《课程设计并流三效蒸发器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计并流三效蒸发器（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、吉林化工学院食品工程原理课程设计1 概述与设计方案的选择1.1 概述1.1.1 蒸发设备的分类 常用蒸发器主要由加热室和分离室两部分构成。蒸发器的多种结构型式即在于加热室和分离室结构的多样性及其组合方式的变化。按照蒸发器在溶液中的流动情况，可将蒸发器分为循环型和单程型两大类。（1）循环型蒸发器：其特点是溶液在蒸发器中作循环流动。根据引起溶液循环流动原理的不同，又可分为自然循环式和强制循环式两种类别。显然，强制循环蒸发器式依靠外加动力造成溶液在蒸发器中的循环流动，而自然循环式是依靠溶液在蒸发器中不同部位的密度差引起的自然循环流动。表1-1 常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇总型式结构特点优点
2、缺点中央循环管式（自然循环式和强制循环式）加热时中央循环管和加热管内溶液受热程度不同，同时因加热管内蒸汽上升的抽吸作用使溶液产生由加热管上升，中央循环管下降的不断流动，从而提高了传热系数，强化了蒸发过程。在管内安装一旋桨式搅拌器，即构成强制循环式蒸发器。1. 构造简单，操作可靠2. 传热效果较好3. 投资费用较少1. 清洗和检修较麻烦2. 溶液循环速度较低（搅拌式可提速23倍）3. 因溶液的循环使蒸发器中溶液的组成总是接近于完成液组成，溶液沸点升高明显，传热温差减小，粘度较大，影响传热效果悬框式加热室像个悬框挂在蒸发器壳体内的下部，溶液沿加热室与壳体形成的环隙下降，沿加热管上升，不断循环流动1
3、. 循环速度较前者大2. 蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾溶液，热损失少3. 便与检修和更换4. 适用于蒸发易结垢或有晶体析出的液体1. 结构较复杂2. 单位传热面积用金属量最多列文式在加热管上部附加一段直管，由于其静压抑制了加热管中溶液的沸腾，减少了结垢的可能性，在直管上部装有立式隔板，使沸腾产生的气泡受到限制，与液体形成均匀混合物上升，这样循环管中的汽液混合物之间产生较大的密度差和推动力，故循环速度增大1. 可避免在加热管中析出晶体，减轻加热管表面上污垢的形成2. 传热效果较好3. 适用于处理有结晶析出的溶液1. 设备高达，消耗金属材料多，需要高大厂房2. 液柱静压引起的温度差损失较大，要
4、求加热蒸汽压力较大3. 必须保持在较大温差下操作强制循环式溶液的的循环借助外力作用，如用泵迫使溶液想一定方向流动1. 传热系数较自然循环式蒸发器大2. 适用于高粘度、易结垢、易结晶的溶液3. 加热蒸汽与溶液之间的温度差较小时(35)，仍可进行操作动力消耗大，单位传热面积耗费功率达0.40.8浸没燃烧式高温烟道气直接通入待蒸发溶液中，使溶液沸腾汽化1. 结构简单2. 传热速率快，效率高，适用于易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液1. 二次蒸汽难以再利用2. 不适用于热敏性或不能被烟道气污染的物料（2）单程型蒸发器单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，一次通过加热室即可达到所要求
5、的组成。其突出特点是传热效率高，蒸发速率快，溶液在蒸发器内停留时间短，特别适用于热敏性物料的蒸发，因而在食品、生物制品。制药等工业部门得到广泛应用。根据物料在蒸发器内的流动方向及成膜原因的不同，单程型蒸发器有升膜式、降膜式、升-降模式、刮板薄膜等多种类型。表1-2 单程型蒸发器的结构特点和性能比较型式结构特点优点缺点升膜式加热室有多根垂直长管组成，原料液经预热由底部进入，受热沸腾后迅速汽化在管内高速上升，带动液体沿管内壁膜状上升并不断蒸发适用于蒸发量较大、热敏性及易产生泡沫的溶液蒸发不适用于粘度较大、易结垢或易结晶的溶液降膜式原料液由加热室顶部加入，在重力作用下沿管内壁膜状下降，在下降过程中被
6、蒸发增浓可蒸发组成较高、粘度较大的溶液不适于易结晶或易结垢的溶液升-降膜式原料液经预热后进入蒸发器底部，先由升膜式加热室上升，再由降膜式加热室下降适用于蒸发过程中溶液组成变化较大或厂房高度有一定限制的场合1. 对进料负荷波动相当敏感，设计不当时不易成膜2. 不适用于易结晶或易结垢溶液刮板薄膜原料液由蒸发器上部沿切线方向进入，被旋转叶片带动，在内壁上形成旋转下降的液膜，并不断蒸发浓缩适用于处理易结垢、易结晶或热敏性溶液结构复杂，动力消耗较大1.1.2 选型时应考虑的主要因素（1) 料液的性质（如热敏性、腐蚀性、结晶、结垢、粘性、起泡性等，尤其对粘度在蒸发过程中的增加程度及结垢情况应给予特别注意）
7、；（2） 工程技术要求，如处理量、蒸发量，安装现场的面积和高度、连续或间歇生产等；（3） 利用的热源和冷却的情况；（4）结构简单，操作可靠，造价和操作费用低廉，经济合理，维修方便。1.2 设计方案的选择本设计选择中央循环管式蒸发器。2 工艺设计计算计算公式出自食品工程原理2.1 估计各效蒸发量和完成液浓度木瓜浆：入口 10% 出口 42% 日处理量= 75.75t/d原料液加料量 kg/h总蒸发量：因并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出，假设各效蒸发量相等，即： 各效完成液浓度：其中：溶液沸点和有效温度差的确定：选定加热蒸汽温度为121,则相应的蒸汽压强为205.35kpa;冷凝器的操作压强 ；其它
