蒸发器设计PPT

日处理量：每天10小时：4715×10=47.15 吨/日
（2）初步估算一、二效的蒸发水量
取W1:W2=1:1.1
其故中WW，12W==1414—00010—0.0-11第9=0Ⅰ149.效084=的.280(蒸9k5g发./2h()量kg，/hk) g；/hⅠ；效W出2—来—的第物Ⅱ料效浓的度蒸x发1 量F，0F0xkWg0 /1h=；44771166
出料：X2=28%；t2=41.4℃
料液比热计算: C 0
CW (1
xO ) 100
4179(1
4.25 100
)
4001J
/(Kg
k)
③真空度分配：
第Ⅰ效：600mmHg P1 =0.21×105 Pa（查得此压力下饱和蒸汽温度 t1=61.1℃） 第Ⅱ效：700mmHg P2=0.08×105 Pa （查得此压力下饱和蒸汽温度 t2 =41.4℃）
主要方法及公式
（1）物料衡算
F P W
Fx
F
PxP
W F (1 xF ) xP
（2）热量衡算 （3）蒸发器传热面积的计算
S Fc p (t t0 ) Wrv Q损 rS
如果是沸点进料，并忽略热损失 和溶液浓度较低时，等压比热容 Cp近似不变，则
S Wr rS
由传热速率方程得
A Ktm
蒸发器的辅助设备
蒸发辅助设备有： 除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。
蒸发器设计应用案例
设计题目 设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。
已知进料浓度为4.25%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二 效真空度为700mmHg。加热蒸汽的压力为0.15 Mpa。
i2 =2570.2
汽化潜热(KJ/kg) r0 =2229.3 r1 =2352.5 r2 =2396.4
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
(2）温度损失的计算 f a tm t0
式中： ——温度差损失，℃ ——操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ ——液层静压引起的温度差损失，℃ ——管路流动阻力引起的温度差，℃ a ——常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ f——校正系数，无因次，其经验计算式为：
D1 4716 4.0186 W1 4176 4.001 0.00822 0.00838
D1 141.78 0.00838W1
w1 1.0085D1 142.98
③
将③式代入②式中得
w2 1.0085D1 142.98 4716 4.0186 0.00822 ∴A1.=010.8050D851 +11.20.0885=2.017
式中：
f
0.0162(T ' r'
273)2
T ——操作压强下二次蒸汽的温度，℃
r ——操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
pm
p0
gh
2
式中：
Pm ——溶液内部平均压强，Pa P0——液面上方的压强，Pa h——溶液液层高度，m （该题设其液层高度为6m）
ρ ——溶液密度，kg/m3
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
（一）物料衡算
（1）原料处理量:
每小时处理量：W
F1
x0 xn
F0
W x2 x2 x0
4000 28 28 4.25
4716Kg / h
式中 F0—原料处理量，kg/h；x0——进Ⅰ效蒸发器料液的浓度，质量百分比；x2——出Ⅱ效蒸发器料夜 的浓度，质量百分比；W——水分蒸发量kg/h；
蒸发器设计应用案例
1、设计方案的确定
（4）操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。 （5）加料方式：并流式。其优点在于：①后一效蒸发室的压强比前一效的低，故溶液 在效简述送不用泵而利用各效间的压力差; ②后一效溶液的沸点较前一效的低，溶液进 入后效时发生闪蒸现象，产生较多二次蒸汽；③高浓度溶液的温度依效序降低对浓缩 热敏性食品有利。 （6）辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器
蒸发器课程设计
西北农林科技大学 胡仲秋
2016.08.27
蒸发器举例
图1 双效蒸发器流程
《食品工程原理》知识的实际运用
单效蒸发的计算 在给定的生产任务和确定了操作条件以后，通常需要计算以下的这 些内容：
① 水分的蒸发量； ② 加热蒸汽消耗量； ③ 蒸发器的传热面积。 要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程，热量衡算方程和 传热速率方程来解决。
4.25%
1904.8=6.31%
（3）成品产量：F2=F0 -W=4716-4000=716 kg/h
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
（二）热量衡算
（1）有关参数
①总蒸发量：4000 kg/h
②进料：X0=4.25% t0 =61.1℃ (查《食品工程原理》843页此温度下水的比热Cpw=4179J/Kg.k)
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，Ⅱ效蒸发和预热管内物料的热能全部 为一效二次蒸汽供给。Ⅱ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，双效外加热式蒸发器，顺流法蒸发。优点是料液沸点依效序递降，因而 当前效料液进入后效时，便在降温的同时放出其显热，供一小部分水分汽化，增加蒸发器的蒸发量。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；要维持番茄酱的沸腾， 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，又会凝结成水回到番茄酱中去。 本操作中将二次蒸汽引入另一效蒸发器作为热源使用，热能利用率高。
各效有效温度差：
T1 T 0T1 111.3 61.1 50.2℃
蒸发器设计应用案例
2、工艺方案的说明
（1）本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，并流法蒸发。使用25℃水作为冷却剂，冷凝水 出口温度为40℃。 （2）设备流程：
①物料：预热杀菌后的番茄酱由循环泵由下部进入，流出后由上部进入蒸发分离室，先经加热器的 管内上升，通过弯头进入另一台加热器，经加的热料液由管内下降，以切线方向进入Ⅰ效蒸发分离器进 行汽液分离。然后由物料泵送至Ⅱ效再蒸发。料液料液聚集到倾斜的底部，由排出口与循环管连接，经 液位平衡器至Ⅰ效蒸发室，当Ⅰ效蒸发室达到平衡液位时，料液直接进入Ⅱ效加热器。蒸发产生的二次 蒸汽与物料一起进入分离器。由二效分离器出来的物料浓度达到所要求28％。
