单效中央循环管蒸发器.
6.化工原理 蒸发 题目(含答案)
6.蒸发-概念题(题目)[一]单选择题(1) x06a02908为了提高蒸发器的生产强度A 应设法提高总传热系数或提高传热温度差, 或同时提高二者B 不应考虑传热系数问题, 而应设法提高传热温度差C 不应考虑传热温度差问题, 而应设法提高传热系数(2) x06a03037当加热蒸汽压力及冷凝器真空度相同,且每个蒸发器的传热面积、传热系数都相同,多效蒸发与单效蒸发操作相比较(1) 生产能力( ) (2) 经济性( ) (3) 生产强度( )(4) 有效温差( ) (5) 理论温差( )请选择以下答案之一填入A 多效蒸发大于单效蒸发B 多效蒸发小于单效蒸发C 多效蒸发与单效蒸发一样(3) x06a05009为了蒸发浓缩某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液,应采用A 并流加料流程B 逆流加料流程C 平流加料流程(4) x06a05010下列几条措施中, 哪一条不能提高加热蒸汽的经济程度?A 采用多效蒸发流程B 引出额外蒸汽C 使用热泵蒸发器D 增大传热面积(5) x06a05037真空蒸发时, 冷凝器操作压强的最低极限取决于A 冷凝水的温度B 真空泵的能力C 当地大气压力D 蒸发器的蒸发水量(6) x06b02038为了工业化蒸发浓缩粘度偏高的稀磷酸水溶液,应采取的适宜蒸发方式是A 并流多效真空蒸发C 逆流多效真空蒸发D 单效真空蒸发(7) x06b03036设计蒸发器时,为减少蒸发所需的传热面积并降低设备费,应选择以下哪几种方案A 高的加料温度B 低的加料温度C 高的蒸发室压力D 低的蒸发室压力E 高的加热蒸汽压力F 低的加热蒸汽压力[二]填空题(1) t06a01103在Q=Wr式中,W表示______________________________________。
(2) t06a01104用135℃的饱和水蒸汽在蒸发室中加热某液体,使之沸腾,操作条件下,液体的沸点温度为95℃,蒸汽冷凝在饱和温度下排出,则传热的推动力为_________。
中央循环管式蒸发器工作原理
中央循环管式蒸发器工作原理中央循环管式蒸发器属于自然循环型的蒸发器。
中央循环管式蒸发器是指由垂直管束组成,管束中央有一根直径较粗的管子。
细管内单位体积溶液受热面大于粗管的,即前者受热好,溶液汽化得多,因此细管内汽液混合物的密度比粗管内的小,这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。
粗管称为降液管或中央循环管,细管称为沸腾管或加热管。
它的加热室由管径为25mr——75mn,长度为1m——2m(长径之比约为20-4)的直立管束组成,在管束中央安装一根较程的管子。
操作时,管束内单位体积溶液的受热面积大于粗管内的,即前者受热好,溶液汽化的多,因此细管内的溶波合汽量多,数使密度比粗管内溶液的要小,这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的循环运动,做故粗管除称为中央循环管外还称为降液管,细管称为加热管或沸凋管。
为了促使溶液有良好的循环,设计时取中央循环管截面积为加热管束总截面积的40%-10%.它是工业生产中广泛使用且历史悠久的大型蒸发器,至今在化工、轻工、环保等行业中仍被广泛采用。
该设备与盘管式浓缩罐相类似,适用于鱼浆、木糖、牛奶、豆浆、果汁、蕃茄汁、淀粉糖、木糖、葡萄糖等热敏性、高粘度物料的浓缩。
中央循环管式蒸发器工作过程
中央循环管式蒸发器工作过程
一、原液进入蒸发器
蒸发器是利用热能将原液加热变成蒸气的一种设备。
原液通过管道进入蒸发器的第一级,经过加热后,液体中的部分水分开始蒸发,原液转化为浓缩液。
二、加热蒸发
在蒸发器中,原液通过加热管进行加热,随着温度的升高,原液中的水分逐渐蒸发,浓缩液的浓度逐渐增加。
热能来源可以是蒸汽、电能或其它热源。
三、蒸发出来的流体气相流向同步器
从蒸发器中蒸发出来的流体气相流向同步器。
同步器的作用是调节蒸发器和浓缩液排出管道之间的压力差,确保蒸发器内部压力稳定,使蒸发过程能够持续稳定地进行。
四、同步器的工作原理
同步器由两部分组成:一部分是气相管道,另一部分是
液相管道。
气相管道与蒸发器出口相连,液相管道与浓缩液排出管道相连。
当蒸发器内部压力升高时,气相管道中的压力也会随之升高,而液相管道中的压力变化不大,这样就会产生压力差,使浓缩液从液相管道流向气相管道,从而维持蒸发器内部的压力稳定。
五、浓缩液排出
从同步器流出的浓缩液通过管道进入下一级处理设备或者直接收集起来。
浓缩液的排出速度和浓度可以根据实际需要进行调节和控制。
六、中央循环管的作用
中央循环管是蒸发器的重要组成部分,它可以将加热后的溶液进行循环流动,增加溶液在蒸发器中的停留时间,从而提高蒸发效率。
