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1、2021级食品科学与工程专业食品工程原理课 程 设 计授课时间：20212021年度 第 1 学期题 目： 双效并流降膜式果汁浓缩装置 课程名称： 化工原理课程设计 专业年级： 食品科学与工程2021级 学 号： 1005100110 姓名： 陈 建 成 绩： 指导教师： 谢 毅 2021年7月10日课程设计任务安排表食品科学工程学院 班级：2021级食品科学与工程专业 食品101班课程名称： 化工原理课程设计 填写时间：_2021_年_7月_10_日课程设计任务设计题目：双效并流降膜式果汁浓缩一 原始设计数据：采用双效并流设计。1生产能力：18000kg/h2原料汁固形物含量：11%3浓缩汁
2、固形物含量：46%4 原料汁最高许可温度：755第I效蒸发器的总传热系数：1100 W/(m2K)，而第II效为800 W/(m2K)。6各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。二 设计内容：1设计方案的选定与说明。 浓缩装置的流程，操作条件，主要设备形式及材质的选取。2蒸发器的工艺计算。 进行物料衡算，热量衡算，计算和确定蒸发器的转热面积。3蒸发器的主要工艺尺寸设计。 确定蒸发器的直径和长度，管心距和排列方式。4主要辅助设备的选型和计算。 气液别离器，冷凝器等辅助设备的主要尺寸计算和设备型号规格的选定。设 计进 度安 排7月1日2日，布置任务，查阅、收集相关设计资料、参考文献等；7月3日5日
3、，完成设计计算；7月8日11日，完成设计说明书； 7月12日，辩论。主要符号说明c比热容，KJ/(Kg.h)x溶剂的百分质量,d管径，m对流传热系数，/m2.D直径，m温度差损失，D加热蒸汽消耗量，Kg/hK总传热系数，W/m2.，f校正系数，热损失系数，F进料量，Kg/h阻力系数，g重力加速度，/s2导热系数，/m2.h高度，m密度，Kg/m3H高度，m加和k杜林线斜率下标：1,2效数的序号误差i内侧L液面高度，mm平均n效数p压强p压强，PaW蒸发量，Kg/hq热通量，W/m2W质量流量，Kg/hQ传热速率，W上标：二次蒸汽的r汽化潜热，KJ/Kg上标：因溶液蒸汽压而引起的R热阻，m2./
4、W上标：因液柱静压强而引起的S传热面积，m2上标：因流体阻力损失而引起的目 录第一章 前言.03第二章 蒸发工艺设计计算.0921蒸发溶液浓度计算.0922 溶液沸点和有效温度差确实定.0923加热蒸气消耗量和各效蒸发水量的初步计算.1224蒸发器传热面积估算.1425重新分配各效的有效温差.1526重复上述步骤.1527再重新分配各效的有效温差.1828再重复上述步骤.1829计算结果列表.21第三章 蒸发器的主要结构尺寸的计算.211加热管的选择和加热管数的初步估算.212加热室直径及加热管数目确实定.22( 3 )别离室直径和高度确实定.22( 4 )接管尺寸确实定.23第四章. 蒸发装
5、置的辅助设备的选用计算.25第五章.双效并流蒸发器结构尺寸确定.28第六章. 本次化工设计附图.30第七章. 设计总结.32第八章.参考文献.34第一章 前 言概述课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学习化工设计根本知识的初次尝试。通过课程设计，要求能够综合运用本课程和前修课程的根本知识进行融会贯穿，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。 本次设计的主要是双效蒸发局部。1 .蒸发及蒸发流程蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质如盐类的溶液沸腾，除去其中被汽化单位局部杂质，使溶液得以浓缩的单元操作过程。蒸发操作广泛用于浓
6、缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等工业中较为常见的单元操作。化工生产中蒸发主要用于以下几种目的：1获得浓缩的溶液产品；2将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用以获得固体产品，如烧碱、糖产品；3脱除杂质，获得纯洁的溶剂或半成品。进行蒸发操作的设备叫蒸发器。蒸发器内要有足够的加热面积，使溶液受热沸腾。溶液在蒸发器内因各处密度的差异而形成某种循环流动，被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。蒸发器内备有足够的别离空间，以除去汽化的蒸汽夹带的雾沫和液滴，或装有适当形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称做一次
7、蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做而二次蒸汽。根据加料蒸汽与料液流向的不同，多效蒸发的操作流程可分为并流、逆流、平流、错流等流程：1并流流程 也称顺流加料流程，料液与蒸汽在效间流动同向。并流流程结构紧凑，操作简便，应用较广。并流流程只使用于处理黏度不大的料液。2逆流流程 料液与加热蒸汽在效间呈逆流流动。自前效到后效，料液组成渐增，温度同时升高，黏度及传热系数变化不大，温度分配均匀，适用于处理黏度较大的料液，不适于处理热敏性料液。3平流流程 每一效都有进料和出料，适合于有大量结晶析出的蒸发过程4错流流程 也称为混流流程，它是并、逆流的结合，其特点是兼有并、逆流的优点，但操作复杂，控制困难。我国目前仅
8、用于造纸工业及有色金的碱回收系统中。2 .蒸发操作的分类按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，假设产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。假设把二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把假设干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。真空蒸发有许多优点：1在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差，减小蒸发器的传热面积；2可以利用低压蒸气作为
9、加热剂；3有利于对热敏性物料的蒸发；4操作温度低，热损失较小。在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气加以利用。因此，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效那么在真空下操作。3. 蒸发操作的特点从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发时间壁两侧分别为蒸气冷凝和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，蒸发操作又有如下特点:1沸点升高 蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在港台压力下溶液的蒸气压较同温度下纯溶剂的蒸气压低，使溶液的沸点高于纯溶液的沸点，这种现象称为溶液沸点的升高。在加热蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液时的传热温差必
10、定小于加热唇溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。2物料的工艺特性 蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析出晶体，或易于结垢；有些那么具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作彼此必须要考虑的问题。3节约能源 蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸气。如何充分利用热量，提高加热蒸气的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。4. 蒸发设备的要求蒸发设备的种类很多，但无论何种类型的蒸发设备，在构造上必须有利于过程的进行。因此设计蒸发设备时应考虑以下几个因素：(1)尽可能提高冷凝和沸腾给热系数。减缓加热面上污垢的生成速率，保证设备具有较大的传热系数；(2)能适应溶液的某些特性，如粘性、起泡性、热敏性、腐蚀性等；(3)
