真空浓缩设备的设计解读

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真空浓缩毕业设计说明书

任务名称：真空浓缩设备的设计

设计人：

指导教师：

班级组别：

设计时间：2013.4.1-2013.6.5

成绩:

目录

1、设计说明书 (2)

2、设计方案的确定 (3)

3、方案说明 (4)

4、物料衡算 (5)

5、热量衡算 (5)

6、工艺尺寸计算 (9)

7、附属设备尺寸计算 (15)

8、主要技术参数 (17)

9、计算结果汇总 (17)

10、设备流程及装备图 (18)

11、参考文献 (21)

第1章真空浓缩装置

设计进料为2吨/小时的单效真空浓缩装置，用于浓缩天然乳胶的生产。已知进料浓度为30%，成品浓度为60%，蒸发器真空度为0.085MPa。加热蒸汽的压力为0.143MPa。

1.1原始数据：

1、原料：浓度为30%的天然乳胶

2、产品：浓度为60%的天然乳胶

3、生产能力：进料量二吨每小时，一天工作10个小时

4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力为0.143MPa。

5、压力条件：蒸发器为0.085 MPa的真空度

1.2设计要求内容：

1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。

2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、传热面积等。

3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺

寸等。

4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用

5、流程图及装配图绘制

1.3设计要求

1、设计说明书一份；

2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等；

3、蒸发器流程图和装配图

第2章设计方案的确定

2.1蒸发器的确定

选用降膜式蒸发器。在降膜式蒸发器内，溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，液膜传热热阻较小，即使在较低的传热温度差(如5～10℃)下，传热系数也较大。由于溶液不循环，在蒸发器中的停留时间短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发。而且，整个溶液的浓度，也不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，故由于溶液蒸汽压降低所引起的温度差损失就相对小些。此外，因是膜状流动，故液柱静压强引起的温度差损失可以略去不计。所以在相同操作条件下，这种蒸发器的有效温度差较大。由于蒸发管很长，料液沸腾时所生成的泡沫极易在管壁上因受热而破裂，因此降膜蒸发器又适用于蒸发易生成泡沫的料液，同时也适用于蒸发粘度较大的料液。因为天然乳胶粘度大，又是热敏性物料，所以选择降膜式蒸发器。另外降膜式蒸发器的造价相对于其他蒸发器相对较低。所以综合考虑后选择降膜式蒸发器。

1.蒸发器的效数：单效真空蒸发。虽然知道双效比单效节能，但是天然乳胶必须在低温条件

下生产，为了保证质量只得选用单效。对于天然乳胶这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。

2.操作压力：直接饱和蒸汽加热，压力为0.143MPa。。

3.辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器

第3章方案说明

本流程采用直接蒸汽加热，单效降膜式蒸发器蒸发。使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。

3.1设备流程：

1）物料：天然乳胶通过预热管预热，然后由顶部液体分布器均匀进入加热管内，由上而下靠自身重力拉成薄膜状，通过壳层的热源使其内部水分产生蒸发。料液聚集到倾斜的底部，与蒸发产生的二次蒸汽一起进入分离室。蒸汽从顶部经捕集器净化后吸出，浓缩液流由分离室底部流出，由分离室出来的物料浓度达到所要求60％。

2）加热蒸汽：Ⅰ效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给。一效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。

3）本流程采用直接蒸汽加热，单效降膜式蒸发器。使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持天然乳胶的沸腾，需要不断供给热量。必须顺速排除二次蒸汽；如不及时排除二次蒸汽，又会凝结成水回到天然乳胶中去。本操作中将二次蒸汽引入冷凝器冷却。

4.1蒸发水量的计算:

每小时处理量：

∵⎪⎪⎭⎫

⎝

⎛-=n x x F W 0

1 （常用化工单元设备设计153页 4-2）

h Kg x x F W /1000)60

30

1(2000)1(10=-⨯=-

= 式中0F —原料处理量，kg/h ；

x 0——进蒸发器料液的浓度，质量百分比；

x 1——出蒸发器料夜的浓度，质量百分比； W ——水分蒸发量kg/h ；

4.2成品产量：F 1=0F -W=2000-1000=1000 kg/h

日处理量：每天10小时：2000×10=20 吨/日

5.1有关参数

（1） 总蒸发量：1000 kg/h （2） 进料： 1x =30% 1T =110℃

出料： 2x =60% 2T =95℃ （3） 真空度分配：

蒸发器： 1P =0.85×105

P a （查得此压力下饱和蒸汽温度 1T =95℃）

来自《食品工程原理》841页饱和水蒸汽表

二次蒸汽的热参数值如下表

5.2加热蒸汽消耗量的计算

加热蒸汽用量可通过热量衡算求得（查食品工程原理719页 11-10）

Ql Dhw h W F W H Fh DH ++-+=+10)(' 式中：

H ——加热蒸汽的焓，kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓，kJ/kg ; h0 ——原料液的焓，kJ/kg ; h1 ——完成液的焓，kJ/kg ; hw ——加热室排出冷凝液的焓，kJ/h ; Q ——蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h ; QL ——热损失，可取Q 的某一百分数，kJ/kg ;

若原料由预热器加热至沸点后进料（沸点进料），即t0=t1，并不计热损失，则式可写为：

r Wr D '=

或 r r W D '=

式中：D/W 称为单位蒸汽消耗量，它表示加热蒸汽的利用程度，也