同时,中央循环管还能防止溶液在蒸发器内壁形成热阻层,保证传热效率。
综上所述,中央循环管式蒸发器的工作过程包括原液进入蒸发器、加热蒸发、蒸发出来的流体气相流向同步器以及浓缩液排出等步骤。
通过这些步骤,原液可以转化为浓缩液并排出,实现物质的分离和提纯。
蒸发的方式及流程
第五章 蒸发
*
蒸发是分离液相均一系(溶液)的单元操作之一。这种操作是将溶液加热,使其中部分(或全部)溶剂气化并不断除去,以提高溶液中的溶质浓度。被蒸发的溶液由挥发性的溶剂和不挥发的溶质所组成,因此蒸发也是挥发性溶剂和不挥发溶质的分离过程。用来实现蒸发操作的设备称为蒸发器。
*
图5-11 单中,从溶液中蒸发出来的溶剂量可通过物料衡算来确定。 现对图5-11所示的单效蒸发器作溶质的物料衡算。进入和离开蒸发器的溶质量不变,
即: 由此可求得溶剂的蒸发量为: 完成液的浓度为: 式中:F—溶液的进料量(kg/h); W—溶剂的蒸发量(kg/h); xw0—原料液中溶质的质量分率; 的概念 将几个蒸发器顺次连接起来协同操作以实现二次蒸汽的再利用,从而提高加热蒸汽利用率的操作,称为多效蒸发。每一个蒸发器称为一效。通入加热蒸汽(生蒸汽)的蒸发器称为第一效。用第一效的二次蒸汽作为加热蒸汽的蒸发器称为第二效,用第二效的二次蒸汽作为加热蒸汽的蒸发器称为第三效,依此类推。 多效蒸发的流程 顺流加料 逆流加料 平流加料
*
图5-4 在垂直加热管内汽、液两相的流动状态
料液在加热管内沸腾和流动情况对长管蒸发器的蒸发效果有很大时进入加热管,料液被加热,温度上升,料液因在管壁与中心受热程度不同而产生自然对流,此时尚未沸腾,溶液为如图5-4(a)所示的单相流动;当温度升高至沸点时,溶液沸腾而产生大量气泡,如图5-4(b)所示,气泡分散于连续的液相中,此时管内开始两相流动;随着气泡生成数量的增多,由于许多气泡汇合而增大形成如图5-4(c)所示的片状流;气泡进一步增大形成如图5-4(d)所示的柱状流动或称气栓;继而柱栓破裂,而形成如图5-4(e)所示的环状流动体系;此后在管子中央形成蒸汽柱,上升的蒸汽柱将料液拉曳成如图5-4(f)所示的一层液膜沿管壁迅速上升;随着上升气速进一步增大,则由于雾沫夹带,在蒸汽柱内形成如图5-4(g)、(h)所示的带有液体雾沫的喷雾流。在上述现象中,以柱状流动的传热系数最大,因此操作时希望使柱状流占整个管长的比例尽量增大。
了解蒸发器的结构及选型55
6
7
5)强制循环蒸发器 循环速度高达2.0~5.0m/s。 处理粘度大、易结沟或易结晶的溶液。
8
9
2.膜式式(单程型)蒸发器
1)升膜蒸发器: 加热管长径比为100~150,管径为25~50mm。二
次蒸汽在加热管内的速度为20~50m/s,减压下为: 100~160m/s。
处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶 液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。
7
8
1.基本关系
1)物料衡算 对整个蒸发系统作溶质衡算,可得:
Fx0 F W xn
W
Fxn
xn
x0
F1
x0 xn
W W1 W2 Wn
9
对任一效作溶质衡算,可得:
Fx0 F W1 W2 Wi xi i 2
xi
F
W1
Fx0 W2
Wi
0
2)焓衡算
以00C的液体为基准,忽略热损失,可得: 第一效:
Fh0
D1 H1
hw
F
W1 h1
W1
H
1 1
若溶液的稀释热,且加热蒸汽的冷凝液在饱和温度
下排出,可得:
Q1 D1r1 Fc p0 t1 t0 W1r11
1
第i效:
Qi Di ri
Fc p0 W1c pw W2c pw Wi1c pw ti ti1 Wi ri1
H hw
0
若加热蒸汽的冷凝液在蒸汽的饱和温度下 排除,则:
D WH F W h1 Fh0 QL
r
1
2
2)溶液的稀释热可以忽略时
溶液的焓可以由比热算出,则:
h0 c p0 t0 0 c p0t0 h1 c p1 t1 0 c p1t1 hw c pw T 0 c pwT
中央循环管式蒸发器原理
中央循环管式蒸发器原理
一、加热室原理
中央循环管式蒸发器的加热室位于蒸发器的底部,由加热管组成。
加热管内通入蒸汽或热水,通过加热管将热量传递给管外的料液。
加热室的设计要考虑到传热效率和均匀性,以保证料液在加热管周围均匀受热,避免局部过热或结垢。
二、蒸发室原理
蒸发室是中央循环管式蒸发器的主体部分,位于加热室之上。
蒸发室内充满待蒸发的料液,加热后的料液在蒸发室中蒸发,产生蒸汽。
蒸发室的设计要考虑到蒸汽的逸出和料液的循环流动,以保持蒸发过程的稳定进行。
三、循环管原理
中央循环管式蒸发器的循环管位于蒸发器顶部,连接加热室和蒸发室。
循环管的作用是将加热后的料液引入蒸发室进行蒸发,并将产生的蒸汽送回加热室进行冷凝。
循环管的长度和直径根据蒸发器的设计参数确定,以保证良好的循环流动和传热效果。
