食品工程原理課程設(shè)計(jì)-雙效并流降膜式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì)授課時(shí)間：20122013年度 第 2學(xué)期題 目： 雙效并流降膜式蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 課程名稱： 化工原理課程設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí)： 食品科學(xué)與工程2010級(jí) 學(xué) 號(hào)： 1005100220 姓名： 王鵬 指導(dǎo)教師： 謝毅 黃麗 2013年7月11 日目錄 TOC o 1-1 h z t 標(biāo)題 2,2,標(biāo)題 3,3 HYPERLINK l _Toc360956162 第1章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc360956162 h - 2 - HYPERLINK l _Toc360956163 第2章 工藝流程圖及說明 PAGEREF _Toc360956163 h - 3 - HYPER

2、LINK l _Toc360956164 第3章 工藝計(jì)算及主體設(shè)備選型； PAGEREF _Toc360956164 h - 3 - HYPERLINK l _Toc360956165 3.1 估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度 PAGEREF _Toc360956165 h - 3 - HYPERLINK l _Toc360956166 3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積估算 PAGEREF _Toc360956166 h - 7 - HYPERLINK l _Toc360956167 42接管尺寸的確定 PAGEREF _Toc360956167 h - 9 - HYPERLINK l _Toc36095

3、6168 421溶液進(jìn)出口 PAGEREF _Toc360956168 h - 9 - HYPERLINK l _Toc360956169 422加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口 PAGEREF _Toc360956169 h - 10 - HYPERLINK l _Toc360956170 423冷凝水出口 PAGEREF _Toc360956170 h - 10 - HYPERLINK l _Toc360956171 第5章 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備 PAGEREF _Toc360956171 h - 10 - HYPERLINK l _Toc360956172 51氣液分離器 PAGEREF _To

4、c360956172 h - 10 - HYPERLINK l _Toc360956173 52蒸汽冷凝器 PAGEREF _Toc360956173 h - 11 - HYPERLINK l _Toc360956174 521由計(jì)算可知,進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計(jì)算得到冷凝器的直徑D PAGEREF _Toc360956174 h - 11 - HYPERLINK l _Toc360956175 第6章 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc360956175 h - 16 - HYPERLINK l _Toc360956176 第7章 設(shè)計(jì)評(píng)述 PAGEREF _Toc36095617

5、6 h - 16 -課程名稱： 化工原理課程設(shè)計(jì) 填寫時(shí)間：_2011_年_12_月_2_日課程設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：雙效并流蒸發(fā)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：采用雙效并流加料將11 %的果汁濃縮到46 %。蒸發(fā)能力： 18000 kg/h；第I效的加熱蒸汽壓力：67.48kPa(絕壓)；冷凝器的絕壓為：8.173 kPa；第I效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：1100 W/(m2K)；第II效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：850 W/(m2K)設(shè)計(jì)內(nèi)容：計(jì)算蒸發(fā)器的傳熱面積設(shè)計(jì)的基本要求、任務(wù)、研究的問題通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通、獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工單元操作的設(shè)計(jì)任

6、務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。完成設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介、蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工藝流程圖設(shè) 計(jì)進(jìn) 度安 排1月3日，布置任務(wù)，查閱、收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料、參考文獻(xiàn)等；4月7日，完成設(shè)計(jì)計(jì)算；8月11日，完成設(shè)計(jì)說明書。 第1章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介化工原理課程設(shè)計(jì)要求我們綜合運(yùn)用化工原理、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)、化工儀表自動(dòng)化等課程及有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以化工單元操作為主的一次工程設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括化工工藝設(shè)計(jì)和化工設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從而對(duì)我們進(jìn)行一次設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的書本知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過課程設(shè)計(jì)，要求能夠綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成

7、指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。蒸發(fā)操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強(qiáng)（或溫度），冷凝器的操作壓強(qiáng)（或溫度）的確定，正確選擇蒸發(fā)的操作條件，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極為重要。本課程設(shè)計(jì)是雙效并流設(shè)計(jì)。第2章 工藝流程圖及說明第3章 工藝計(jì)算及主體設(shè)備選型；3.1 估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度每小時(shí)水分蒸發(fā)量： （常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)153頁） kg/h式中原料處理量，kg/h；x0進(jìn)效蒸發(fā)器料液的濃度，質(zhì)量百分比；x2出效蒸發(fā)器料夜的濃度，質(zhì)量百分比；W水分蒸發(fā)量kg/h；由常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì) P153取W1:W2=1:1.1故 W1=6521.739 (kg/h)W

