及強(qiáng)制循環(huán)型等，單程蒸發(fā)器包括升膜式、降膜式、升降模式及刮板式等。這些蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)不同，性能各異，均能自己的特點(diǎn)和適應(yīng)場合。（1）循環(huán)型蒸發(fā)器a、中央循環(huán)管式蒸發(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

9、被廣泛采用。它的加熱室由管徑為25mm-75mm，長度為1m-2m(長徑之比約為20-40)的直立管束組成，在管束中央安裝一根較粗的管子。操作時(shí)，管束內(nèi)單位體積溶液的受熱面積大于粗管內(nèi)的，即前者受熱好，溶液汽化的多，因此細(xì)管內(nèi)的溶液含汽量多，致使密度比粗管內(nèi)溶液的要小，這種密度差促使溶液作沿粗管下降而沿細(xì)管上升的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，故粗管除稱為中央循環(huán)管外還稱為降液管，細(xì)管稱為加熱管或沸騰管。為了促使溶液有良好的循環(huán)，設(shè)計(jì)時(shí)取中央循環(huán)管截面積為加熱管束總截面積的40%-100% .中央循環(huán)管式蒸發(fā)器是從水平加熱室及蛇管加熱室蒸發(fā)器發(fā)展而來。相對于這些老式蒸發(fā)器而言，它具有溶液循環(huán)好、傳熱速率快等優(yōu)點(diǎn)，同

10、時(shí)由于結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便，應(yīng)用十分廣泛，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。但實(shí)際上由于結(jié)構(gòu)的限制，循環(huán)速度一般在0.4m/s-0.5m/s以下；由于溶液不斷循環(huán)，使加熱管內(nèi)溶液始終接近完成液的濃度，故有溶液粘度大、沸點(diǎn)高等缺點(diǎn)，此外，蒸發(fā)器的加熱室不易清洗。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)結(jié)垢不嚴(yán)重、有少量結(jié)晶析出和腐蝕性較小的溶液。b、懸筐式蒸發(fā)室懸筐式蒸發(fā)器是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的改良，清洗時(shí)加熱管束可以取出，用備用的加熱管束替換，節(jié)省了等待的時(shí)間。加熱蒸汽由中央管進(jìn)入管束的管間。包圍管束的外殼外壁面與蒸發(fā)器外殼內(nèi)壁的環(huán)隙通道代替了中央循環(huán)管，操作時(shí)溶液沿環(huán)隙通道下降而沿加熱管束上升。一般環(huán)隙截面積約為加熱

11、管束總截面積的100%-150%，較中央循環(huán)管蒸發(fā)器的比例大，故改善與加速了料液的循環(huán)速度，循環(huán)速度可達(dá)1m/s-1.5m/s,不但提高了傳熱效果，也阻止了加熱管內(nèi)的結(jié)垢，這種蒸發(fā)器傳熱面積限于100m以下，c、外熱式蒸發(fā)器它之所以被廣泛應(yīng)用，是由于它具有很多優(yōu)異的性能。外熱式循環(huán)蒸發(fā)器在蒸發(fā)過程中，料液進(jìn)入加熱室加熱升溫，由于未達(dá)到該狀態(tài)下的飽和溫度，溶液并不沸騰。隨著加熱和管內(nèi)壓強(qiáng)的降低，當(dāng)溶液的溫度達(dá)到該狀態(tài)下的飽和壓強(qiáng)后，開始沸騰，從而產(chǎn)生大量氣泡，溶液的密度也隨之減小，這樣在沸騰管中的氣液混合物和循環(huán)管側(cè)的未沸騰的料液間存在密度差形成了外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的循環(huán)推動(dòng)力。溶液得到的熱量

12、越多，阻力越小，沸騰情況越好，循環(huán)速度也越大。外加熱式蒸發(fā)器的加熱管長徑比為60100，常壓蒸發(fā)時(shí)，溶液在循環(huán)管內(nèi)的循環(huán)速度小于一米每秒。外熱式循環(huán)蒸發(fā)器采用的是外置加熱室，便于清洗和更換，并且不受分離室結(jié)構(gòu)以及加熱室尺寸的影響，一個(gè)蒸發(fā)器可配一到四個(gè)加熱室，因此能夠達(dá)到很大的蒸發(fā)能力。d、列文蒸發(fā)器其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在加熱室上增設(shè)沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不在加熱管內(nèi)沸騰，直到上升至沸騰室內(nèi)當(dāng)其所受壓力降低后才能開始沸騰，因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室，從而避免了結(jié)晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。另外，這種蒸發(fā)器的循環(huán)管的截面積約為加熱管的總截面積的