四、液位控制原理
中央循环管式蒸发器的液位控制是保证蒸发过程稳定进行的重要环节。
液位控制通过调节进入蒸发器的料液流量来实现。
当蒸发器内的料液液面下降时,液位传感器会发出信号,控制料液泵增加进料量;当蒸发器内的料液液面上升时,液位传感器会发出信号,控制料液泵减少进料量。
通过液位控制,可以保持蒸发器内的料液液面稳定,避免因液面波动而影响蒸发过程的稳定进行。
总之,中央循环管式蒸发器的工作原理是通过加热室将热量传递给料液,使其蒸发产生蒸汽;通过循环管将蒸汽送回加热室进行冷凝,形成循环流动;通过液位控制保持蒸发器内的料液液面稳定。
这些原理共同作用,实现了中央循环管式蒸发器的稳定运行和高效蒸发。
05_蒸发
第五章 蒸发1. 在单效中央循环管蒸发器内,将10%(质量分数,下同)NaOH 水溶液浓缩到25%,分离室内绝对压强为15kPa,试求因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高及相应的沸点。
解:15a kP 压力下.饱和蒸汽的温度为53.5C .汽化热为2370/KJ kg(1).由附录查得的数值求算由于溶液在加热管内不断循环,管内溶液始终接近完成液组成,故以25的组成计算沸点升高,常压下,25NaOH 水溶液的沸点为113.1C ,故 '22113.110013.10.0162(273)0.0162(53.5273)0.7292370a CT f r =-=⨯+⨯+=== 操作条件下的沸点升高值为'0.72913.19.55a f C ==⨯=操作条件下的沸点9.5553.563.05t C =+=(2).用杜林直线求算根据53.5w t C =及组成25,由教材图5-12查得操作条件下溶液沸点为63C6353.59.5C =-=(3).利用经验公式计算2210.14210.1420.25 1.0355150.75 2.71150.750.25 2.710.258.744m k x y x x =+=+⨯==-=⨯-⨯=由于''''8.744 1.035553.564.1464.1453.510.64m A w A m w y t kt t y kt C C=-∴=+=+⨯==-=2. 上题的NaOH 水溶液在蒸发器加热管内的液层高度为1.6m,操作条件下溶液的密度约为l230kg/m 3。
试求因液柱静压强引起的沸点升高及溶液的沸点。
解:液层中部压强为312309.81 1.615102465324.6522m a a glP P P kP ρ⨯⨯=+=⨯+≈与24.65a kP 对应的蒸汽温度为63.1C ,故'''''63.153.59.69.559.619.15C C =-==+=+=∑沸点53.519.1572.65t C =+= 3. 前两题的溶液在传热面积为铀矿的蒸发器内,用绝对压强为120KPa 的饱和蒸汽加热。
夏清主编的《化工原理》(第2版)上册-配套题库-课后习题-第5章 蒸 发【圣才出品】
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溶液的稀释热效应。
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解:需要蒸发的水量
由蒸发室真空度为 80kPa,且当地大气压为 100kPa,则绝对压强为 20kPa,查得 T'=59.7℃,r'=2356kJ/kg。
因为原料沸点进料,所以原料液的传热速率
又由题意知温差损失 18℃,则溶液沸点为
则由总传热速率方程得
故
查得 109.5℃时的加热蒸汽的压强为 143kPa。
6.在双效并流蒸发设备中,每小时蒸发 1000kg 的 10%某种水溶液。第一效完成液 的组成为 15%,第二效的为 30%。两效中溶液的沸点分别为 108℃和 95℃。试求溶液自 第一效进入第二效时因温度降低而自蒸发的水量及自蒸发量占第二效中总蒸发量的百分数。
解:第一效蒸发的水量
在第二效操作下,
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自蒸发水量
两效共蒸发水分
则第二效蒸发的水量
自蒸发水分占第二效蒸发百分数为
1.并流加料的多效蒸发装置中,一般各效的总传热系数逐效减小,而蒸发量却逐效 略有增加,试分析原因。
解:因为操作中溶液沸点上升,溶液粘度加大易析出固体晶体,同时由于后效溶液的 组成较前效高、且温度较低,所以传热系数随溶液流动方向的组成提高而逐渐下降。由于 后效溶液的沸点较前效低,故前效溶液进入后效时,会因过热而自动蒸发,因而可多产生 一部分二次蒸汽。
液温度为 40℃。分离室的真空度为 60kPa,加热蒸汽表压为 30kPa,蒸发器的总传热系
数为 2000W/(m2·℃),热损失很小可以略去不计。试求蒸发器的传热面积及加热蒸汽消
蒸发器的结构和类型.
