双效j降膜式蒸发器详细设计文件
题 目 双效并流果汁浓缩装置 学 院 轻工与食品
工程学院 专 业 食品科学与工程 班 级 食品
101班
姓 名 徐荣秀
学 号 1005100613
指导老师 谢 毅 黄 丽 设计时间:
2013.7.1——2012.7.12
1
1.设计题目: 双效并流降膜式果汁浓缩装置及辅助设备的设计
_______________________ 1
2. 任务书
___________________________________________________________________ 1
2.1设计任务及操作条件
_______________________________________________________ 1
2.2 设计项目
________________________________________________________________ 1
3. 蒸发工艺设计计算
_________________________________________________________ 1
3.1各效蒸发量及完成液液浓度估算
_____________________________________________ 1
3.1.1总蒸发量的计算
_________________________________________________________ 1
3.1.2加热蒸汽消耗量和各效蒸发量
______________________________________________2
3.2多效蒸发溶液沸点和有效温度差的确定
_________________________________ 2
3.31计算两效蒸发水量W1,W2及加热蒸汽的消耗量
D1________________________________3
3.32 分配有效温差,计算传热面
________________________________________________4
3.4重新计算加热面积
__________________________________________________________5
3.5重新计算有效面积
__________________________________________________________6
3.6计算结果列
________________________________________________________________7
4. 蒸发器的主要结构尺寸
______________________________________________________ 7
4.1加热管的选择和管数的初步估计
_____________________________________________ 7
4.2加热室直径及加热管数的确定
________________________________________________8
4.3分离室直径与高度的确定
____________________________________________________8
4.4接管尺寸的确定
____________________________________________________________ 9
4.4.1溶液的进出口内径
_________________________________________________________9
4.4.2加热蒸气进口与二次蒸汽出口
____________________________________________ 10
4.5.1溶液的进出口内径
_______________________________________________________10
4.5.2 冷凝水出口
____________________________________________________________10
4.5.3液体分布器
_____________________________________________________________11
5.1 汽液分离器
______________________________________________________________ 11
5.2 蒸汽冷凝器
______________________________________________________________ 11
5.3冷凝水出口管径的确定
_____________________________________________________12
5.4淋水板的确定
_____________________________________________________________12
5.5预热器
___________________________________________________________________12 6工艺计算汇总表
_____________________________________________________________12
7.课程设计心得
_____________________________________________________________ 13
8.参考文献
___________________________________________________________________13
1
1.设计题目: 双效并流降膜式果汁浓缩装置及辅助设备的设计
2.任务书
2.1设计任务及操作条件
含固形物11%(质量分率,下同)的果汁,拟经双效降膜蒸发装置进行浓缩,要求成品浓度为46%,原料汁许可最高温度为75?,试设计该蒸发过程。
假定采用沸点进料,效间流动温差损失设为1K,第一效采用自然循环,传热系数为1100w/(m2?k),第二效采用强制循环,传热系数为850w/(m2?k),各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出,并假设各效传热面积相等,忽略热损失。
2.2 设计项目
2.1写出设计计算书(计算过程及计算结果尽量表格化)。
2.2蒸发器的工艺计算:确定蒸发器的传热面积。
2.3蒸发器的主要结构尺寸设计。
2.4主要辅助设备选型,包括气液分离器及蒸汽冷凝器等。
2.5绘制蒸发装置的
流程
快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计
图及蒸发器设备工艺简图。
2.6对本设计进行评述。
3. 蒸发工艺设计计算
3.1各效蒸发量及完成液液浓度估算
3.1.1总蒸发量的计算
总蒸发量W=F(1-X0) Xn
式中 W——总蒸发量,Kg/h;
F——原料液量,Kg/h;
x0——原料液中溶质的质量分数,量纲为一;
xn——第n效中溶质的质量分数,量纲为一。
已知F=18000 ?
11%)=13695.65 ?/h 46%
因并流加料,且蒸发中无额外蒸汽引出,
由经验公式:W1/W2 =1:1.1,且W=W1,W2=2.1W1
解得W1=6521.738 ?/h W2=1.1W1=7173.912?/h 则 W=18000x(1-
则
1
3.1.2加热蒸汽消耗量和各效蒸发量
据已知条件,假设各效温度,查饱和水蒸气表,列出各热参数值如下表
3.2多效蒸发溶液沸点和有效温度差的确定
′=(T-T)-式中
——有效总温度差,为各效有效温度差之和,?
T1 ——第一效加热蒸汽的温度,?
