食品工程原理課程設(shè)計---年處理量為4400噸桃漿蒸發(fā)器裝置的設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　1、設(shè)計題目：年處理量為　4400　　　噸桃漿蒸發(fā)器裝置的設(shè)計；</p><p>　　試設(shè)計一套三效并流加料的蒸發(fā)器裝置，要求將固形物含量10%的桃漿溶液濃縮到42%，原料液沸點進(jìn)料。第一效蒸發(fā)器的飽和蒸汽溫度為103℃，冷凝器的絕對壓強為20kPa。</p><p><

2、;b>　　2、操作條件：</b></p><p>　?。?）桃漿固形物含量：入口含量10%，出口含量42%；</p><p>　?。?）加熱介質(zhì)：溫度為103℃的飽和蒸汽，各效的冷凝液均在飽和溫度下排出，假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失；</p><p>　　（3）每年按330天計，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)。</p><p>

3、;<b>　　3、設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　?。?）設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及蒸發(fā)器型式進(jìn)行簡要論述。</p><p>　　（2）蒸發(fā)器的工藝計算：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。</p><p>　?。?）蒸發(fā)器的工藝計算：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。</p><p>　?。?）蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。</p

4、><p>　?。?）繪制蒸發(fā)裝置的流程圖，并編寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書1</b></p><p>　　第1章 緒 論3</p><p>　　1.1蒸發(fā)技術(shù)概況3</p><p>

5、;<b>　　1.1.1蒸發(fā)3</b></p><p>　　1.1.2發(fā)生條件3</p><p>　　1.1.3蒸發(fā)的兩個基本過程3</p><p>　　1.1.4影響因素3</p><p>　　1.1.5影響蒸發(fā)的主要因素4</p><p><b>　　1.2蒸發(fā)設(shè)備4&l

6、t;/b></p><p>　　1.2.1蒸發(fā)器4</p><p>　　1.2.2蒸發(fā)器分類4</p><p>　　1.2.3蒸發(fā)器的特點5</p><p>　　1.3蒸發(fā)操作的分類7</p><p>　　1.4蒸發(fā)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用8</p><p>　　第2章 設(shè)計方案9

7、</p><p>　　2.1蒸發(fā)器的選擇9</p><p>　　2.2蒸發(fā)流程的選擇9</p><p>　　2.3操作條件10</p><p>　　第3章 蒸發(fā)器的工藝計算11</p><p>　　3.1估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度11</p><p>　　3.2估計各效溶液的沸點和有

8、效總溫度11</p><p>　　3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)器水量的初步計算13</p><p>　　3.4蒸發(fā)器傳熱面積的估算14</p><p>　　3.5有效溫差的分配15</p><p><b>　　3.6校正15</b></p><p>　　3.7設(shè)計結(jié)果一覽表17&l

9、t;/p><p><b>　　符號說明18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　結(jié)束語21</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b&g

10、t;　　1.1蒸發(fā)技術(shù)概況</b></p><p><b>　　1.1.1蒸發(fā)</b></p><p>　　蒸發(fā)是使含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)的濃度提高的單元操作。</p><p><b>　　1.1.2發(fā)生條件</b></p><p>　　蒸發(fā)在任何溫度

11、下都能發(fā)生。 </p><p>　　蒸發(fā)過程吸收熱量，蒸發(fā)致冷。</p><p>　　1.1.3蒸發(fā)的兩個基本過程</p><p>　　蒸發(fā)兩個基本過程的兩個必要組成部分是加熱料液使溶劑水沸騰和不斷除去汽化產(chǎn)生的水蒸氣。一般前一部分在蒸發(fā)器中進(jìn)行，后一部分在冷凝器中完成。</p><p>　　工程上，蒸發(fā)過程只是從溶液中分離出部分溶劑，而溶質(zhì)

12、仍留在溶液中，因此，蒸發(fā)操作即為一個使溶液中的揮發(fā)性溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分離過程。由于溶劑的汽化速率取決于傳熱速率，故蒸發(fā)操作屬傳熱過程，蒸發(fā)設(shè)備為傳熱設(shè)備，但是，蒸發(fā)操作與一般傳熱過程比較，有以下特點：</p><p>　　1、傳熱性質(zhì)：屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫 傳熱過程。</p><p>　　2、溶液性質(zhì)：熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶性、結(jié)垢性、泡沫、粘度等。</p>&

13、lt;p>　　3、沸點升高：當(dāng)加熱蒸氣一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)純水的溫度差。</p><p>　　4、泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設(shè)備污染。</p><p>　　5、能源利用：二次蒸氣的利用是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一。</p><p><b>　　1.1.4影響因素</b></p>