职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库《化工单元操作》课程
项目九
蒸发及设备操作
任务一、蒸发流程的确定和主体设备的选择 ---蒸发器结构和类型
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蒸发设备
根据蒸发器中溶液的流动情况,把蒸发器分为循环型与非循环型(单 程型)两类。
(一)循环型蒸发器
特点:溶液在蒸发器中循环流动,溶液在蒸发器内停留时间长,溶液 浓度接近于完成液浓度。 由于引起循环运动的原因不同,分为自然循环型和强制循环型两类。
2 . 降膜蒸发器 原理:溶液预热后由加热室顶 部加入,经管端的液体分布器 均匀分配在各加热管内,在重 力作用下沿管内壁呈膜状向下 流动并进行蒸发,汽液混合物 从管下端流出,进入分离室, 汽、液分离后,完成液由分离 室底部排出。 适用:浓度高、粘度较大的溶
液。
不适用:易结晶、结垢的溶液。
这类蒸发器操作良好的关键是使溶液呈均匀的膜状沿各管内壁 向下流动,为此在每根加热管的顶部设置液体分布器。
4. 列文蒸发器 特点:在加热室上部设置沸腾室,加 热室的溶液由于受到上方沸腾室液柱 产生的压力作用,沸点升高使溶液不 在加热管中沸腾,上升到沸腾室时才
开始沸腾汽化。
优点:流动阻力小;循环速度高;传 热效果好;加热管内不易堵塞。
缺点:设备费高;厂房高,耗用金属
多。 适于处理有晶体析出或易结垢的溶液。
4.刮板薄膜蒸发器 原理:它的壳体外部装有加热蒸汽 夹套,壳体内装有旋转刮片。料液 由蒸发器上部沿切线方向加入后, 在重力和旋转刮片刮带下,溶液在 壳体内壁上形成旋转下降的液膜, 并在下降过程中不断被蒸发浓缩, 在底部得到完成液。 适用:易结晶、易结垢、高粘度的 溶液。 缺点:结构复杂,动力消耗大,传 热面积小,处理能力低。
蒸发器-中央循环管式蒸发器
标准蒸发器
一、标准蒸发器的原理
标准蒸发器也称为中央循环管式蒸发器,是一个由直立的加热管束组成的列管式换热器,管束中心的直径较大的管子称为中央循环管。
是目前应用较为广泛的蒸发设备。
操作时,液体由中央循环管下降,而由加热管束上升做循环流动。
蒸发的二次蒸汽和完成液分别从蒸发器顶部和底部排出。
循环管的截面积一般为管束总面积的40%-100%,管束直径25-75mm,管长与管径比20-40.溶液的循环速度在0.5m/s。
二、标准蒸发器的特点
1、标准蒸发器的优点
结构简单、制造方便、操作可靠、投资费用较小。
2、标准蒸发器的缺点
溶液的循环速度较低、传热系数较低、清洗和维修不够方便。
三、标准蒸发器的应用
中央循环管式蒸发器只适用于蒸发结垢不严重,只有少量结晶析出和腐蚀性小的料液。
5种循环型蒸发器分类及优缺点想涨姿势的童鞋快来
5种循环型蒸发器分类及优缺点想涨姿势的童鞋快来最近一本名叫《2015-2020年互联网+自然循环蒸发器运营模式研究报告》引起了部分业内工作者的注意。
我们都知道,蒸发器是化工厂常见的设备之一,这次报告就探讨了国内传统自然循环蒸发器企业在新形势下面临的新机遇与挑战,带来互联网思维融合自然循环蒸发器产业的新思考。
那么,作为化工人,我们对循环蒸发器本身又了解多少呢?今天,小7就给大家介绍一下。
循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作循环流动,根据造成液体循环的原理不同,又可将其分为自然循环和强制循环两种类型。
前者是借助在加热室不同位置上溶液的受热程度不同,使溶液产生密度差而引起的自然循环;后者是依靠外加动力使溶液进行强制循环。
目前常用的循环型蒸发器有以下几种:一、中央循环管式蒸发器简介:中央循环管式蒸发器的加热室由一垂直的加热管束(沸腾管束)构成,在管束中央有一根直径较大的管子,称为中央循环管,其截面积一般为加热管束总截面积的40~100%。
当加热介质通入管间加热时,由于加热管内单位体积液体的受热面积大于中央循环管内液体的受热面积,因此加热管内液体的相对密度小,从而造成加热管与中央循环管内液体之间的密度差,这种密度差使得溶液自中央循环管下降,再由加热管上升,形成自然循环流动。
操作时,管束内单位体积溶液的受热面积大于粗管内的,即前者受热好,溶液汽化的多,因此细管内的溶液含汽量多,致使密度比粗管内溶液的要小,这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的循环运动,故粗管除称为中央循环管外还称为降液管,细管称为加热管或沸腾管。
应用:中央循环管式蒸发器在过程工业中应用十分广泛,故又称为标准式蒸发器。
它适用于蒸发结垢不严重、有少量结晶析出和腐蚀性较小的溶液。
这种蒸发器的传热面积可高达数百平方米,传热系数约为600w/(m.℃)--3000w/(m.℃)优缺点:中央循环管式蒸发器是从水平加热室及蛇管加热室蒸发器发展而来。
6. 计算题-题目(修订版)
层次:A[3] j06a10011某溶液在单效蒸发器中进行蒸浓, 用流量为 2100kg/h 、温度为120℃、汽化潜热为2205kJ/kg的饱和蒸汽加热。
已知蒸发器内二次蒸汽温度为81℃,各项温差损失共为 9℃。
取饱和蒸汽冷凝的给热系数α1为8000W/m2k,沸腾溶液的给热系数α2为3500W/m2k。
求该蒸发器的传热面积。
假定该蒸发器是新造的, 且管壁较薄, 因此垢层热阻和管壁热阻均可忽略不考虑,且热损失可以忽略不计。
[4] j06a10012某单效蒸发器每小时将1000kg的 15%(质量百分数,下同)的NaOH溶液浓缩到 50%。