Tk′——冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度,?
——总的温度差损失,为各效温度差损失之和,?
,式中
——由于溶液的蒸汽压下降而引起的温差损失,或因沸点升高引起的温差损失,?
——由于蒸发器中溶液的静压强而引起的温度差损失,?
——由于管路流体阻力产生压强而引起温度差损失,?
? 校正法求Δ′
Δ′=fΔ′
,式中
Δ0′——常压下由于溶液蒸汽压下降引起的温差损失,?
f——校正系数,无因次
Ti————操作压强下水的沸点,也是二次蒸汽的饱和温度,
ri——操作压强下二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg
由于求果汁的Δ0′所用的参数未知,则由糖液的不同浓度下对应的常压沸点的升
高来代替,则
第一效时,
2
X1=0.172时,Δ′0=0.27? 2
r1
′
′
则可得Δ1′=fΔ第二效时, X2=0.46 时,Δ=0.27X0.8072=0.2179? =1.5 ?
则 可得Δ2′= fΔ0′=1.5X0.6658=0.9987
?对于降膜式蒸发器,不存在由于液柱静压力引起的温差损失,即Δ″=0
?对于第一效蒸发,而由于第一效的加热蒸汽是直接通入的,故也不存在流体
阻
‘‘力产生压降所引起的温度差损失所以
1=0?
‘ 对于第二效,所以
2=1?
?
? 2
第一效沸点 t1=T1′+Δ1′=68+0.2179=68.2179?
第二效沸点t2= T2′+Δ2′=41+0.9987=42.9987?
3.31计算两效蒸发水量W1,W2及加热蒸汽的消耗量D1
第i效的焓衡算式为:
由上式可求得第i效的蒸发量Wi.若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发器的热损失时,尚需考虑热利用系数一般溶液的蒸发,可取得0.960-?x(式中?x为溶液的浓度变化,以质量分率表示)。
计算式为 第i效的蒸发量Wi的
式中 Di------第i效的加热蒸汽量,当无额外蒸汽抽出时
ri------ 第i效加热蒸气的汽化潜热
------第i效二次蒸气的汽化潜热
cp0-----------原料液的比热
---------水的比热
,--------分别为 第i效及第i-1效溶液的沸点
-----------第i效的热利用系数无因次,对于加热蒸气消耗量,可列出cpw各效焓衡算式并与式(3-2)联解而求得。
-
3
-第一效的焓衡量式为
查表得水的比热为,溶液的比热容为
作一效热量衡算,得
111,其中,又溶液为沸点进料,
,所以
8X
同理作第二效热量衡算,得
其中
所以
13695.65-W1=
2398.72398.76=0.914W1+691.05
整理得W1=6935.5Kg/h
-6935.5=7030 Kg/h
3.32 分配有效温差,计算传热面积 任意一效的传热速率方程为
式中 Qi---第i效的传热速率,W
Ki---第i效的传热系数,W/(m2.?)
---第i效的传热温度差,?
Si-----第i效的传热面积,m2
有效面积计算
4
-68.2179=16.7821? 111
1
7821
-42.9987=24.0013?
2
22
3.4重新计算加热面积
由于两效传热面积相差太大,故应调整各效的有效温差,并重复上述计算步骤再重新分配有效温度差
重新分配有效温差,得
? ?
重复上述计算步骤
(1)计算各料液浓度
(2)计算各料液的温度
因为第二效完成液浓度和二次蒸汽压力均不变,各种温度差损失可是为恒定,所以?
第二效加热蒸汽温度为?
第一效二次蒸汽温度
由于无法查的果汁因为浓度引起的沸点变化,用10Bx的糖液代替其浓度,查表
5
得浓度为17.9%的糖液沸点变化为?
1
0.
2
r’
1
2339
2
? 所以t1=
T
1
?
第一效的沸点=67.0201+17.96=84.9801?
再次做热量衡算
2338.4r’
2
1
1
1
1
212
110W1
2398.762398.76
整理得 W1=6948.28Kg/h D1=7237.8Kg/h
2
1
=13695.65-6948.28=6747.32Kg/h
3.5重新计算有效面积
7237.8X2295.2X10006
3600
96?
Kt
1
1
1
6948.28X2338.4X10006
3600
6
2
11’
6
?
Kt
233.57
232.88S
6
2
2
2
2
2
1
2
两效传热面积比较接近,故不再重算.