13、23倍，溶液循環(huán)速度可達(dá)2.5至3 m/s以上，故總傳熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是液柱靜壓頭效應(yīng)引起的溫度差損失較大，為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外，設(shè)備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠房等。除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外，在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時(shí)，還采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中，溶液的循環(huán)主要依靠外加的動(dòng)力，用泵迫使它沿一定方向流動(dòng)而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制，一般在2.5m/s以上。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大，但它的明顯缺點(diǎn)是能量消耗大。e、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是依靠外加力循環(huán)泵使液體進(jìn)行循環(huán)。它的加

14、熱室有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)，液體循環(huán)速度大小由泵調(diào)節(jié)。根據(jù)分離室循環(huán)料液進(jìn)出口的位置不同，它又可以分為正循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器及逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器，循環(huán)料液進(jìn)口位置在出口位置上部的稱為正循環(huán)，反之為逆循環(huán)。逆循環(huán)強(qiáng)制蒸發(fā)器具有更多優(yōu)點(diǎn)。（2）單程型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點(diǎn)蒸發(fā)器內(nèi)料液的滯留量大，物料在高溫下停留時(shí)間長，對熱敏性物料不利。在單程型蒸發(fā)器中，物料一次通過加熱面即可完成濃縮要求；離開加熱管的溶液及時(shí)加以冷卻，受熱時(shí)間大為縮短，因此對熱敏性物料特別適宜。a、升膜式蒸發(fā)器其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為2550mm，管長和管徑之比約為100150。料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加

15、熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升，一般常壓下操作時(shí)適宜的出口汽速為2050m/s，減壓下操作時(shí)汽速可達(dá)100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動(dòng)，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、液混合物在分離器內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導(dǎo)出。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達(dá)到上述要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)；它對粘度很大，易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用b、降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于，料液是從蒸發(fā)器的頂部加入，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過程中蒸發(fā)增濃，在其底部得到濃縮液。由于成膜機(jī)理不同于升膜式蒸發(fā)器，

16、故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大（例如在0.050.45ns/m2范圍內(nèi)）、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小，仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動(dòng)，因而對流傳熱系數(shù)大為提高，使得溶液能在加熱室中一次通過不再循環(huán)就達(dá)到要求的濃度，因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點(diǎn)。溶液不循環(huán)帶來好處有：（1）溶液在蒸發(fā)器中的停留時(shí)間很短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；（2）整個(gè)溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點(diǎn)是：對進(jìn)料負(fù)荷的波動(dòng)相當(dāng)敏感，當(dāng)設(shè)計(jì)或操作不適當(dāng)時(shí)不易成膜，此時(shí)，對流傳熱

17、系數(shù)將明顯下降。c、刮片式蒸發(fā)器蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)的葉片即刮板。刮板有固定式和轉(zhuǎn)子式兩種，前者與殼體內(nèi)壁的間隙為0.51.5mm，后者與器壁的間隙隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有加至與刮板同軸的甩料盤上的）。由于重力、離心力和旋轉(zhuǎn)刮板刮帶作用，溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排出。這種蒸發(fā)器是一種利用外加動(dòng)力成膜的單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點(diǎn)是對物料的適應(yīng)性很強(qiáng)，且停留時(shí)間短，一般為數(shù)秒或幾十秒，故可適應(yīng)于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結(jié)晶、結(jié)垢、熱敏性的物料。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，每平方米傳熱面約需1.53kw。此

18、外，其處理量很小且制造安裝要求高1.2 設(shè)計(jì)方案的選擇根據(jù)任務(wù)書要求選擇中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，雙效并流加料，并進(jìn)行核算對于雙效并流加料，中間有閃蒸現(xiàn)象對蒸發(fā)有利，設(shè)計(jì)中我們還應(yīng)從設(shè)計(jì)要求分析、系統(tǒng)功能分析、原理方案設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行分析，對于牛奶蒸發(fā)采用真空狀態(tài)，因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)過程中在真空狀態(tài)下達(dá)不到100就可沸騰，這樣不會(huì)破壞牛奶的營養(yǎng)成分。對于蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮到廠房的空間大小、地理環(huán)境，蒸發(fā)器的形狀不但要符合實(shí)際要求還要利于工廠化生產(chǎn)與物料的加工，同時(shí)應(yīng)符合低成本高效益的要求，所以盡量在符合數(shù)據(jù)處理結(jié)果的同時(shí)把蒸發(fā)器占地面積大眾化。2 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度總蒸發(fā)