已知:加热蒸汽温度为 120℃,进入冷凝器的二次蒸汽温度为60℃,总温度差损失为45℃,蒸发器的总传热系数为1000W/m2℃,溶液预热至沸点进入蒸发器,蒸发器的热损失和稀释热可忽略,加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热可取相等,为2200kJ/kg。
试求:蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。
[5] j06a10014在真空度为91.3kPa下,将12000kg的饱和水急速送至真空度为93.3kPa的蒸发罐内。
忽略热损失。
试定量说明将发生什么变化,并算出发生的水汽的质量及体积。
水的平均比热为 4.18kJ/(kg℃)。
当地大气压为101.3kPa。
饱和水的性质为[6] j06a10015利用三效并流蒸发器浓缩某浓度的水溶液,用300 kPa (绝) 的饱和水蒸汽加热。
已知各效因溶液蒸汽压下降和液柱静压强所致的温度差损失分别为8、14及22℃。
忽略因管道流体阻力所致的温度差损失。
求冷凝器内真空度的极限值。
饱和蒸汽的性质为:(提示:本题求各效的有效传热温差△t i皆为零时冷凝器内真空度之值)[7] j06a10016在一单效蒸发装置中将某原料液进行浓缩,完成液的浓度为28%(质量%),操作条件下沸点为98℃。
为了减少生蒸汽的消耗量,用二次蒸汽四分之一的冷凝潜热把原料液从20℃预热至 70℃。
单效蒸发器蒸发计算方式
页眉内容单效蒸发器蒸发计算方式单效蒸发设计计算内容有: ①确定水的蒸发量; ②加热蒸汽消耗量; ③蒸发器所需传热面积。
在给定生产任务和操作条件,如进料量、温度和浓度,完成液的浓度,加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下,上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程求解。
一、蒸发水量的计算对图5-13所示蒸发器进行溶质的物料衡算,可得由此可得水的蒸发量(5—1)完成液的浓度(5—2)式中:F ——原料液量,kg/h ; W ——蒸发水量,kg/h ; L ——完成液量,kg/h ; x 0——原料液中溶质的浓度,质量分数;x 1——完成液中溶质的浓度,质量分数。
二、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,即对图5-13作热量衡算可得:(5—3)110)(Lx x W F Fx =-=)1(1x x F W -=W F Fx x -=1Lc 10Q Dh Lh WH Fh DH +++=+‘图5-13 单效蒸发器或(5—3a )式中:H ——加热蒸汽的焓,kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓,kJ/kg ; h 0 ——原料液的焓,kJ/kg ; h 1 ——完成液的焓,kJ/kg ;h c ——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 ; Q L ——热损失,可取Q 的某一百分数,kJ/kg ; c 0、c 1——为原料、完成液的比热,kJ/(kg ·℃) 。
考虑溶液浓缩热不大,并将H ´取t 1下饱和蒸汽的焓,则(9—3a )式可写成:(5—4)式中: r 、r ´——分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg 。
若原料由预热器加热至沸点后进料(沸点进料),即t 0=t 1,并不计热损失,则(4—5)式可写为:(5—5)或(5—5a ) 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,也称蒸汽的经济性。
中央循环管式蒸发器的工作原理
中央循环管式蒸发器的工作原理嘿,朋友们!今天咱来聊聊中央循环管式蒸发器的工作原理。
你看啊,这中央循环管式蒸发器就像是一个勤劳的小厨师,在默默地工作着。
它里面有一根粗粗的管子,就像厨师的大勺一样重要。
工作的时候呢,溶液就被送进这个蒸发器里啦。
这就好比食材被送进了厨房。
然后啊,通过加热,让溶液沸腾起来,就好像食材在锅里被煮得咕嘟咕嘟响。
这时候,产生的蒸汽就往上跑啦,而那些浓缩后的溶液呢,就会在管子里循环流动,就像小厨师在不断翻炒食材一样,让它们均匀受热,变得更加浓郁。
你说这神奇不神奇?就这么个装置,能把稀稀的溶液变得稠稠的。
它就像是一个魔法盒子,把普通的东西变得有价值了。
再想想,这中央循环管式蒸发器是不是特别厉害?它悄无声息地工作着,为我们的生活带来了很多便利呢。
比如说,在一些化工生产中,没有它可不行。
它就像一个默默奉献的幕后英雄,虽然我们平时可能不太注意到它,但它的作用可大了去了。
而且哦,它还特别稳定可靠呢。
就像一个忠实的伙伴,一直坚守在自己的岗位上,不离不弃。
不管遇到什么情况,它都能稳稳地运行,给我们带来满意的结果。
咱再深入想想,这中央循环管式蒸发器的工作原理其实也不难理解嘛。
就是加热、沸腾、循环,这么几个简单的步骤,却能发挥出巨大的作用。
这不就跟我们生活中的很多事情一样吗?看似简单的事情,只要坚持去做,就能产生意想不到的效果。
所以啊,朋友们,可别小看了这中央循环管式蒸发器哦。
它虽然看起来普普通通,但其实蕴含着大大的能量呢!它就像是我们生活中的那些平凡英雄,虽然不引人注目,但却在默默地为我们的生活做出贡献。
让我们为它点个赞吧!。
单效蒸发器蒸发计算方式
页眉内容单效蒸发器蒸发计算方式单效蒸发设计计算内容有: ①确定水的蒸发量; ②加热蒸汽消耗量; ③蒸发器所需传热面积。