3.6计算结果列表
取15%的安全系数
结果列表
2
2
4蒸发器的主要结构尺寸
4.1加热管的选择和管数的初步估计
、无缝钢管。蒸发器的加热管通常选用
、
根据经验值,用于浓缩物料的管子一般选择4,6mm,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。
根据经验我们选取:L=9m,目前在换热器设计中,管心距的数值已经标准化,管子确定后,相应的管心距则为定值,由《化工原理课程设计》表4-4得
7
所以选取,t=48mm的加热管
当加热管的规格与长度确定后,由下式可初步估算所需的管子数n′;
2式中 S——蒸发器的传热面积,m,由前面的工艺计算决定;
d0——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,则计算管子数n’时的管长应取(L-0.1)m.
管子根数根,查资料圆整为301根。
4.2加热室直径及加热管数的确定
加热室的内径取决于加热管和循环管的规格,数目及管板上的排列方式,此设计选择用三角形的排列方式为准。中央循环管式蒸发器管心距t为相邻两管中心线间的距离,t一般为加热管外径的1.25,1.5 倍。由加热管的规格Φ57×3.5?,根据《食品工程原理课程设计指导》P12 表1-2,不同加热管尺寸的管心距,
可选取t=48?。
选择三角形排列进行计算;管束中心线上的管数计算式为。
式中n——总加热管数。
计算得根
最外层中心到壳体内壁的距离:
加热室直内径的计算式
计算的取整后为1000mm.壳体外壁厚取10mm.
4.3分离室直径与高度的确定
计算分离室的体积V;
式中;V——分离器的体积,m3
W——某效蒸发器的二次蒸汽量,kg/h
8
——某效蒸发器的二次蒸汽密度,kg/m3
U——蒸汽体积强度,m3/(m3.s),一般允许值为U=1.1,1.5 m3/(m3.s),
在本设计中取U=1.2 m3/(m3.s)。
又知,W1=6948.28kg/h,
则
,
π在确定了分离室的体积,其高度与直径符合V=D2H,确定高度与直4
径应考虑以下原则;
H? =1,2,且 H >1.8 m D
? 分离室的直径应尽量与加热室直径相同。
取H/D=1.5.计算得
4.4接管尺寸的确定
流体进口接管的内径按此式计算
式中;VS——流体的体积流量,m3/h
u——流体的适宜流速,m/s
式中取u=80m/s
4.4.1溶液的进出口内径
对于并流的双效蒸发,第一效溶液量最大,则可根据第一效的流量确定接管。
溶液的进出口适宜流速按强制流动的情况考虑,同时为设计方便,进出口直径选取相同。
本设计进口处料液的密度进料的质量流量qm=18000 kg/h,取u=0.8m/s(《食品工程原理设计指导书》P13),则
9
则查《食品工程原理》P440 管子规格表,取相近的标准管
4.4.2加热蒸气进口与二次蒸汽出口
各效结构尺寸一致二次蒸汽体积流量应取各效中较大者。取流体的流速为80m/s,查《化工原理》附表得,蒸汽密度,流量D=7327.8Kg/h。一效二次蒸汽密度为,流量二效二次蒸汽
密度为,流量
生蒸汽进口管径
二效加热蒸汽的进出口管径
二效蒸汽的出口管径
3600X3.14X0.053998X80
所以,选取最大者作为蒸汽进出口管径
取规格管。
4.5.1溶液的进出口 溶液的进出口适宜流速按强制流动的情况考虑,同时为
设计方便,进出口直径选取相同。
本设计进口处料液的密度进料的质量流量qm=18000 kg/h,取u=0.8m/s(《食品工程原理设计指导书》P13),则
X1030X0.8
则查《食品工程原理》P440 管子规格表,取相近的标准管
4.5.2 冷凝水出口
冷凝水排出属于液体自然流动,接管直径应以各效加热蒸汽消耗量较大者确定,在本设计中,第一效加热蒸汽消耗量较大,即D=7327.8kg/h,又kg/m3,取u=0.10 m/s,则
10
,则取相近标准管子
πu3600X3.14X1000X0.1
4.5.3液体分布器
为了使溶液能在壁上均匀的布膜,且防治二次蒸汽由加热管顶端直接窜出,加热器顶部必须安装设置加工良好的液体分布器。本设计根据自身设计的特点,选择带有螺旋形沟槽的圆柱体分布器
5(蒸发装置的辅助设备
蒸发装置的辅助设备主要包括汽液分离器与蒸汽冷凝器。
5.1 汽液分离器
蒸发操作时,二次蒸汽中夹带大量液体,虽然在分离室得到初步分离,但为了防止有用产品损失或防止污染冷凝液,还需设计汽液分离器,以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离,其类型多,设置在蒸发器分离室顶部的有简易室,惯性室,及网式。
