单效降膜式蒸发器的设计

食品工程原理

课程设计说明书单效降膜式蒸发器的设计

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目录

1.前言

概述

蒸发器选型

2.单效蒸发工艺计算

物料衡算

热量衡算

传热面积计算

计算结果列表

3.蒸发器主体工艺设计

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

接管尺寸的确定

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

仪表、视镜与人孔的确定

蒸发器主要部件规格列表

4.蒸发装置的辅助设备

气液分离器

蒸汽冷凝器

5.结语

致谢

附表

参考文献

任务书

一、设计意义

二、蒸发工艺设计计算

（1）蒸浓液浓度计算

多效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸气（生蒸气）的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸气的压强和冷凝器中的压强等。

蒸发器的设计计算步骤多效蒸发的计算一般采用试算法。

①根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及冷凝器的压强），蒸发器的形式、流程和效数。

②根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度。

③根据经验假设蒸气通过各效的压强降相等，估算个效溶液沸点和有效总温差。

④根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。 ⑤根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤③至⑤，直到所求得各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。

43028*10*10*0.542735/300*24*0.13

X 13%

W F*142735*131624/X 50%

F kg h

kg h

===-=-=蒸发水量：（）（）（2）溶液沸点和有效温度差的确定

由二次蒸汽压强从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中： 蒸汽 压力（KPa ） 温度(℃) 汽化热(kJ/kg) 加热蒸汽 500 二次蒸汽 20

60

2355

单效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：

有效总温度差∑

∑∆--=∆)(/1

K T T t

式中

t ∆∑-----有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃。

1T -----第一效加热蒸气的温度，℃。

/K T -----冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度，℃。

∆∑-------总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃，

∆∑=∆∑/

+∆∑∆∑∆∑∆∑∆

∑22

'01(273.260)0.01620.01620.764

2355

0.764*1.82 1.37T f r C

+===∆==''

∆'''

∆'''

∆'''

∆'''

∆1t '

∑∆∑∆/

∑∆''∑∆''' 2.37℃1151.760 2.3789.33m

s t

T T ∆=--∆=--=℃

01()c l DH Fh WH F W h Dh Q +=+-++'H 0h 1h c h L Q

01,c c ℃).

考虑溶液浓缩不大，将'

H 取1t

下饱和蒸汽的焓，则

010()v L

s

FC t t Wr Q D r -++=

式中,s v r r ---分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg. 不计热量损失，则

010()31624*235542735*3.75*(6025)

37896.8/2113.5v s FC t t Wr D kg h

r -++-=

==

（4）蒸发器的传热面积的计算 传热面积方程为

Q

S t =

∆

式中 Q---换热热流量，W 。 K----传热系数，W/（m 2·℃）. t ∆-传热温度差，℃ S-------传热面积，m 2

3737896.8*2113.2*10/3600 2.225*10s Q Dr W

===

89.33m t ∆=℃

降膜式蒸发器的总传热系数为1200~3500 W/（m 2·℃），取K=2000 W/（m 2·℃）

7

22.225*10124()2000*89.33

m Q S m K t ===∆

为安全计取s=124*=146m 2 计算结果列表：

加热蒸汽温度(℃) 操作压强P i / (KPa) 500 溶液沸点t i （℃） 60 完成液浓度(%) 50 蒸发水量W i （Kg/h ） 31624 生蒸汽量D （Kg/h ） 传热面积S i （m 2） 146

三、蒸发器工艺尺寸计算

我们选取的单效外热式循环管式蒸发器的计算方法如下。 （1） 加热管的选择和管数的初步估计 蒸发器的加热管通常选用38*无缝钢管。

加热管的长度一般为~2m ，但也有选用2m 以上的管子。管子长度的选择应根据溶液结垢后的难以程度、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 的蒸发易选用短管。根据我们的设计任务和溶液性质，我们选用以下的管子。

可根据经验我们选取：L=3m ，57 3.5mm φ⨯

可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n’，

'30146

281(0.1) 3.145710(30.1)

S n d L π-⨯=

==-⨯⨯-（根）

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 0----加热管外径，m ； L---加热管长度，m ；

因加热管固定在管板上，考虑管板厚度所占据的传热面积，则计算n’时的管长应用（）m. （2）复核总传热系数

馆内沸腾传热系数a i 按进口条件算。桃汁的粘度取L μ=*10-3Pa ·S