在给定生产任务和操作条件,如进料量、温度和浓度,完成液的浓度,加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下,上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程求解。
一、蒸发水量的计算对图5-13所示蒸发器进行溶质的物料衡算,可得由此可得水的蒸发量(5—1)完成液的浓度(5—2)式中:F ——原料液量,kg/h ; W ——蒸发水量,kg/h ; L ——完成液量,kg/h ; x 0——原料液中溶质的浓度,质量分数;x 1——完成液中溶质的浓度,质量分数。
二、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,即对图5-13作热量衡算可得:(5—3)110)(Lx x W F Fx =-=)1(1x x F W -=W F Fx x -=1Lc 10Q Dh Lh WH Fh DH +++=+‘图5-13 单效蒸发器或(5—3a )式中:H ——加热蒸汽的焓,kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓,kJ/kg ; h 0 ——原料液的焓,kJ/kg ; h 1 ——完成液的焓,kJ/kg ;h c ——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 ; Q L ——热损失,可取Q 的某一百分数,kJ/kg ; c 0、c 1——为原料、完成液的比热,kJ/(kg ·℃) 。
考虑溶液浓缩热不大,并将H ´取t 1下饱和蒸汽的焓,则(9—3a )式可写成:(5—4)式中: r 、r ´——分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg 。
若原料由预热器加热至沸点后进料(沸点进料),即t 0=t 1,并不计热损失,则(4—5)式可写为:(5—5)或(5—5a ) 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,也称蒸汽的经济性。
食品工程原理第六章-传热单元操作精选全文完整版
1—加热室 2—中央循环管 3—二次 蒸汽室 4—除沫器 5—冷凝器
(二)压力蒸发、常压蒸发和真空蒸发 通常根据二次蒸汽的压强将蒸发分为压力蒸发、常压蒸发 和真空蒸发。 真空蒸发的特点如下: (1)在加热蒸汽温度不变的情况下,真空蒸发使物料的 沸点下降,从而加大了传热的温差; (2)由于物料的沸点降低,可以利用低温低压的蒸汽作 为热源,有利于节能; (3)低温防止了热敏性物料的变性和分解,但增大了溶 液的粘度,使传热系数降低。
0.0162 (273 76)2
f
0.85
2319
D’=fD’0=0.85×3.3=2.8℃
p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+76)]=40211 Pa
pm
p
Hg
2
40211
11260 9.81 2
40211 6180
46391
Pa
Δ"
3816.44
227.03 T'
第六章 传热单元操作
第一节 蒸发
一、概述
蒸发的定义:藉加热作用使部分溶剂汽化,从而与不挥 发性溶质分离的操作。
蒸发进行的条件: (1)溶剂可挥发,溶质不可挥发; (2)供给汽化用的热量; (3)除去二次蒸汽(防止闷罐)。
作为一种传热过程,蒸发具有以下特点:
(1)一侧沸腾,另一侧冷凝,T,t 均为常数;
(三)单效蒸发和多效蒸发
(四)多效蒸发的加料流程 (1)并流加料
1
2
3
T1>t1>T’1>t2>T’2>t3>T’3
优点:各效压强递降,物料自动过效;存在自蒸发,节约加 热蒸汽;操作方便。 缺点:末效浓度高,温度低,粘度高,加热蒸汽温度低,故 传热差。
单效外循环蒸发器工作原理
单效外循环蒸发器工作原理朋友,今天咱们来好好聊聊单效外循环蒸发器的工作原理,这东西在不少工业生产中可发挥着重要作用呢。
咱们先来说说这单效外循环蒸发器到底是干啥的。
简单来讲,它就是用来把溶液中的溶剂蒸发掉,从而让溶质浓缩或者得到固体产物的设备。
那它是怎么工作的呢?咱们一步一步来看。
要处理的溶液被送入蒸发器的加热室。
这个加热室就像是一个大“暖房”,里面有各种各样的加热装置,比如蒸汽加热管或者电加热元件。
溶液进入加热室后,就开始受热。
热量让溶液中的溶剂,比如说水,开始沸腾变成蒸汽。
这时候,产生的蒸汽就会离开加热室,进入到蒸发器的分离室。
这个分离室就像是一个“筛选器”,它的作用是把蒸汽和还没有蒸发的溶液分开。
在分离室里,蒸汽因为比较轻,会往上跑,而溶液因为比较重,就会往下沉。
往上跑的蒸汽会通过一个管道被引出蒸发器。
这些蒸汽通常会被送到冷凝器,在那里重新变成液体,然后被收集起来。
而分离室里往下沉的溶液呢,如果还没有达到我们想要的浓度,就会通过一个循环管道,再次回到加热室,继续接受加热,进行蒸发。
就这样,溶液在加热室和分离室之间不断循环,溶剂不断被蒸发出去,溶液的浓度也就越来越高。
比如说,我们要从一种稀的盐水溶液中提取盐。
把这个稀盐水溶液放进单效外循环蒸发器,经过一轮又一轮的加热和分离,水不断变成蒸汽被排出,盐水的浓度就会逐渐增加,最后就能得到比较浓的盐水,甚至可以进一步处理得到固体的盐。
在制药工业中,可能需要从某种药液中提取有效成分。
通过单效外循环蒸发器,可以把药液中的水分蒸发掉,让有效成分浓缩,方便后续的处理和制剂。
