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1、设计任务书1、设计题目：年处理量为9000吨苹果汁蒸发器装置的设计； 试设计一套三效并流加料的蒸发器装置，要求将固形物含量15%的桃浆溶液浓缩到70%，原料液沸点进料。第一效蒸发器的饱和蒸汽温度为100，冷凝器的绝对压强为20kPa。2、操作条件：（1）苹果汁固形物含量：入口含量15%，出口含量70%；（2）加热介质：温度为100的饱和蒸汽，各效的冷凝液均在饱和温度下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失；（3）每年按300天计，每天20小时连续生产。3、设计任务：（1）设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。（2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。（3）蒸发器的主要结
2、构尺寸设计。（4）绘制蒸发装置的流程图，并编写设计说明书。目录设计任务书1第1章 绪 论31.1蒸发技术概况31.1.1蒸发31.1.2发生条件31.1.3蒸发的两个基本过程31.1.4影响因素31.1.5影响蒸发的主要因素41.2蒸发设备41.2.1蒸发器41.2.2蒸发器分类41.2.3蒸发器的特点51.3蒸发操作的分类81.4蒸发在工业生产中的应用8第2章 设计方案92.1蒸发器的选择92.2蒸发流程的选择92.3操作条件10第3章 蒸发器的工艺计算113.1估计各效蒸发量和完成液浓度113.2估计各效溶液的沸点和有效总温度113.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发器水量的初步计算133.4蒸
3、发器传热面积的估算143.5有效温差的分配153.6校正153.7设计结果一览表173.8符号说明18第四章 蒸发器主要结构工艺尺寸的设计.204.1 加热管的选择和管束的初步估计.204.2加热室直径及加热管数目的确定.204.3分离室直径与高度的计算.204.4接管尺寸的确定.214.4.1溶液进出口管.214.4.2加热蒸汽与二次蒸汽接管.224.4.3 冷凝水出口管.224.5蒸发设备的数据.22参考文献23结束语24第一章 绪论1.1蒸发技术概况1.1.1蒸发蒸发是使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质的浓度提高的单元操作。1.1.2发生条件蒸发在任何温度下都能
4、发生。 蒸发过程吸收热量，蒸发致冷。1.1.3蒸发的两个基本过程蒸发两个基本过程的两个必要组成部分是加热料液使溶剂水沸腾和不断除去汽化产生的水蒸气。一般前一部分在蒸发器中进行，后一部分在冷凝器中完成。工程上，蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂，而溶质仍留在溶液中，因此，蒸发操作即为一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。由于溶剂的汽化速率取决于传热速率，故蒸发操作属传热过程，蒸发设备为传热设备，但是，蒸发操作与一般传热过程比较，有以下特点：1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。3、沸点升高：当加热蒸气一定
5、时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。1.1.4影响因素影响蒸发快慢的因素：温度、湿度、液体的表面积、液体表面上的空气流动等。水由液态或固态转变成汽态，逸入大气中的过程称为蒸发。而蒸发量是指在一定时段内，水分经蒸发而散布到空中的量。通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示，水面或土壤的水分蒸发量，分别用不同的蒸发器测定。一般温度越高、湿度越小、风速越大、气压越低、则蒸发量就越大；反之蒸发量就越小。土壤蒸发量和和水面蒸发量的测定，在农业生产和水文工作上非常重要。雨
6、量稀少、地下水源及流入径流水量不多的地区，如蒸发量很大，极易发生干旱。而且在任何温度下都可以蒸发。从微观上看，蒸发就是液体分子从液面离去的过程。由于液体中的分子都在不停地作无规则运动，它们的平均动能的大小是跟液体本身的温度相适应的。由于分子的无规则运动和相互碰撞，在任何时刻总有一些分子具有比平均动能还大的动能。这些具有足够大动能的分子，如处于液面附近，其动能大于飞出时克服液体内分子间的引力所需的功时，这些分子就能脱离液面而向外飞出，变成这种液体的汽，这就是蒸发现象。飞出去的分子在和其他分子碰撞后，有可能再回到液面上或进入液体内部。如果飞出的分子多于飞回的，液体就在蒸发。在蒸发过程中，比平均动能
7、大的分子飞出液面，而留存液体内部的分子所具有的平均动能变小了。所以在蒸发过程中，如外界不给液体补充能量，液体的温度就会下降。1.1.5影响蒸发的主要因素其一是与温度高低有关。温度越高，蒸发越快。无论在什么温度，液体中总有一些速度很大的分子能够飞出液面而成为汽分子，因此液体在任何温度下都能蒸发。如果液体的温度升高，分子的平均动能增大，从液面飞出去的分子数量就会增多，所以液体的温度越高，蒸发得就越快； 其二是与液面面积大小有关。如果液体表面面积增大，处于液体表面附近的分子数目增加，因而在相同的时间里，从液面飞出的分子数就增多，所以液面面积增大，蒸发就加快； 其三是与空气流动有关。当飞入空气里的汽分
8、子和空气分子或其他汽分子发生碰撞时，有可能被碰回到液体中来。如果液面空气流动快，通风好，分子重新返回液体的机会越小，蒸发就越快。 其他条件相同的不同液体，蒸发快慢亦不相同。这是由于液体分子之间内聚力大小不同而造成的。例如，水银分子之间的内聚力很大，只有极少数动能足够大的分子才能从液面逸出，这种液体蒸发就极慢。而另一些液体如乙醚，分子之间的内聚力很小，能够逸出液面的分子数量较多，所以蒸发得就快。此外液体蒸发不仅吸热还有使周围物体冷却的作用。当液体蒸发时，从液体里跑出来的分子，要克服液体表面层的分子对它们的引力而做功。这些分子能做功，是因为它们具有足够大的动能。速度大的分子飞出去，而留下的分子的平