19、量在蒸發(fā)過程中總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和，即：，對于并流操作的雙效蒸發(fā)，由于后一效溶液的沸點(diǎn)較前一效的低溶液進(jìn)入后效發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，可按如下比例進(jìn)行計(jì)算：，所以，任一效中完成液的組成，可以得出各效完成液的組成為:2.2、估計(jì)各效溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差任務(wù)書中的操作條件指出第一效為760mmhg真空度，換算成絕對壓力即:第二效為700mmhg的真空度換算成絕對壓力，同樣應(yīng)用上述的方法得出，則它們即為第一效和第二效蒸發(fā)室內(nèi)的壓力，根據(jù)各效的二次蒸汽壓力從飽和水蒸汽表中可查的相對應(yīng)的二次蒸汽的溫度和汽化潛熱，并整理出來列于下表中：表2-1 各效二次蒸汽的壓力、溫度、汽化潛熱的數(shù)據(jù)效數(shù)21.338.01

20、61432352.12391.5有效總溫差 2.2.1 各效由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失的大小主要與溶液的種類、濃度、以及蒸汽壓力有關(guān)，可用下述方法求得，校正系數(shù)法：常壓溶液的沸點(diǎn)升高，食品料液的沸點(diǎn)升高可近似用糖液的數(shù)據(jù)代替，表2-2 糖也不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)x對應(yīng)的常壓下沸點(diǎn)升高x/%1015202530354045505560657075808590/0.10.20.30.40.60.81.01.41.82.33.03.85.17.09.413.019.6對應(yīng)此表，料液進(jìn)口濃度為10%，所以對應(yīng)表可知料液制成品濃度38%，則參考糖液數(shù)據(jù)，f為校正系數(shù)，一般取，t為實(shí)際壓力下二次蒸汽溫度-k，r

21、為實(shí)際壓力下二次蒸汽的氣化潛熱-kj/kg，參照表3-1可知，那么根據(jù)公式算的：，所以：2.2.2 由于液柱靜壓力二引起的溫度差損失由于液層內(nèi)部的壓力大于液面上的壓力，故相應(yīng)的溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)高于液面上的沸點(diǎn)，二者之差即為液柱靜壓力引起的沸點(diǎn)升高，為簡便計(jì)算以液層中部點(diǎn)處的壓力和沸點(diǎn)代表整個(gè)液層的平均壓力和平均溫度。根據(jù)流體靜力學(xué)方程，液層的平均壓力，g為重力加速度取，l為液層高度由任務(wù)書中的操作條件可知l=1.2m。溶液的平均密度，其中體積變化不大可按恒定值處理，所以可做近似估算牛奶的干物質(zhì)質(zhì)量是不變的，所以只需考慮蒸發(fā)水量，進(jìn)而可以算出kg/m，那么 所以：平均壓力 所以根據(jù)上述已經(jīng)算出來的

22、的平均壓力值查的： 且根據(jù)表3-1那么： ，進(jìn)而算得：2.2.3 由于流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)中，末效以前各效的二次蒸汽在流到次效的加熱室的過程中，由于管路流動(dòng)阻力使熱壓力下降，蒸汽的飽和溫度也相應(yīng)的下降，由此造成的溫差損失以表示，與二次蒸汽在管道中的流速、物料以及管道尺寸有關(guān)，但很難定量確定，一般取經(jīng)驗(yàn)值，對于多效蒸發(fā)，效間的溫差損失一般取1，即，綜上所述：2.2.4 各效料液的溫度和有效溫差各效料液溫度由各效二次蒸汽壓力進(jìn)而查表2-1可知二次蒸汽溫度，然后繼續(xù)算出各效料液溫度各效料液溫度有效總溫差，由任務(wù)書中操作條件給出加熱介質(zhì)為絕對壓力為100kpa的加熱蒸汽，對應(yīng)查飽和蒸汽

