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1、食品工程原理课程设计一双效 并流降膜式蒸发器设计课程设计授课时间：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 3-第2章工艺流程图及说明 4-第3章工艺计算及主体设备选型; 4-31估计各效蒸发量和完成液浓度 -4 -34蒸发器的传热面积估算 8-42接管尺寸的确定 11-421溶液进出口 11-422加热蒸气进口与二次蒸汽出口 .-11 -4-2-3冷凝水出口- 11 -第5章蒸发装置的辅助设备 12-51气液
2、分离器 12-52蒸汽冷凝器 12-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. - 12 -第6章参考文献17 -第7章设计评述18 -课程名称：化工原理课程设计填写时间：_2011_年_12_ 月 _2_ B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 kgh ；第I 课程 效的加热蒸汽压力：6748kPa(绝压)；冷凝器 计任 的绝压为：8.173 kPa；第I效蒸发器的总传热系数: 1100 W/(m”K)；第II效蒸发器的总传 热系数：850 WgK)设计内容：计算蒸发器的传热面积设；计通过课程设计，
3、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、绘制工艺流程图料、参考文献等任务，查阅、收集相关设计资 8月1晶1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。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
4、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：V W = F1亠(常用化工单元设备I x2丿设计 153 页)(0 11A W 二 18000 1 - 二 13695.652 kg/h(0.46 丿式中f0原料处理量，kg/h；x0
5、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一一水分蒸发量kg/h；由常用化工单元设备设计 P153取 W1:W2=1:1.1故 W=18000 =6521.739 (kg/h)1 1 +1.1W =18000-6521. 739=7173. 913 (kg/h)2其中，W1第I效的蒸发量，kg/hW2第II效的蒸发量，kg/hI效二次蒸汽浓度xIF x018000 x 11%0 =17.25%F - W, 18000 - 6521.73901有关参数 (1)原料液总量：18000 kg/h(2)进料：x =11%T =89C11出料： x =46% T =4
6、1.4C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(C)汽化潜热(kg)I效加热蒸汽P=6748T =891y =2282.8451I效二次蒸汽P=29.811T二 691y =2333.0541II效加热蒸汽P=28536t =682y =2335.5652II效二次蒸汽P=8.173T =422y 二 2397.9082冷凝处蒸汽P=7.752T =413y = 240033.2 估计各效溶液的沸点和有效总温度差二怡，a&二 t +1m0式中：A 温度差损失，CA操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，C A 一液层静压引起的温度差损失，CA ”管路
7、流动阻力引起的温度差，CA 常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，。C af 校正系数，无因次，其经验计算式为：上 0.0162(T+ 273)2 f =r式中：T 操作压强下二次蒸汽的温度，CY操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kgpm 二 p0式中：pm溶液内部平均压强，Pap 0液面上方的压强，Pah 溶液液层高度， m (该题设其液层高度为 6m)P溶液密度，kg/ m3常压下，11的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A = 0.145OCAa2 = 1.48OCx 0.145 二 0.118(C)0.0162(69 + 2732333.0
8、54_0.0162(42 + 2732397.908x 1.48 二 0.992 (C)由于静压强，降膜式蒸发器： A1=A2=0(C)A=A= 1(C)12两效果汁的沸点分别为t =A +A + A+ 69 = 0.118 + 0 +1 + 69 = 70.118 C 1111t = A +A +A + 42 = 0.992 + 0 +1 + 42 = 43.992 C2 2 2 2压力(kPa)T(C)汽化潜热 (kJ/kg)I效加热蒸汽P=6748t =8912282.845效料液P=32307t =70.1181y =2329.8791I效二次蒸汽P=29.811T二 691y =23
9、33.0541II效加热蒸汽P=28.536t =6822335.565II效料液P=9.070t =43.9922y =2392.8872II效二次蒸汽P=8.173T =422y 二 2397.9082冷凝处蒸汽P=7.752T =4132400.3.3 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：Q = Dr = (Fc - Wc - W -.- W c ) x (t -1) + Wrii ip 01 pw2cwi-1 pwi-1 ii有上式可求得第i效的蒸发量W，若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发i器的热损失时，尚需考虑热利用系数耳一般溶液的蒸发，耳可取得094-07Ax
10、 (式中Ax为溶液的浓度变化，以质量分率表示)。第i效的蒸发量W.的计算式为rt - tW 二耳D 巧 + (Fc -Wc -W -W cri i i rp 01 pw2 cpwi-1 pw rii式中Di 第i效的加热蒸汽量，kg/h，当无额外蒸汽抽出时Di = W-1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；cp0原料液的比热，kJ (kgfC)；pw- -水的比热，kJ (kg.oC)；,-1 分别为第i效及第i-1效溶液的沸点，C；n i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W二W + W + W联解而求得。1 2 n
11、耳=0.98i第一效的焓衡量式为：W二耳(仔1 + FC 0 1)1 1 rP0 r /11耳=0.981进料，C =3.91kJ/(kg C), C =4.187 kj/(kg. C),査课本附录九得P0PWr =2125.4 kJ/kg,对于沸点进料，t二t1 0 1DrW = n =0.98 X 2329.879/2333.054 D=0.98 D (a)1 1 r 1 11同理第二效的热衡算式为：n =0.982所以W =n22Wr+ r r2p0-WC1 pW r r2=0.98XW X 2392. 887/2397. 908+(18000 X 3. 91-W X4.187) X (
12、70. 118-43. 992)11/2397.908=0.933W +751.477(b)1又 W +W =13695.652(d)12联立(a),(b),(c)式,解得：W =6696.42kg/h；W =6999.23 kg/h12D = 6833.08 kg/h13.4 蒸发器的传热面积估算任意一效的传热速率方程为：S = 旦i K At式中iiQ -第i效的传热速率，WiK -一第i效的传热系数，W/ (m2. C)iAt 第i效的传热温度差，CiS 第i效的传热面积，m2i 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S =-Qi K AtiiQ1=D1
13、r1=6833.08 X 2329.879 X 1000/3600=4.42 X 106WAt = T -t = 89-70.118 = 18.882 C11S =-Q二 4.42 x10二 212.80m21 K At1100 x 18.88211Q2=W1r2=6696.42x2392.887x1000/3600=4.45x106WAt = T -1 = 68 - 43.992 = 24.008 C22S丄2 K At224.45 x 106850 x 24.008二 218.06m2误差为1 -= 1 -21280 = 0.024(0.05误差很小，在误差允许范围之内，S218.06max故计算得各效蒸发面积合理。其各效溶液浓度无明显变化不必再算。 考虑到各种损失，安全系数取1.1m2故 S 1=1.1S1=1 1 212.80=234.08m2S2=1.1S2=1.1 218.06=239.87效数12冷凝器加热蒸汽温度(C)896742操作压强P /i(KPa)67.4827. 3078.173溶液沸点t C