9、均动能就要变小，因此它的温度必然要降低。这时，它就要通过热传递方式从周围物体中吸取热量，于是使周围的物体冷却。1.2蒸发设备1.2.1蒸发器蒸发器实质上是一个换热器，主要由加热室和蒸发室两部分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离。加热室中产生的蒸气带有大量液沫，到了较大空间的蒸发室后，这些液体借自身凝聚或除沫器等的作用得以与蒸气分离。通常除沫器设在蒸发室的顶部。1.2.2蒸发器分类蒸发器按操作压力分常压、加压和减压3种。按溶液在蒸发器中的运动状况分有：循环型。沸腾溶液在加热室中多次通过加热表面，如中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式和强制循环式等。
10、单程型。沸腾溶液在加热室中一次通过加热表面，不作循环流动，即行排出浓缩液，如升膜式、降膜式、搅拌薄膜式和离心薄膜式等。直接接触型。加热介质与溶液直接接触传热，如浸没燃烧式蒸发器。蒸发装置在操作过程中，要消耗大量加热蒸汽，为节省加热蒸汽，可采多效蒸发装置和蒸汽再压缩蒸发器。1.2.3蒸发器的特点目前常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中停留的情况，大致可分为循环型和单程型两大类。 1.循环型蒸发器 这一类型的蒸发器，溶液都在蒸发器中作循环流动。由于引起循环的原因不同，又可分为自然循环和强制循环两类。（1）中央循环管式蒸发器 这种蒸发器又称作标准式蒸发器。它的加热室由垂直管束组成，中间有一根直径
11、很大的中央循环管，其余管径较小的加热管称为沸腾管。由于中央循环管较大，其单位体积溶液占有的传热面，比沸腾管内单位溶液所占有的要小，即中央循环管和其它加热管内溶液受热程度不同，从而沸腾管内的汽液混合物的密度要比中央循环管中溶液的密度小，加之上升蒸汽的向上的抽吸作用，会使蒸发器中的溶液形成由中央循环管下降、由沸腾管上升的循环流动。这种循环，主要是由溶液的密度差引起，故称为自然循环。这种作用有利于蒸发器内的传热效果的提高。 为了使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积一般为其它加热管总截面积的40100%；加热管高度一般为12m；加热管直径在2575mm之间。这种蒸发器由于结构紧凑、制造方便、传热较好
12、及操作可靠等优点，应用十分广泛。但是由于结构上的限制，循环速度不大。加上溶液在加热室中不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液的沸点高，有效温度差就减小。这是循环式蒸发器的共同缺点。此外，设备的清洗和维修也不够方便，所以这种蒸发器难以完全满足生产的要求。 （2）悬筐式蒸发器 为了克服循环式蒸发器中蒸发液易结晶、易结垢且不易清洗等缺点，对标准式蒸发器结构进行了更合理的改进，这就是悬筐式蒸发器。加热室4象个篮筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，并且以加热室外壁与蒸发器内壁之间的环形孔道代替中央循环管。溶液沿加热管中央上升，而后循着悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间的环隙向下流动而构成循环。由于环隙面积
13、约为加热管总截面积的100至150%，故溶液循环速度比标准式蒸发器为大，可达1.5m/s。此外，这种蒸发器的加热室可由顶部取出进行检修或更换，而且热损失也较小。它的主要缺点是结构复杂，单位传热面积的金属消耗较多。 （3）列文式蒸发器 上述的自然循环蒸发器，其循环速度不够大，一般均在1.5m/s以下。为使蒸发器更适用于蒸发粘度较大、易结晶或结垢严重的溶液，并提高溶液循环速度以延长操作周期和减少清洗次数，可采用图6-4所示的列文蒸发器。 其结构特点是在加热室上增设沸腾室。加热室中的溶液因受到沸腾室液柱附加的静压力的作用而并不在加热管内沸腾，直到上升至沸腾室内当其所受压力降低后才能开始沸腾，因而溶液
14、的沸腾汽化由加热室移到了没有传热面的沸腾室，从而避免了结晶或污垢在加热管内的形成。另外，这种蒸发器的循环管的截面积约为加热管的总截面积的23倍，溶液循环速度可达2.5至3 m/s以上，故总传热系数亦较大。这种蒸发器的主要缺点是液柱静压头效应引起的温度差损失（意义详见6.3.1）较大，为了保持一定的有效温度差要求加热蒸汽有较高的压力。此外，设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房等。 除了上述自然循环蒸发器外，在蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料时，还采用强制循环蒸发器。在这种蒸发器中，溶液的循环主要依靠外加的动力，用泵迫使它沿一定方向流动而产生循环。循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制，一般在2.5m/s以上。强制循环蒸发器的传热系数也比一般自然循环的大。但它的明显缺点是能量消耗大，每平方米加热面积约需0.40.8kW。 2.单程型蒸发器 这一大类蒸发器的主要特点是：溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动即成为浓缩液排出。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。根据物料在蒸发器中流向的不同，单程型蒸发器又分以下几种。 （1）升膜式蒸发器 其加热室由许多竖直长管组成。常用的加热管直径