单效外循环蒸发器的工作效率和效果还会受到一些因素的影响。
比如说加热的温度和时间,如果温度太高或者加热时间太长,可能会破坏溶液中的一些成分;如果温度太低或者时间太短,又达不到理想的蒸发效果。
溶液的性质,比如浓度、粘度、沸点等等,也会对蒸发器的工作产生影响。
所以在实际使用中,需要根据具体的溶液情况,来调整蒸发器的工作参数,以达到最佳的效果。
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食品工程原理课程设计说明书番茄汁单效连续加料蒸发装置的设计姓名:学号:班级:年月日设计任务书目录1.前言1.1 概述1.2蒸发器选型2.单效蒸发工艺计算2.1 物料衡算2.2 热量衡算2.3 传热面积计算2.4 计算结果列表3.蒸发器主体工艺设计3.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.2 循环管的选择3.1.3 加热室直径的确定3.1.4 分离室直径与高度的确定3.2 接管尺寸的确定3.3 进料方式及加热管排布方式的确定3.3.1进料方式的确定3.3.2加热管排布方式的确定3.4 仪表、视镜与人孔的确定3.5 蒸发器主要部件规格列表4.蒸发装置的辅助设备4.1 气液分离器4.2 蒸汽冷凝器5.结语致谢附表参考文献1.前言1·1 概述食品工程原理是食品工程与科学专业主要课程之一,食品工业包含诸多的单元操作,如蒸发、结晶、杀菌等,本课程均有介绍。
本次设计题目为番茄汁单效连续加料蒸发装置的设计。
通过设计,一方面提高学生对食品工业单元操作的认识,另一方面加深学生对食品工程原理课程的理解与掌握。
本设计涉及的单元操作为蒸发。
蒸发是典型的传热过程,即是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾,使其中的挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩的过程。
蒸发是一种分离操作,广泛应用于化工、轻工、制药和食品等许多工业中溶剂为挥发性而溶质为非挥发性的场合。
在许多场合,蒸发系统的热量经济性成为整个生产流程的关键因素。
工业上蒸发主要以浓缩和分离为主要目的。
本设计以浓缩为主要目的,设计出将番茄汁的可溶性固形物含量由8%浓缩为40%的单效连续加料蒸发装置。
本设计首先确定浓缩罐的处理能力为6t/h番茄汁原浆。
根据选用蒸发器的特点进行物料衡算、热量衡算,进一步确定换热器的传热面积。
根据经验及相关文献,选取加热管的长度为1.3m,管径为50mm。
进而确定加热管数目,并确定排布方式。
根据加热管截面积与中央循环管的截面积的关系以及中央循环管直径与加热室直径的关系确定中央循环管的直径和加热室的直径。
从而完成加热室的设计;根据分离室与加热室的比例关系确定分离室的尺寸;根据物料流量及特性确定各输送管道的直径、选材以及其他部位的选材并确定定气液分离器以及冷凝器的型号;最后在需要的部位安装相关仪表、视镜以及人孔。
1·2蒸发器选型蒸发操作的蒸发器有悬筐式蒸发器、强制循环蒸发器、升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、中央循环管式蒸发器等,本设计采用的是中央循环管式蒸发器,其简介如下:1·2·1结构和原理其下部的加热室由垂直管束组成,中间由一根直径较大的中央循环管。
当加热室内液体被加热沸腾时,中央循环管内气液混合物的平均密度较大;而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。
在密度差的作用下,溶液由中央循环管下降,而由加热管上升,做自然循环流动。
溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数,强化了蒸发过程。
二次蒸汽于蒸发室中经气液分离器与溶液分离后上升,由冷凝器冷凝。
(如图1所示)1·2·2特点这种蒸发器结构紧凑,制造方便,传热较好,操作可靠等优点,应用十分广泛,有"标准蒸发器"之称。
为使溶液有良好的循环,中央循环管的截面积,一般为其余加热管总截面积的40%~100%;加热管的高度一般为1~2m ;加热管径多为25~75mm 之间。
但实际上,由于结构上的限制,其循环速度较低(一般在0.5m/s 以下);而且由于溶液在加热管内不断循环,使其浓度始终接近完成液浓度,因而溶液沸点交高、有效温差减小。
此外,设备的清洗和检修也不够方便。
2.单效蒸发工艺计算2·1 物料衡算物料衡算可以求出蒸发水量。
图1为单效蒸发的物料流程图。
对溶质作物料衡算可得:10)(w W F Fw -= (2-1-1))1(1w w F W -= (2-1-2) 式中F ——进料口原料液质量流量,kg/s ; W ——蒸发水量,kg/s ;0w ——原料液浓度, 1w ——完成液浓度,设计处理能力为6t/h,即 进料口原料液质量流量:s kg skgF /6667.136006000==原料液浓度:08.00=w 完成液浓度:40.01=w将上述数据带入式(2-2),可得:2·2 热量衡算热量衡算可求出加热蒸汽消耗量,设加热蒸汽的质量流量为D ,其汽化潜热为r ,加热s kg s kg W /3334.1)40.008.01(/6667.1=-=室内溶液比热容为0p c ,二次蒸汽的汽化潜热为r ’,热量损失为Q L ,根据能量守恒可知:rQ Wr t t Fc D Lp ++-=')(010 (2-2-1)式(2-2-1)即加热蒸汽消耗量的计算公式。
从公式可以看出,加热蒸汽放出的热量用于三个方面:将料液从t 0加热到沸点,将其汽化,以及弥补热损失。