23、表可以知道其對應(yīng)下的溫度大約為100，所以，由表2-2知，進(jìn)而可以列出：有效總溫差=100-43-19.73=37.27。2.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算前面已估算各效蒸發(fā)水量，但實(shí)際上并流加料有自蒸發(fā)現(xiàn)象和其他一些不利因素，故必須考慮諸多因素對蒸發(fā)量的影響 為此可對各效進(jìn)行熱量衡算，得出如下關(guān)系式，但任務(wù)書中忽略了熱損失，所以進(jìn)行衡算時(shí)可不考慮的影響。絕對壓力為100kpa的加熱蒸汽所對應(yīng)的汽化熱，2.4 蒸發(fā)器傳熱面積的估算根據(jù)任務(wù)書中的操作條件已知：第一效的傳熱系數(shù)為900w/，第二效的傳熱系數(shù)為1800w/。誤差，誤差較大應(yīng)調(diào)整各效的有效溫差。2.5 有效溫差的再分配重新

24、分配溫差得：2.6 核算2.6.1 計(jì)算各效料液濃度2.6.2 計(jì)算各效料液溫度完成液濃度和二次蒸汽壓力均不變的情況下，各種溫度差損失可視為恒定，末效溫度仍為55.65。則第二效的加熱蒸汽溫度為溫度差重新分配后各效溫度列于下表：表2-3加熱蒸汽，10066.39有效溫度差，26.5610.74料液溫度，73.4455.652.6.3各效的熱量衡算所以可以求解出： 與第一次計(jì)算結(jié)果相比，其相對誤差為：計(jì)算的相對誤差均在0.05以下，故各效的蒸發(fā)量計(jì)算合理。其各效溶液濃度無明顯變化，不需要重新計(jì)算。2.6.4 傳熱面積的計(jì)算誤差，誤差不大結(jié)果合理，取平均面積s=7.853 蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算3.1

25、 加熱管的選擇和管數(shù)的初步設(shè)計(jì)蒸發(fā)器的加熱管通常選用等幾種規(guī)格的無縫鋼管。加熱管的長度一般為0.62.0m，但也有選用2m以上的管子。管子的長度選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢的難易程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮。易結(jié)垢和易起泡沫的蒸發(fā)宜選用短管。當(dāng)加熱管的規(guī)格與長度確定后，可由下式初步估計(jì)所需的管子數(shù)，s為蒸發(fā)器的傳熱面積，由前面的計(jì)算可知，則3.2 循環(huán)管的選擇循環(huán)管的截面積是根據(jù)使循環(huán)阻力盡量減小的原則選擇的。中央循環(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初步估計(jì)的管子數(shù)計(jì)算，循環(huán)管內(nèi)徑以表示，則，從管子規(guī)格中選取管徑相似的標(biāo)準(zhǔn)管，循環(huán)管的管長與加熱管相等，循環(huán)管

26、的總截面積不計(jì)入傳熱面積中。3.3 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)目記載管板上的排列方式。加熱管在管板上的排列方式有三角形、正方形、同心圓等，目前以三角形排列居多。管心距t為相鄰兩管中心線之間的距離，t一般為加熱室外徑的1.251.5倍。目前在換熱器的設(shè)計(jì)中管心距的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，管子的規(guī)格確定后，相應(yīng)的管心距則為確定值，如下表表3-1 不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑，mm19253857管心距t，mm25324870所以t=48mm，管子按正三角形排列，初步估算加熱室內(nèi)徑為，所以所以應(yīng)取。3.4 分離室直徑和高度的確定分離室的直徑和高度取決于分離室的

27、體積，二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)，分離室的體積計(jì)算公式為式中 w-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽的流量，kg/h; -某效蒸發(fā)器的二次蒸汽的密度，； u-蒸發(fā)體積強(qiáng)度，；即每立方米分離室每秒產(chǎn)生的二次蒸汽量，一般允許值為1.11.5。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，確定高度與直徑應(yīng)考慮以下原

28、則：（1）分離室的高度與直徑之比h/d=12。對于中央循環(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)簡單制造方便。（3）高度和直徑都適于施工現(xiàn)場的安放?，F(xiàn)取u=1.3， h=1.8m，d=0.8m。3.5接管尺寸的確定流體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑按下式計(jì)算： ，式中 ： -流體的體積流量 u-流體的適宜流速流體的適宜流速見下表：表3-2 流體的適宜流速強(qiáng)制流動(dòng)的流體，m/s自然流動(dòng)的流體，m/s飽和蒸汽，m/s空氣及其他氣體，m/s0.815