我们选择惯性式除沫器,其工作原理是利用带有液滴的二次蒸汽在突然改变运动方向时,液滴因惯性作用而与蒸汽分离。
在惯性式分离器的主要尺寸可按下列关系确定:D0=D1;
D1:D2:D3=1:1.5:2 H=D3 h=0.4~0.5D1
D0--------二次蒸汽的管径,m
D1--------除沫器,则取相近标3600X3.14X0.053998X80
准管子,则 D0=760mm
5.2 蒸汽冷凝器
蒸汽冷凝器的作用是冷却水将二次蒸汽冷凝,。当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或会严重地污染冷却水时,应采用间壁式冷却器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时,可采用直接接触式冷凝器。二次蒸汽与冷凝水直接接触进行热交换,其冷凝效果好,被广乏采用。在本设计中,二次蒸汽不需回收,可直接冷凝,
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直接接触式冷凝器有多孔板,水帘式,填充塔式及水喷射线等。根据对比及设计的蒸发器以及所处理的物料,选择多层多孔板冷凝器,其接触面积大,冷凝效果好。
冷却水量
L
式中 WV——进入冷凝器二次蒸汽的流量,Kg/h
X——1m冷却水可冷却的蒸汽量XKg,由《化工单元操作课程设计》图4-13多孔板式蒸汽冷凝器的性能曲线查得。
冷却水一般用20?的自来水,冷凝水的温度一般比进入冷凝器的蒸汽低3,5?,
所以查的压力7.8KPa,冷却水为20?时的冷却水可冷却的蒸汽量X=20Kg/m.
6747.32
与实际数据相比,所计算值偏低,故设计时取
3
3
L
VW
V
5.3冷凝水出口管径的确定 所以,冷凝水的出口管径为
4V4X6747.28
所以取规格管。 5.4淋水板的确定 参考《化工原理课程设计》中蒸汽冷凝器的设计,由于冷凝器的直径大于500mm,所以淋水板数目为9块板,淋水板堰高h=70mm。
5.5预热器
对于果蔬汁,生产能力较大时可采用体外预热--焊接式的多管程列管式预热器,管中心距t与外径d0的比例常取t=1.25do,换热管在管板上的排列用正方形错列排列,传热效果好。热器长度与壳体直径比L/D.一般取6-10.不凝性气体的排出有两种方式,一是直接与冷凝水一起排入到效体壳程中,另一种是设不凝性气体排出管,并将其接至蒸发系统不凝气体排出管,由真空泵将其排出。
6.工艺计算汇总表
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7.课程设计心得
转眼间,为期三周的化工原理课程设计就已经接近尾声了。要感谢老师能给我们提供一个进行实践锻炼的舞台。以前我们学过 的知识只不过是纸上谈兵,而化工原理课程设计却是以门综合性课程,它不仅要求我们对化工设计有基础的了解,而且还要对化工原理、化工机械基础、化工热力学等一系列知识能够进行综合的运用, 同时也对化工制图有一定的要求。设计过程中,刚开始设置温度和压强,但是结果偏差太大,最后又重新配置,和大家讨论,直到做出合理的数据。我们相互鼓 励,相互帮助,发挥团队协作精神,齐心协力攻克了一个又一个难关,遇到问题大家一起讨论,咨询老师。这次设计, 我不仅巩固了化工原理及相关知识, 而且增强了团队的协作精神, 同时也磨炼了意志。相信这次课程设计会让我们更加注意理论与实践的结合,成为我们人生中一笔宝贵的财富~
8.参考文献:
1、 《化工原理课程设计》 天津大学 天津科学技术出版社 柴城敬 刘国维 李阿娜
、 《化工原理》 合肥工业大学 合肥工业大学出版社 崔鹏 魏凤玉 3、 2、 2
《化工工艺设计
手册
华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载
》上册 第一版(修订) 国家医药管理局上海医药设计院编 化学工业出版社
4、 《化学工程手册》 第二版, 上册第九篇蒸发,化学工业出版社, 时均,汪家鼎,余国琮,陈敏恒主编
5、 《化工原理优化设计与解题指南》 阮奇 6、梁虎,王黎,朱平,多效蒸发系统优化设计研究。化学工程,1997,25, (6) ;48~51 7、7、华南工学院化工原理教研组,化工过程设备设计,广州;华南工学院出 版社;1987。
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