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、温差损失、传热量、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。
B 142.98 12.8 130.18
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
W B D1 A
4000 130.18 2047.68Kg / h
2.017
∴第Ⅰ效实际蒸发量 w1 1.0085D1 142.98 1.0085 2047.68 142.98 1922.11kg / h
第Ⅱ效实际蒸发量 w2 1.0085D1 12.8 1.0085 2047.68 12.8 2052.29kg / h 与初估各效蒸发水量比较误差≤3﹪，可不必对各效蒸发水量及浓度加以修正。
该题密度为1.028 103 kg / m3
常温下番茄酱沸点升高
a1
0.15C
0.0162 61.1 273 2 2352.5
0.15
0.115(℃)
pm
21000
9.81
6
1.028 2
103
51.223kPa
由压强51.223 kPa查表得： Tm=82℃
Tm T0 82 60.7 21.3(℃)
tm Ts t1
Srs
1 Ko
1
o
Ro
do dm
Ri
do di
1
i
do di
''''''
单效工艺计算是多效蒸发的基础
图2 三效并流流程图流程
图3 三效逆流流程图流程
蒸发设备结构及形式
蒸发器
蒸发器主要由加热室和分离室组成。 按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环 型和单程型（不循环）两类。
取 1(℃)
0.115 21.3 1 22.4(℃)
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
（3）W1、W2、D1的计算
物料衡算公式： W1 D1 F0 C0 W2 1 1 ①
W2 D2 F0 C0 2
②
式中W1、W2 ——Ⅰ、Ⅱ效蒸发水量 [kg/h] D1、 D2 ——Ⅰ、Ⅱ效蒸汽量 [kg/h] β1、β2 ——Ⅰ、Ⅱ效自蒸发系数 F0——原料处理量 [kg/h] C0 ——原料比热 [kJ/(kg•k)] η1、η2——热利用系数 （来自《食品工厂机械与设备》192页）
蒸发器设计应用案例
设计步骤
1、设计方案的确定
2、工艺方案的说明
3、工艺计算
（1）物料衡算 （2）热量衡算 （3）计算蒸发器传热面积-确定设备尺寸
4、设计结果汇总
5、设备流程及装备图
蒸发器设计应用案例
1、设计方案的确定
（1）蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便于清洗和更换。这种结 构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环 速度，可达1.5m/s。 （2）蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸点就低，对于番茄这种 热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能 经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：①效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由 单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。② 效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有 效温度差不能小于5--7摄氏度。这样也限制了效数的增加。③热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。 （3）加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力0.15Mpa。
（1）循环型蒸发器
特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。 根据引起循环运动的原因不同可分为自然循环型和强制循 环型两类。
自然循环：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。 强制循环：用泵迫使溶液沿一定方向流动。
（1）循环型蒸发器
① 垂直短管式
② 热式加热室 与蒸发室分开
③ 循环蒸发器
（2）单程型蒸发器
（4）第Ⅰ效放出浆量F1及浓度 X1
F1 F oW1 4716 1922.11 2793.89kg / h
x2
Fo xo Fo W1
4716 4.25% 4716 1922.11
200.43 2793.89
7.17%
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
（5）Ⅰ、 Ⅱ效加热面积的确定
Ⅰ效传热量：Q1 D 1r0 2047.68 2246.6 4600317kJ / h Ⅱ效传热量：Q2 D 2r1 1922.11 2331.6 4481591kJ / h
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
根据逆流时的自然蒸发系数，按下式计算:
βn
=
Tn1 Tn in c Tn
β1
41.4 61.1 2606.6 61.1 4.186
0.00838
β2
来自百度文库
61.1 41.4 2570.2 41.4 4.186
0.00822
将①式代入②式中，又因∵D2 =W1， w1 D1 Fo Co W1 Fo Co2 1
来自《食品工程原理》饱和水蒸汽表
蒸发器设计应用案例
3、工艺计算
二次蒸汽的热参数值如下表
压力(Pa)
T(℃)
Ⅰ效加热蒸汽 P0 =1.5×105 t0 =111.3
比焓(KJ/kg) i0 =2695.1
Ⅰ效二次蒸汽 P1 =0.21×105 t1 =61.1
i1 =2606.6
Ⅱ效加热蒸汽 P2 =0.08×105 t2 =41.4
① 升膜式蒸发器
适用于：蒸发量大（较稀 的溶液），热敏性及易起 泡的溶液。 不适用于：高粘度，易结 晶、结垢的溶液。
② 降膜式蒸发器
适用于：粘度大的物料； 不适用于：易结晶的物 料，固形成均匀的液膜 较难，不高。
③ 刮片式蒸发器
特点：借外力强制料 液呈膜状流动，可适 应高粘度，易结晶、 结垢的浓溶液蒸发 缺点：结构复杂，制 造要求高，加热面不 大，且需要消耗一定 的动力