蔗糖液真空蒸發(fā)裝置

1、食品工程原理課程設計說明書（甘蔗液真空蒸發(fā)裝置）學院：食品科技學院 班級：食品科學與工程1002班姓名：白家瑋 學號：指導老師： 譚軍 劉茹設計時間：2012/12/202012/12/22一、設計任務本次設計的任務是根據(jù)所提供的原始數(shù)據(jù)和要求設計蔗糖液三效真空蒸發(fā)裝置，確定蒸發(fā)器的型式及蒸發(fā)流程；進行工藝計算，確定蒸發(fā)器的傳熱面積及結(jié)構(gòu)尺寸。（一）.設計要求：1、采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器；2、原料液采用沸點進料；3、加熱蒸汽的冷凝液在飽和溫度下排出；4、各效均無抽氣；5、各效有效溫度差不少于5-7；6、加熱管長度不得大于2m； （二）原始數(shù)據(jù) 1、原料液處理量：F=10000 kg/h

2、2、起始液濃度： Xo=16% 3、完成液濃度： Xn=58% 4、冷凝器壓強： 20 kPa二、設備型式的選定中央循環(huán)管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，操作可靠，制造方便, 溶液循環(huán)好,傳熱效果好，有標準蒸發(fā)器之稱,對于較粘的液體易結(jié)垢或在濃縮過程中會產(chǎn)生結(jié)晶的溶液都可采用，但溶液的循環(huán)速度較低，并且由于溶液的循環(huán)使蒸發(fā)器中溶液的濃度接近于完成液的濃度，溶液沸點高，傳熱溫差小，影響傳熱。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的主體是加熱室和分離室。加熱室由直立的加熱管束所組成，管束中間為一根直徑較大的中央循環(huán)管。分離室是汽液分離的空間。此外,這種蒸發(fā)器的加熱室不易清洗。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適用于處理結(jié)垢不嚴重,腐蝕性較小的溶液

3、。本試驗所處理的原液為16%的蔗糖溶液，粘度較小，完成液濃度為58%，不會出現(xiàn)結(jié)晶。適合用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，所以本實驗采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。三、工藝流程及其說明（一）確定工藝流程根據(jù)蔗糖原液的粘度不高的特性，采用并流法操作。并流加料法的優(yōu)點為：后效蒸發(fā)室的壓強要比前效的低，故溶液在效間的輸送可以利用效間的壓強差，而不必另外用泵。隨著壓強的降低，各效中溶液的沸點也隨著降低，這樣，糖汁便在溫度較低的情況下進行蒸發(fā)，因而可減少蔗糖的轉(zhuǎn)化和焦化，以及還原糖分解等有害影響。在并流加料法中，前一效的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，后一效的加熱室即為前一效的冷凝室此外，由于后效溶液的沸點比前效的低，故前效

4、的溶液進入后效時，會因過熱而自動蒸發(fā)，因而可以多產(chǎn)生一部分二次蒸汽。采用多效蒸發(fā)的目的是為了充分利用熱能，減少生蒸汽的消耗，從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟性。但隨效數(shù)的增多，雖然能夠節(jié)約較多的生蒸汽，同時設備費用也隨之增加，所以綜合考慮采用三效。三效真空蒸發(fā)方案可使用蒸汽機的低壓廢氣作為熱源，第一效蒸汽壓力比較低，各效真空度比較高。這樣，糖汁便在溫度較低的情況下進行蒸發(fā)，因而可減少蔗糖的轉(zhuǎn)化和焦化，以及還原糖分解等有害影響。使用低壓蒸汽作加熱蒸汽，各效的二次蒸汽溫度也相應較低，且又是三效，熱損失比較小。且設備簡單，投資小，操作管理簡便。（二）工藝流程圖四、工藝設計計算（一）估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度：