设计中热损失忽略不计,并采取沸点进料(t 0=t 1),则得:rr WD '= (2-2-2) 水的汽化潜热随温度或压强的变化不大,可取'r r ≈,从而W D ≈, 即加热蒸汽量为:s kg D /3334.1=2·3 传热面积计算由传热速率方程得到蒸发室的加热面积为:)(1t T K Drt K Q S m -=∆=(2-3-1) 式中: S ——传热面积,m 2;Q ——传热量,J ;K ——传热系数,)/(15002K m W K ⋅=;m t ∆——加热蒸汽与操作液沸点之差,℃;T ——加热蒸汽温度,℃;t 1——操作液沸点,℃;式(2-3-1)中D 、K 已知,可查得200kPa 的压强下C T o2.120=,50kPa 的压强下C t o 2.81'1=;由于溶液的蒸汽压降低而导致的沸点升高'∆和液体静水压引起的沸点升高''∆的存在,操作液实际沸点为:''''11∆+∆+=t t (2-3-2)'∆的计算:吉辛科公式:''0∆=∆f (2-3-3)式中:'0∆——操作液浓度对应蔗糖溶液在0.1Mpa 下的沸点升高(可由附表1查出)f ——校正系数,其值为:rt f 2)'273(0162.0+⨯= (2-3-5)式中 r ——操作压强下水的汽化潜热,kJ/kg 。
可查得50kPa 下t ’=81.2℃,r=2304.5kJ/kg ,则:8819.05.2304)2.81273(0162.02=+⨯=f代入式(2-3-3)可得:C C o o 0583.12.18819.0'=⨯=∆''∆的计算:2gHp p m ρ+= (2-3-6)式中 ρ——液体的密度,kg/m 3;H ——总液层的高度,m 。
设计中:液面的高度:H =1.8m ;番茄汁的密度可由糖溶液物性的经验拟和式求出,)/(01809.0108453.1100315.2726.32473.06.100532323m kg x tx t x t +⨯-⨯-+-=--ρ (2-3-7)式中 t ——温度,℃;x ——糖的质量分数,%。
操作压强为50kPa ,对应水的沸点为81.2℃,可近似认为t=81.2℃,且已知x 为40,则有:31144.1151kg/m ρ=则:Pams m Pa gHp p m 60297.035028.1/10g/m 1144.1151k 50000223=⨯⨯+=+=ρ分别由压强p 和p m 查取水的相应沸点为t 和t m ,则静压效应的沸点升高''∆近似为t t m -=∆''(2-3-8)即 C C C ooo4.42.816.85''=-=∆ 则:CC C C t t o o o o 6583.864.40583.12.81''''11=++=∆+∆+= 代入公式(2-3-1)可得:22159)6583.862.120)(/(1500/10005.2304/3334.1)(m C C K m W kgJ s kg t T K Drt K Q S oo m ≈-⋅⨯⨯=-=∆=2·4 计算结果列表表2-4-1衡算及传热计算结果3.蒸发器主体工艺设计我们选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下。
3·1 加热管的选择和管数的初步估计 3·1·1 加热管的选择和管数的初步估计沸腾加热管多采用mm 7525~φ的管子,长度一般在m 2~6.0,管长与管径之比为40~20,材料为不锈钢或其他耐腐蚀材料。
管径与长度的选择应根据溶液结垢难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑,易结垢和易起泡沫溶液的蒸发易选用粗短管,反之,则采用细长管。
根据我们的设计任务和番茄汁的性质,我们选用以下的管子:管长 L =1.3m ,管径mm 5.2*50φ可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n ,2893.105.014.3592≈⨯⨯=⋅⋅=m m m L d S n π (3-1-1)式中:S ——蒸发器的传热面积,m 2,由前面的工艺计算决定(优化后的面积) d ——加热管外径,m L ——加热管长度,m 3·1·2 循环管的选择中央循环管的截面积一般为总加热管束截面积的40%~100%。
循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减小的原则考虑的,假设中央循环管的截面积一般为总加热管束截面积的70%,则:总加热管束截面积:2225672.0405.014.32894'm m d n S ≈⨯⨯=⋅⋅=π (3-1-2) 中央循环管的截面积:223970.05672.07.0'7.0m m S S ≈⨯==循环 (3-1-3) 中央循环管的直径:m m S d 7111.014.33970.0442≈⨯==循环循环π (3-1-4) 3·1·3 加热室高度及直径的确定加热室高度略低于液面高度,设为1.7m 。
中央循环管的直径一般为加热室直径的1/4~1/5,设计中取1/4。
则:加热室直径:m m d d 8444.27111.044=⨯⋅==循环加热室 (3-1-5) 3·1·4 分离室直径与高度的确定 分离室尺寸确定原则:(1)对于中央循环管式蒸发器,其分离室一般不能小于1.8m ,以保证足够的雾沫分离高度。
分离室的直径也不能太少,否则二次蒸汽流速过大,导致雾沫夹带现象严重。
一半分离室高度为加热室高度的1.1~1.5倍。
(2)在条件允许的情况下,分离室的直径尽量与加热室相同,这样可使结构简单制造方便。