蔗糖水溶液的设计方案

目录

1 前言 (2)

1.1 蒸发流程特点 (2)

1.2 .操作任务 (2)

1.3 设计条件及设计方案说明 (3)

2. 蒸发器的工艺计算 (3)

2.1（1）各效蒸发量和完成液浓度的估算 (3)

2.2 各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差的估算 (4)

2.2.1各效由于沸点而引起的温差损失△´´ (4)

2.2.2由于液柱静压力而引起的沸点升高(温度差损失） (5)

2.2.3由于流动阻力而引起的温差损失 (5)

2.2.4各效料液的温度和有效总温差 (5)

2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸汽发水量的初步计算 (6)

2.4 蒸发器传热面积的估算 (6)

2.5有效温度的再分配 (7)

2.5.2 重复上述计算步骤 (7)

2.6 计算结果列表 (10)

3 蒸发器的主要结构尺寸设计 (10)

3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 (10)

3.1.2 循环管的选择 (10)

3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定 (11)

3.1.4 分离室直径与高度的确定 (11)

3．2 接管尺寸的确定 (12)

3.2.1 蔗糖的进出口 (12)

3.2.2 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口 (12)

3.2.3 冷凝水出口 (13)

4蒸发装置的辅助设备 (13)

4.1 气液分离器 (13)

4.2 蒸汽冷凝器 (14)

4.3 泵的选型 (14)

5 参考文献： (14)

任务设计说明书

1 前言

1.1 蒸发流程特点

蒸发器可广泛用于医药、食品、化工、轻工等行业的水溶液或有机溶媒溶液的蒸发,特别适用于热敏性物料(例如中药生产的水、醇提取液等)。同时，蒸发操作也可对溶剂进行回收。

蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。蒸发有它独特的特点：从传热方面看，原料液和加热蒸气均为相变过程，属于恒温传热；从溶液特点分析，有的溶液有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合、粘度高，腐蚀性强；从传热温差上看，因溶液蒸气压降低，沸点增高，故传热温度小于蒸发纯水的温度差；从泡沫夹带情况看，二次蒸气夹带泡沫。需用辅助仪器除去；从能源利用上分析，可以对二次蒸气重复利用……这就要求我们从五个方面考虑蒸发器的设计。

随着工业蒸发技术的发展，蒸发器的结果和型式也不断的改进。目前，蒸发器大概分为两类：一类是循环型，包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；另一类是单程型，包括升膜式、降膜式、升—降膜式等。这些蒸发器型式的选择，要多个方面综合得出。

现在化工生产实践中，为了节约能源、提高经济效益，很多厂家采用的蒸发设备是多效蒸发。因为这样可以降低蒸气的消耗量，从而提高蒸发装置的各项热损失。多效蒸发流程可分为：并流流程、逆流流程、平流流程以及错流流程。在选择型式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。

1.2 .操作任务

（1）蒸发器处理能力为年产70000吨蔗糖水溶液；

（2）每年按照300天计，每天24小时；

（3）蔗糖水溶液的原料浓度为3.4％，完成液体浓度为49％；原料液温度为第一效沸点温度；

（4）加热汽压力为500 kPa（绝压），冷凝器的绝压为15 kPa（绝压）；

（5）各效蒸发器的总传热系数分别为K1=1200 W/（m2·℃）、K2=800W/（m2·℃）（6）蒸发器中溶液的液面高度为1.5 m；

（7）各效加热蒸发汽的冷凝液在饱和温度下排出，假设各效传热面积相等，忽略热损失。

（8）中央循环管式蒸发器

1.3 设计条件及设计方案说明

本次设计要求采用中央循环管式蒸发器，在工业上被称为标准蒸发器。其特点是结构紧凑、制造方便、操作可靠等。它的加热室由一垂直的加热管束构成，在管束中央有一根直径较大的管子，为中央循环管。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。当管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。

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，其循环速度一般在0.4～0.5m/s 以下；蒸发器内溶液浓度始终接近完成液浓度；清洗和维修也不够方便。

在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，每一效的温差不能小于5～7。通常，对于沸点升高较大的电解质溶液，应采取2～3效。由于本次设计任务是处理蔗糖水溶液。这种溶液是一种沸点升高较大的电解质，故选用二效蒸发器。另外，由于蔗糖水溶液是一种粘度不大的料液，故多效蒸发流程采用并流操作。

多效蒸发器工艺设计的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目为蒸发器的传热面积。

2. 蒸发器的工艺计算

2.1（1）各效蒸发量和完成液浓度的估算

h

/9722.2kg 243007x10F 7

=⨯=

总蒸发量 9047.6kg/h 0.490.03419722.2x x 1F W 20=⎪⎭⎫

⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 因有自蒸发现象，可按如下比例进行估计。

4899

.01.47393.43082.9722034

.02.9722x 06106

.04308.3

9722.20.034

9722.2W F Fx x kg/h 1.47394308.31.1W kg/h 4308.32.1

9047.6

W W 1.2W W W 1.1:1W :W 2102101211

211=--⨯=--=

=-⨯=-==⨯====+==W W F Fx

以上各式中：W ——总蒸发量，kg/h; W i ——各效蒸发量，kg/h