8、2=18000-6521.739=7173.913(kg/h)其中，W1第效的蒸發(fā)量，kg/hW2第效的蒸發(fā)量，kg/h效二次蒸汽濃度=17.25%有關(guān)參數(shù)原料液總量：18000 kg/h（2） 進(jìn)料： =11% =89 出料： =46% =41.4來自食品工程原理741頁飽和水蒸汽表二次蒸汽的熱參數(shù)值如下表壓力(kPa)T()汽化潛熱(kg)效加熱蒸汽P=67.48=89 =2282.845效二次蒸汽P=29.81169=2333.054效加熱蒸汽P=28.536 =68=2335.565效二次蒸汽P=8.173=42冷凝處蒸汽P=7.752=41.3.2 估計(jì)各效溶液的沸點(diǎn)和有效總溫度差

9、式中：溫度差損失， 操作壓強(qiáng)下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高， 液層靜壓引起的溫度差損失，管路流動(dòng)阻力引起的溫度差， 常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高， 校正系數(shù)，無因次，其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為： 式中：操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的溫度， 操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg 式中：溶液內(nèi)部平均壓強(qiáng)，Pa 液面上方的壓強(qiáng)，Pa 溶液液層高度，m （該題設(shè)其液層高度為6m）溶液密度，kg/ m3 常壓下，11的蔗糖溶液水果原汁沸點(diǎn)變化情況與一般果汁相同故使用內(nèi)插法常溫下果汁沸點(diǎn)升高 () ()由于靜壓強(qiáng)，降膜式蒸發(fā)器：1=2=0() 1 () 兩效果汁的沸點(diǎn)分別為：tt=壓力(kPa)T()汽化

10、潛熱(kJ/kg)效加熱蒸汽P=67.48=89 2282.845效料液P=32.307t=70.118=2329.879效二次蒸汽P=29.81169=2333.054效加熱蒸汽P=28.536 =682335.565效料液P=9.070t=43.992=2392.887效二次蒸汽P=8.173=42冷凝處蒸汽P=7.752=41 .3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算第i效的焓衡算式為：有上式可求得第i效的蒸發(fā)量，若在焓衡算式計(jì)入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時(shí)，尚需考慮熱利用系數(shù)一般溶液的蒸發(fā)，x（式中x為溶液的濃度變化，以質(zhì)量分率表示）。第i效的蒸發(fā)量的 計(jì)算式為式中 第i效的

11、加熱蒸汽量，kg/h，當(dāng)無額外蒸汽抽出時(shí)= ； 第i效加熱蒸氣的汽化潛熱，kJ/kg ； 第i效二次蒸氣的汽化潛熱，kJ/kg；原料液的比熱 ， ； 水的比熱，；，-分別為第i效及第i-1效溶液的沸點(diǎn)，；第i效的熱利用系數(shù)無因次，對(duì)于加熱蒸汽消耗量，可列出各效焓衡算式并與式聯(lián)解而求得。 =0.98 第一效的焓衡量式為: =0.98進(jìn)料，=3.91kJ/(kg.)， =4.187 kJ/(kg.)，查課本附錄九得=2125.4 kJ/kg,對(duì)于沸點(diǎn)進(jìn)料，= =0.982329.879/2333.054 =0.98 (a) 同理第二效的熱衡算式為:=0.98所以 =0.982392.887/239

12、7.908+(180003.91-4.187)(70.118-43.992)/2397.908=0.933+751.477 (b) 又+=13695.652 (d) 聯(lián)立(a),(b),(c)式,解得:=6696.42kg/h；=6999.23 kg/h= 6833.08 kg/h3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積估算任意一效的傳熱速率方程為:= 式中 第i效的傳熱速率，W第i效的傳熱系數(shù)，W/（m2.） 第i效的傳熱溫度差， 第i效的傳熱面積，m2 在雙效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即 Q1=D1r1=6833.082329.8791000/3600=4.42106W

13、Q2=W1r2=6696.422392.8871000/3600=4.45106W誤差為 誤差很小，在誤差允許范圍之內(nèi),故計(jì)算得各效蒸發(fā)面積合理。其各效溶液濃度無明顯變化不必再算?？紤]到各種損失，安全系數(shù)取1.1故S1=1.1S1=1.1 212.80=234.08 m2S2=1.1S2=1.1 218.06=239.87 m2效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度()896742操作壓強(qiáng)Pi/ (KPa)67.4827.3078.173溶液沸點(diǎn)ti70.11843.992完成液濃度(%)17.2546蒸發(fā)水量Wi Kg/h6696.426999.23生蒸汽量D Kg/h6833.08傳熱面積Si m22

