中央循環(huán)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書中央循環(huán)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 一 食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一 食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2(1)設(shè)計(jì)課題3(2)設(shè)計(jì)條件3(3).設(shè)計(jì)要求3(4).設(shè)計(jì)意義3(5).主要參考資料3二 設(shè)計(jì)方案的確定4三 設(shè)計(jì)計(jì)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(diǎn)的初算5（3）溫度差的計(jì)算5（4）計(jì)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(jì)算7（6）分配有效溫度差，計(jì)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(jì)算結(jié)果10四.簡(jiǎn)圖12(1)設(shè)計(jì)課題：番茄汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算(2)設(shè)計(jì)條件

2、： 題目1：番茄汁低溫濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)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?jǐn)?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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，（應(yīng)包括目錄、設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)書、設(shè)計(jì)方案的確定、各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型、簡(jiǎn)略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、參

3、考文獻(xiàn)資料等。須打?。?；3.工藝布置簡(jiǎn)圖一幅（可附在設(shè)計(jì)計(jì)算書上）；4.注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計(jì)方案；5.提交日期：2013年12月27日。(4).設(shè)計(jì)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(xué)出版社，2005，1 2. 華南理工大學(xué)化工原理教研組，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì),華南理工大學(xué)出版社.19953. 化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計(jì)，中南工業(yè)大學(xué)出版社. 19924. 叢德滋等, 化工原理詳解與應(yīng)用, 化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社. 19976. 張桂昭，三效逆流加料蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，化工設(shè)計(jì). 1996（6）：6-107. 蔣迪清等，食品通用機(jī)械與設(shè)備，華南理工大學(xué)出版社，2001，7，111-138. 各類化學(xué)工程學(xué)報(bào)、期刊、化工設(shè)備手冊(cè)及其化工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品廣告二 設(shè)計(jì)方案的確定一對(duì)果汁進(jìn)行濃縮的好處：1.減少包裝、運(yùn)輸和貯藏的費(fèi)用；2.防止腐??；3.改善口感。二.確定設(shè)計(jì)方案：考慮到高溫會(huì)破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來對(duì)番茄汁進(jìn)行濃縮操作；由處理物料（原料）的性質(zhì)及設(shè)計(jì)要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考慮到經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)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(zhǎng)383mm的無縫不銹鋼管作加熱管。三 設(shè)計(jì)計(jì)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(yàn)公式：1:1.1而 解得 15.24%（暫取15%）（2）沸點(diǎn)的初算查表：t=100時(shí)，p=101.33kpa；t=25時(shí)，=3.1684kpa設(shè)兩效蒸汽壓強(qiáng)相等查的時(shí)，沸點(diǎn)；，第二效加熱蒸汽=1=81.19（3）溫度差的計(jì)算沸點(diǎn)升高引起：將該溶液當(dāng)作蔗糖溶液處理，有沸點(diǎn)的溫度損失差為：第一效時(shí)：第二效時(shí)：對(duì)中央循環(huán)蒸發(fā)器，靜壓效應(yīng)引起的溫度差損失：第一效時(shí)：pm1=第二效時(shí)：pm2=kpa查表：時(shí)沸點(diǎn) =8

6、3.67 時(shí)沸點(diǎn) =38.61由于流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降所引起的溫度差根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取有效溫度差：第一效沸點(diǎn) 82.19+0.18+1.48=83.85有效溫差 10083.85=16.15第二效沸點(diǎn) 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(qiáng)（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(jì)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(jì)算查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為濃度151029.2361153.6第一效時(shí)：定性溫度 在湍流層流動(dòng)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(jì)算： ）第二效時(shí)：定性溫度 同理可得： 在層流層流動(dòng)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(jì)算： ）（6）分配有效溫度差，計(jì)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(diǎn)及溫度差損失 因冷凝液壓強(qiáng)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(diǎn)與前次計(jì)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(diǎn)及溫度差損失 由于靜壓強(qiáng)及流體阻力損失引起的溫度差損失可視為與第一次計(jì)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(diǎn)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(jì)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(jì)算加熱管的選擇和管數(shù)的初步估計(jì)：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(jì)算n時(shí)管長(zhǎng)用（l-0.1）m蒸發(fā)器的加熱管選用2m 長(zhǎng)38*2.5mm無縫鋼管。

10、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，（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(jì)算。循環(huán)管內(nèi)徑以d1表示，對(duì)于加熱則對(duì)于加熱面積較小的蒸發(fā)器，應(yīng)去較大的百分?jǐn)?shù)。選取管子的直徑為： ，136根。循環(huán)管管長(zhǎng)與加熱管管長(zhǎng)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(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

11、管心距則是定值。我們選用的設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(jìn)出口：第一效溶液流量最大，若各效設(shè)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(jìn)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(yīng)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(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(shè)備 1、氣液分離器蒸發(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。

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(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(dāng)二次蒸汽為有價(jià)值的產(chǎn)品需要回收或會(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(jì)算匯總表效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度()82.192625操作壓強(qiáng)pi/ (kpa)52.24923.76223.7622溶液沸點(diǎn)ti83.8539.11完成液濃度(%)1536蒸發(fā)水量wi kg/h1108.81113