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1、课 程 设 计授课时间：20122013年度 第 2学期题 目： 双效并流降膜式蒸发器设计 课程名称： 化工原理课程设计 专业年级： 食品科学与工程2010级 学 号： 1005100220 姓名： 王鹏 指导教师： 谢毅 黄丽 2013年7月11 日目录第1章 设计方案简介- 2 -第2章 工艺流程图及说明- 3 -第3章 工艺计算及主体设备选型；- 3 -3.1 估计各效蒸发量和完成液浓度- 3 -3.4 蒸发器的传热面积估算- 7 -42接管尺寸的确定- 9 -421溶液进出口- 9 -422加热蒸气进口与二次蒸汽出口- 10 -423冷凝水出口- 10 -第5章 蒸发装置的辅助设备-
2、10 -51气液分离器- 10 -52蒸汽冷凝器- 11 -521由计算可知,进入冷凝器的二次蒸汽的体积流量可计算得到冷凝器的直径D- 11 -第6章 参考文献- 16 -第7章 设计评述- 16 -课程名称： 化工原理课程设计 填写时间：_2011_年_12_月_2_日课程设计任务设计题目：双效并流蒸发器设计设计条件：采用双效并流加料将11 %的果汁浓缩到46 %。蒸发能力： 18000 kg/h；第I效的加热蒸汽压力：67.48kPa(绝压)；冷凝器的绝压为：8.173 kPa；第I效蒸发器的总传热系数：1100 W/(m2K)；第II效蒸发器的总传热系数：850 W/(m2K)设计内容：
3、计算蒸发器的传热面积设计的基本要求、任务、研究的问题通过课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通、独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。完成设计方案的简介、蒸发工艺设计计算、绘制工艺流程图设 计进 度安 排1月3日，布置任务，查阅、收集相关设计资料、参考文献等；4月7日，完成设计计算；8月11日，完成设计说明书。 第1章 设计方案简介化工原理课程设计要求我们综合运用化工原理、化工设备机械基础、化工仪表自动化等课程及有关先修课程所学知识，完成以化工单元操作为主的一次工程设计，主要内容包括化工工艺设计和化工设备结构设计
4、。从而对我们进行一次设计技能的基本训练，培养学生综合运用所学的书本知识解决实际问题的能力。通过课程设计，要求能够综合运用本课程和前修课程的基本知识进行融会贯通，并在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强（或温度），冷凝器的操作压强（或温度）的确定，正确选择蒸发的操作条件，对保证产品质量和降低能耗极为重要。本课程设计是双效并流设计。第2章 工艺流程图及说明第3章 工艺计算及主体设备选型；3.1 估计各效蒸发量和完成液浓度每小时水分蒸发量： （常用化工单元设备设计153页） kg/h式中原料处理量，kg/h；x0进效蒸发器料
5、液的浓度，质量百分比；x2出效蒸发器料夜的浓度，质量百分比；W水分蒸发量kg/h；由常用化工单元设备设计 P153取W1:W2=1:1.1故 W1=6521.739 (kg/h)W2=18000-6521.739=7173.913(kg/h)其中，W1第效的蒸发量，kg/hW2第效的蒸发量，kg/h效二次蒸汽浓度=17.25%有关参数（1） 原料液总量：18000 kg/h（2） 进料： =11% =89 出料： =46% =41.4来自食品工程原理741页饱和水蒸汽表二次蒸汽的热参数值如下表压力(kPa)T()汽化潜热(kg)效加热蒸汽P=67.48=89 =2282.845效二次蒸汽P=2
6、9.81169=2333.054效加热蒸汽P=28.536 =68=2335.565效二次蒸汽P=8.173=42冷凝处蒸汽P=7.752=41.3.2 估计各效溶液的沸点和有效总温度差 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， 常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高， 校正系数，无因次，其经验计算式为： 式中：操作压强下二次蒸汽的温度， 操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg 式中：溶液内部平均压强，Pa 液面上方的压强，Pa 溶液液层高度，m （该题设其液层高度为6m）溶液密度，kg/ m3 常压下，11的
7、蔗糖溶液水果原汁沸点变化情况与一般果汁相同故使用内插法常温下果汁沸点升高 () ()由于静压强，降膜式蒸发器：1=2=0() 1 () 两效果汁的沸点分别为：tt=压力(kPa)T()汽化潜热(kJ/kg)效加热蒸汽P=67.48=89 2282.845效料液P=32.307t=70.118=2329.879效二次蒸汽P=29.81169=2333.054效加热蒸汽P=28.536 =682335.565效料液P=9.070t=43.992=2392.887效二次蒸汽P=8.173=42冷凝处蒸汽P=7.752=41 .3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算第i效的焓衡算式为：有上式可
8、求得第i效的蒸发量，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，x（式中x为溶液的浓度变化，以质量分率表示）。第i效的蒸发量的 计算式为式中 -第i效的加热蒸汽量，kg/h，当无额外蒸汽抽出时= ； -第i效加热蒸气的汽化潜热，kJ/kg ； - 第i效二次蒸气的汽化潜热，kJ/kg；-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，对于加热蒸汽消耗量，可列出各效焓衡算式并与式联解而求得。 =0.98 第一效的焓衡量式为: =0.98进料，=3.91kJ/(kg.)， =4.187 kJ/(kg.)
9、，查课本附录九得=2125.4 kJ/kg,对于沸点进料，= =0.982329.879/2333.054 =0.98 (a) 同理第二效的热衡算式为:=0.98所以 =0.982392.887/2397.908+(180003.91-4.187)(70.118-43.992)/2397.908=0.933+751.477 (b) 又+=13695.652 (d) 联立(a),(b),(c)式,解得:=6696.42kg/h；=6999.23 kg/h= 6833.08 kg/h3.4 蒸发器的传热面积估算任意一效的传热速率方程为:= 式中 -第i效的传热速率，W-第i效的传热系数，W/（m2.） -第i效的传热温度差， -第i效的传热面积，m2 在双效蒸发中，为了便于制造和安装，通常采用各效传热面积相等的蒸发器，即 Q1=D1r1=6833.082329.8791000/3600=4.42106WQ2=W1r2=6696.422392.8871000/3600=4.45106W误差为 误差很小，在误差允许范围之内,故计算得各效蒸发面