8、各效二次蒸汽的压强按各效间蒸汽压强相等的假设来确定，即：由各效的二次蒸汽的压强，查的响应的二次蒸汽的温度及汽化热列于表中：表 二次蒸汽的温度及汽化热 效数 参数123二次蒸汽压强143.5781.7920.01二次蒸汽温度110.0594.0460.09汽化热2231.872273.242354.902.2 估计各效溶液的沸点和有效总温度差概述：被蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。当加热蒸汽的温度一定时，蒸发溶液时传热温差小于蒸发纯溶剂时的传热温差。从传热角度来看，传热推动力降低了，因而沸点的相对升高，又叫温差损失。对于电解质溶液，溶质的含量越大，这种
9、效应也越显著。对于垂直管式蒸发器，管内液柱的静压力及蒸汽在管道内的流动阻力也会引起溶液的沸点升高。计算公式出自食品工程原理2.2.1各效由于沸点升高而引起的温度差损失根据各效的二次蒸汽温度和各效完成液的组成，查得：各效溶液的沸点升高如下表：（注：食品料液的可近似用糖液的数据代替。） 表2-2 各效溶液的沸点升高13.420.342.00.1620.3061.20则各效由于溶液的沸点升高引起的温度差损失为：2.2.2 由于液柱静压力而引起的温度差损失某些蒸发器在操作时，器内溶液需要维持一定的液位，因而蒸发器中溶液内部的压强大于液面压强，致使溶液内部的沸点较高于液面处的沸点，二者之差即为因溶液静压
10、强引起的温差损失 液层内平均压强可按下式计算：已知三效中木瓜浆液平均密度分别为;表2-3 根据各效液压强查得对应的饱和液温度效数123压强149.45688.38227.603水的沸点111.1996.1467.1052.2.3 由流动阻力而引起的温度差损失在多效蒸发中末效以前各效的二次蒸汽流到下一效的加热室的过程中由于管道阻力使其压强降低蒸汽的饱和温度也相应降低由此引发的温度差损失即为，根据经验值均取.即2.2.4 各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：可得，各效溶液的沸点：已知加热蒸汽的温度为 汽化热为各效有效温差为：2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算计算公式出自化工原理课
11、程设计 已知原料液的比热容为 水的比热；实际上在并流加料中有自蒸发现象，蒸发过程有热损失，对某些溶液的蒸发还会有浓缩热，故必须考虑这些因素对蒸发水量的影响，为此，需对各效进行热量衡算。第一效的热衡算式为： 因沸点进料， （a)第二效的热衡算式为： （b)第三效的热衡算式： (c) （d)式中：2.4 蒸发器传热面积的估算计算公式出自食品工程原理2.5 有效温差的再分配2.6 核算（重复上述计算步骤）计算公式出自食品工程原理2.6.1 计算各效料液浓度由所求得的各效蒸发量，求各效料液的浓度，它们分别为2.6.2 计算各效料液的沸点表2-4 各效料液沸点升高效数123浓度%13.242042常压下
12、沸点升高0.16480.31.16密度100011201290因末效完成液的浓度和冷凝器的压力不变，各种温度差损失及溶液沸点可视为恒定，即表2-5 二次蒸汽温度及汽化热效数123144.9484.18820.01110.31594.87260.092231.182271.212354.902.6.3 各效的热量衡算各效的焓衡算：2.6.4 传热面积的计算取平均面积3 蒸发器的主要结构工艺尺寸的设计中央循环管式蒸发器主体分为加热室和分离室，加热室由直立的加热管束组成，管束中间为一根直径较大的中央循环管；分离室是汽液分离的空间。其主要结构尺寸包括：加热室和分离室的直径和高度；加热管和循环管的规格，
13、长度及在花板上的排列方式等。这些尺寸取决于工艺计算结果，主要是传热面积。本次课设选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下;计算公式出自食品工程原理3.1 加热管的选择和管束的初步估计加热管通常选用等几种规格的无缝钢管，管子长度的选择应根据溶液结垢的难易程度，溶液的起泡性和厂房的高度等因素综合考虑。根据加热管的型号选用：252.5mm选择加热管长度选用：1m初步估算所需管子数为 3.2循环管的选择循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减小的原则来考虑的。中央循环管式蒸发器的循环管截面积可取加热管总截面积的40%100%。本次计算取50% 。若表示循环管内径，则循环管的总截面积为： 根据上式结果，选取管径相近的标准管型号为3258循环管的管长与加热管相等，为1 m。3.3加热管的直径以及加热管数目的确定加热管的内径取决于加热管和循环管的规格、数目及在管板上的排列方式。节热管在管板上的排列方式为正三角形。不同加热管尺寸的管心距查表得 表3-1 不同加热管尺寸的管心距加热管外径19253857管心距25324870由上表查得型号为252.5mm的管心距为 表3-2 壳体的尺寸标准壳体内径，4007008001000110015