29、0.0805.1 溶液的進(jìn)出口若各效設(shè)備采用統(tǒng)一尺寸，應(yīng)按流量大的即第一效溶液流量為625kg/h計(jì)算，且第一效采用自然循環(huán)，所以按表3-2選擇一個(gè)數(shù)據(jù)u=0.8m/s所以取3.5.2加熱蒸汽進(jìn)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(yīng)取各效中較大者，一般情況下，末效的體積流量最大，取第二效的水蒸汽流量為232.80kg/h，取對應(yīng)的密度為0.06200，速度取為30m/s，進(jìn)而可以計(jì)算得出：應(yīng)取3.5.3冷凝水出口冷凝水的排出一般屬于液體自然流動(dòng)，接管直徑應(yīng)由各效加熱蒸氣消耗量較大者確定，取流體流速為0.1m/s.，加熱蒸汽消耗量取303.55kg/h,其對

30、應(yīng)密度取0.5970，進(jìn)而可以得出：所以應(yīng)取。4 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備4.1 氣液分離器 氣液分離器可安裝在氣體壓縮機(jī)的出入口用于氣液分離，分餾塔頂冷凝冷卻器后氣相除霧，各種氣體水洗塔，吸收塔及解析塔的氣相除霧等。氣液分離器也可應(yīng)用于氣體除塵，油水分離及液體脫除雜質(zhì)等多種工業(yè)及民用應(yīng)用場合。氣液分離器分離效率的選擇跟待分離的液體物性有關(guān)，如果液體粘度大，分子間作用力強(qiáng)，相對來說容易分離一些，所以油水分離器一般分離極數(shù)比水分離器低。同樣的分離要求，較粘液體的分離器的分離方式在上述順序中可以降低一檔。但較粘的液體存在的嚴(yán)重問題在于液體下流時(shí)間較長，氣液分離器的工作原理是飽和氣體在降溫或者加壓過程中，

31、一部分可凝氣體組分會(huì)形成小液滴隨氣體一起流動(dòng)。氣液分離器作用就是處理含有少量凝液的氣體，實(shí)現(xiàn)凝液回收或者氣相凈化。其結(jié)構(gòu)一般就是一個(gè)壓力容器，內(nèi)部有相關(guān)進(jìn)氣構(gòu)件、液滴捕集構(gòu)件。一般氣體由上部出口，液相由下部收集。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25m/s ，慣性式除沫器的主要尺寸可按下列關(guān)系確定，其中包括二次蒸汽

32、的直徑-、除沫器內(nèi)管的直徑-、除沫器外罩管的直徑-、除沫器外殼直徑-、除沫器的總高度-h、除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x-h（單位均為米）， ； ； h=； h=（0.40.5）；進(jìn)而可得：所以=0.177m=0.265m=0.354mh=0.354mh=0.079m根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取標(biāo)準(zhǔn)管：二次蒸汽的直徑取規(guī)格管；除沫器外罩管的直徑取規(guī)格管；除沫器外殼直徑取規(guī)格管；4.2 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(dāng)二次蒸汽為有價(jià)值的產(chǎn)品需回收或會(huì)嚴(yán)重地污染冷卻水時(shí)，應(yīng)采用間壁式冷卻器。當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時(shí)，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進(jìn)行熱交換，其冷凝效果

33、好，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價(jià)格低廉，因此被被廣乏采用?，F(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器。蒸汽冷凝器，包括殼體，固定聯(lián)接殼體的支撐架，所述殼體的頂端具有出氣口，所述殼體的底部具有出水口，所述蒸汽管沿殼體的切向伸入殼體的空腔內(nèi)，所述殼體內(nèi)側(cè)具有襯層，襯層位于蒸汽管出口處。多孔板式冷凝器是目前廣泛使用的形式之一，冷凝器內(nèi)部裝有49塊不等距的多孔板，冷卻水通過板上小孔分散成液滴而與二次蒸汽接觸，接觸面積大冷凝效果好。但多孔板易堵塞，二次蒸汽在折流過程中壓力大，所以也采用壓力較小的單層多孔板式冷凝器，但冷凝效果較差。冷凝器的直徑的計(jì)算：二次蒸汽流速取25m/s，進(jìn)入冷凝器的流量為232.80kg/h，則可知：冷凝器直徑所以應(yīng)取規(guī)格管。5 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表表5-1