5、1、總蒸發(fā)水量W:W=F（1-X0/X4）10000×(1-16%/58%)7241.4kg/h2、各效濃度： 并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸汽引出 W1: W2: W3 =1: 1.1: 1.2而W=W1+W2+W3 =3.3W1各效蒸發(fā)量： W1=2194.4kg/h W2=2413.8kg/h W3=2633.3kg/h 各效濃度：X1=FX0/（F-W1）=10000×16%/（10000-2194.4）=20.5% X2=FX0/（F-W1-W2）=10000×16%/（10000-2194.4-2413.8）=29.7% X3=FX0/（F-W1-W2-W3

6、）=10000×16%/（10000-2194.4-）=58.0%（二）計算各效溶液沸點和有效溫度差：1、各效二次蒸汽壓強按三效經(jīng)驗公式估算，則各效間平均壓強差為：Pi=(P1-Pk)/N=(200-15)/4=61.7 Kpa則各效壓強為：P1= P1-Pi=200-61.7=138.3KPa P2= P1-2Pi=200-2×61.7=76.6 KPaP3= P1-3Pi=200-3×40.5=14.9 KPa由各效的二次蒸汽壓力，可查得相應的二次蒸汽的溫度和汽化熱，具體如下表1 效數(shù)參數(shù)第1效第2效第3效二次蒸汽壓力138.376.614.9二次蒸汽溫度10

7、8.991.254.7二次蒸汽汽化熱2234.72283.32370.12、各效的各種溫度差損失各效因溶液蒸汽壓下降、加熱管內(nèi)液柱靜壓強及管路流動阻力而引起的溫度差損失為 、 、 。(1) 因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失表2效數(shù)參數(shù)第1效第2效第3效二次蒸汽溫度108.991.254.7各效完成液濃度Xi /%20.529.758.0各效溫度差損失0.410.942.71（由完成液溶度和二次蒸汽溫度，從指導書的表10可查得） =0.41+0.94+2.71=4.06(2) 因加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起的溫度差損失根據(jù)設計要求，L 2 m, 所以取L=1.5 m 表3 效數(shù) 參數(shù)第1效第2效第

8、3效二次蒸汽壓強138.376.614.9糖液密度,kg/m3106310831125各效溶液平均壓強Pmi/kPa141.183.521.1對應飽和溫度109.892.756.9各效完成液濃度Xi /%20.529.758.0二次蒸汽溫度108.991.254.7各效溫度差損失0.91.52.2（由完成液溶度，從指導書的表12可查得糖液密度；再根據(jù)算得） i=0.9+1.5+2.2=4.6 (3) 因管路流動阻力而引起的溫度差損失為取經(jīng)驗值1 (4)蒸發(fā)裝置的總溫度差損失為=i+i+i=4.06+3+3.8=10.86 (5)各效溶液的沸點和有效總溫度差表4 效數(shù) 參數(shù)第1效第2效第3效二次

9、蒸汽溫度108.991.254.7各效總溫度差損失2.313.445.91各效溶液沸點110.3693.358.59 (根據(jù)可算得各效溶液的沸點)從化工原理附錄十，可查得 P1=200 k Pa T1=120.2 1=2204kJ/kgk=20.0 kPa Tk=60.1 有效總溫度差t=(T1-TK)- =(120.2-60.1)-10.86=59.24（三）多效加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量第一效：焓衡算式為：W1=1D11/1+FCpw(t0-t1)/ 1沸點進料 t0=t1 又 熱利用系數(shù)取1=0.98W1=1D11/1=0.98 D1×2204.3/2214.9=0.98D1

10、第二效：焓衡算式為：W2=2W12/2+（FCp0- W1Cpw ）×(t1-t2)/ 2（取2=0.98）Cp0=4.187×1-（0.71-0.0018×120.2+0.0011×0.205）×20.5/100=3.76KJ/kgW2=0.98×2204.4W1/2280.3+(7800×3.76-4.187W1)×(120.2-108.9)/2280.3 =139.01+0.93W1第三效：焓衡算式為：（取3=0.98） Cp0=4.187××108.9+0.0011×0.297