14、34.08239.87.第4章.工藝尺寸計(jì)算4.1加熱管及加熱室的選擇 加熱管的選擇和管數(shù)確定 根據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)162頁，蒸發(fā)器通常采用382.5mm不銹無縫鋼管，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)管長(zhǎng)L=9 m 當(dāng)加熱管的規(guī)格和長(zhǎng)度確定后，可由下式初步估算所需管子數(shù) 根根式中 S傳熱面積，； 加熱管直徑，m； L管子長(zhǎng)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(jì)算ni的管長(zhǎng)應(yīng)用（L-0.1）m 加熱室殼體直徑的計(jì)算：管心距一般為外徑的1.25-1.5倍，則選用正方形排列，管心距取1.25 38=48mm加熱室內(nèi)和加熱管數(shù)采用作圖法，具體做法是先計(jì)算管束中心線上的管數(shù)nc,管子按正方形排

15、列時(shí)：nc1=1.19 根 nc2 1.19根 取 式中 D殼體直徑，m； t 管間距，m； nc沿直徑方向排列的管子數(shù) 最外層管中心到殼體內(nèi)壁的距離， 內(nèi)徑根據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)163頁為了工程上安裝方便，取實(shí)際內(nèi)徑為1000mm42接管尺寸的確定流體進(jìn)出口的內(nèi)徑按下式計(jì)算式中 流體的體積流量m3/h ；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。421溶液進(jìn)出口 于并流加料的三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設(shè)備尺寸一致的話，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90X2.5mm規(guī)格管。422加熱蒸氣進(jìn)口與二次蒸汽出口 各效結(jié)構(gòu)尺

16、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40m/s，所以取610X6.0mm規(guī)格管。423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168X4.0mm規(guī)格管。第5章 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備51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。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

17、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=0.40.5 D1D0二次蒸汽的管徑，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，m則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子，則 D0=245D1=245mm D2=367.5mm D3=490mm H=490mm h=98mm選取二次蒸汽流出管： 除霧器內(nèi)管： 除霧器外罩管：52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)

18、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。現(xiàn)采用多孔板式蒸汽冷凝器：521由計(jì)算可知,進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計(jì)算得到冷凝器的直徑D 取D=377mm 機(jī)組號(hào)項(xiàng)目效蒸發(fā)器效蒸發(fā)器進(jìn)料濃度4.5%6.31%進(jìn)料溫度61.1-進(jìn)料量kg/h47162047.68二次蒸汽壓力MPa0.0210.008蒸汽溫度61.141.4出料濃度6.31%28%出料量kg/h2047.68716計(jì)算結(jié)果匯總表料液處理量，kg/h4716蒸發(fā)水量,kg/h4000產(chǎn)品產(chǎn)量, kg/h716蒸汽用量, kg/h2047.68冷凝水用量，

19、kg/h78700效蒸發(fā)器直徑,m1.6效蒸發(fā)器直徑,m1.8效蒸發(fā)器傳熱面積, m213.68效蒸發(fā)器傳熱面積, m270.56效蒸發(fā)器高度,m3.2效蒸發(fā)器高度，m3.6加熱管尺寸,mm 上循環(huán)管直徑，m0.32下循環(huán)管直徑，m0.52加熱蒸汽進(jìn)口管徑，mm219效二次蒸汽出口進(jìn)入效的管徑，mm245效二次蒸汽的出口管徑，mm325分布器旋液式捕集器慣性捕集器冷凝器水噴式冷凝器設(shè)備流程及裝備圖（一）設(shè)備流程圖（二）一效蒸發(fā)器簡(jiǎn)圖（三）慣性捕集器第6章 參考文獻(xiàn)1 賈紹義，柴誠(chéng)敬主編. 化工原理課程設(shè)計(jì)M. 天津：天津大學(xué)出版社，2002.2 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器M. 重慶：重慶

20、大學(xué)出版社，1990.3 魏兆燦. 塔設(shè)備設(shè)計(jì)M. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1988.4 聶清德編. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.5 袁林根. 機(jī)械工程手冊(cè)（第二版）M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.6 時(shí)鈞主編. 化學(xué)工程手冊(cè)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.7 匡國(guó)柱. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.8 陳英南，劉玉蘭主編. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)M. 廣東：華東理工大學(xué)，2005.9 任曉光.化工原理課程設(shè)計(jì)知道.化學(xué)工業(yè)出版社第7章 設(shè)計(jì)評(píng)述化工原理是在研究化學(xué)工業(yè)共性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。本課程屬于技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要研究化工生產(chǎn)中的物理加工過程，按