11、）×29.7/100=3.55KJ/kg W3=0.98×2280.3 W2/2367.5+(7800×3.55-4.187 W2-4.187 W1)×() /2367.5 =417.98+0.81W1又W= W1+ W2+ W4=7241.4kg/h D1=2489.2kg/hW1=2439.5kg/h； W2=2407.7kg/h； W3=2467.18kg/h；（四）、傳熱面積由公式：Si=Qi / kiti ； Qi = Dii ； ti =Ti - ti Ki=465Ti/xi表5第1效第2效第3效各效加熱蒸汽消耗Di kg/h2439.524

12、07.72467.18各效加熱蒸汽蒸發(fā)熱i KJ/kg2204.32280.32367.5各效傳熱系數(shù) Ki kcal/m3.h.2794.58 1750.79 731.72 各效加熱蒸汽溫度Ti 120.2108.991.2各效溶液沸點ti 110.490.358.6ti =Ti - ti 9.818.632.6各效的傳熱面積Si/m256.92 57.31 58.55 取平均傳熱面積為S=1.1×（S1+S2+S3）/3=63.35五、計算結(jié)果匯總列表：表12 效數(shù)參數(shù)第1效第2效第3效冷凝器加熱蒸汽溫度Ti 120.2108.991.257.6操作壓強Pi/kPa2001387

13、6.618.0溶液沸點ti 110.490.358.6各效完成液濃度Xi /%20.529.758.0蒸發(fā)水量Wi kg/h2194.42413.82633.3生蒸汽消耗量D kg/h2439.5最終有效溫度差ti 9.818.632.6總有效溫度差ti59.24平均傳熱面積S m263.35六、蒸發(fā)器的主要尺寸（一）加熱室1.管子數(shù)目n及中央循環(huán)的直徑D2（內(nèi)徑）的計算蒸發(fā)器加熱管選用42×3mm，管長L=1.5m 管子數(shù)目 n=A/dHL=63.35/(3.14×42×10-3×1.5)=321（根）按三角形排列管束，管間距取54mm2.管板直徑 D

14、1（外徑）D1=1.15tn1/2=1.15×54×3211/2=1112.6mm圓整D1=160018m化工過程與設備課程設計指導書3.中央循環(huán)的直徑D2（內(nèi)徑）D2=（0.36nd02）1/2=0.36×321×(42-6)21/2=386.9mm圓整D2=500×10.0 （二）蒸發(fā)室1蒸發(fā)室直徑D3為了使結(jié)構(gòu)簡化，一般取蒸發(fā)室直徑和加熱室直徑相同 D3=D1=160018m 2.蒸發(fā)室高度H考慮到除沫器與輔助設備安裝，為方便蒸發(fā)器與原料液分離充分，蒸發(fā)器高度取為加熱管長的1.6倍H=1.6×1.5=2.4m(三)接管尺寸1.進

15、料管與出料管尺寸（根據(jù)物料蒸發(fā)特點，進出料管尺寸相同）u1=1.1m/sd1=(4VS1/u1)1/2=410000/(3.141.136001063)1/2=55.01mm2二次蒸汽出口管路取u2=50m/s W3=2633.3kg/h T3=54.7 =0.1043kg/m3 d2=(4W/u2)1/2=42633.3/(3.14x0.1043x3600x50)1/2=422.7mm3冷凝水出口管路取u2=0.5m/s W3=2633.3kg/h =1000kg/ m3d3=(4VS3/u3)1/2=42633.3/（35）1/2=43.16mm4. 生蒸汽進口尺寸取u4=25m/s P1=200kPa =7.840kg/m3 D1=2439.5kg/hD=(4 D1/u4)1/2=42439.5/（3.142536007.840）1/2=126.36mm（四）設計結(jié)果匯總表13 蒸發(fā)器尺寸設計總表設計部件名稱尺寸加熱室傳熱面積 /m263.35中央循環(huán)管直徑 /mm500×10.0管板直徑 /mm160018m加熱管根數(shù)321加熱