14、<p>　　影響蒸發(fā)快慢的因素：溫度、濕度、液體的表面積、液體表面上的空氣流動等。</p><p>　　水由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)變成汽態(tài)，逸入大氣中的過程稱為蒸發(fā)。而蒸發(fā)量是指在一定時段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而散布到空中的量。通常用蒸發(fā)掉的水層厚度的毫米數(shù)表示，水面或土壤的水分蒸發(fā)量，分別用不同的蒸發(fā)器測定。一般溫度越高、濕度越小、風(fēng)速越大、氣壓越低、則蒸發(fā)量就越大；反之蒸發(fā)量就越小。土壤蒸發(fā)量和和水面蒸發(fā)量的測定

15、，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水文工作上非常重要。雨量稀少、地下水源及流入徑流水量不多的地區(qū)，如蒸發(fā)量很大，極易發(fā)生干旱。而且在任何溫度下都可以蒸發(fā)。從微觀上看，蒸發(fā)就是液體分子從液面離去的過程。由于液體中的分子都在不停地作無規(guī)則運動，它們的平均動能的大小是跟液體本身的溫度相適應(yīng)的。由于分子的無規(guī)則運動和相互碰撞，在任何時刻總有一些分子具有比平均動能還大的動能。這些具有足夠大動能的分子，如處于液面附近，其動能大于飛出時克服液體內(nèi)分子間的引力所需的功時，

16、這些分子就能脫離液面而向外飛出，變成這種液體的汽，這就是蒸發(fā)現(xiàn)象。飛出去的分子在和其他分子碰撞后，有可能再回到液面上或進(jìn)入液體內(nèi)部。如果飛出的分子多于飛回的，液體就在蒸發(fā)。在蒸發(fā)過程中，比平均動能大的分子飛出液面，而留存液體內(nèi)部的分子所具有的平均動能變小了。所以</p><p>　　1.1.5影響蒸發(fā)的主要因素</p><p>　　其一是與溫度高低有關(guān)。溫度越高，蒸發(fā)越快。無論在什么溫度，

17、液體中總有一些速度很大的分子能夠飛出液面而成為汽分子，因此液體在任何溫度下都能蒸發(fā)。如果液體的溫度升高，分子的平均動能增大，從液面飛出去的分子數(shù)量就會增多，所以液體的溫度越高，蒸發(fā)得就越快； </p><p>　　其二是與液面面積大小有關(guān)。如果液體表面面積增大，處于液體表面附近的分子數(shù)目增加，因而在相同的時間里，從液面飛出的分子數(shù)就增多，所以液面面積增大，蒸發(fā)就加快； </p><p>　

18、　其三是與空氣流動有關(guān)。當(dāng)飛入空氣里的汽分子和空氣分子或其他汽分子發(fā)生碰撞時，有可能被碰回到液體中來。如果液面空氣流動快，通風(fēng)好，分子重新返回液體的機會越小，蒸發(fā)就越快。 </p><p>　　其他條件相同的不同液體，蒸發(fā)快慢亦不相同。這是由于液體分子之間內(nèi)聚力大小不同而造成的。例如，水銀分子之間的內(nèi)聚力很大，只有極少數(shù)動能足夠大的分子才能從液面逸出，這種液體蒸發(fā)就極慢。而另一些液體如乙醚，分子之間的內(nèi)聚力很小，

19、能夠逸出液面的分子數(shù)量較多，所以蒸發(fā)得就快。此外液體蒸發(fā)不僅吸熱還有使周圍物體冷卻的作用。當(dāng)液體蒸發(fā)時，從液體里跑出來的分子，要克服液體表面層的分子對它們的引力而做功。這些分子能做功，是因為它們具有足夠大的動能。速度大的分子飛出去，而留下的分子的平均動能就要變小，因此它的溫度必然要降低。這時，它就要通過熱傳遞方式從周圍物體中吸取熱量，于是使周圍的物體冷卻。</p><p><b>　　1.2蒸發(fā)設(shè)備&l

20、t;/b></p><p><b>　　1.2.1蒸發(fā)器</b></p><p>　　蒸發(fā)器實質(zhì)上是一個換熱器，主要由加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。加熱室向液體提供蒸發(fā)所需要的熱量，促使液體沸騰汽化；蒸發(fā)室使氣液兩相完全分離。加熱室中產(chǎn)生的蒸氣帶有大量液沫，到了較大空間的蒸發(fā)室后，這些液體借自身凝聚或除沫器等的作用得以與蒸氣分離。通常除沫器設(shè)在蒸發(fā)室的頂部。<

21、/p><p>　　1.2.2蒸發(fā)器分類</p><p>　　蒸發(fā)器按操作壓力分常壓、加壓和減壓3種。按溶液在蒸發(fā)器中的運動狀況分有：①循環(huán)型。沸騰溶液在加熱室中多次通過加熱表面，如中央循環(huán)管式、懸筐式、外熱式、列文式和強制循環(huán)式等。②單程型。沸騰溶液在加熱室中一次通過加熱表面，不作循環(huán)流動，即行排出濃縮液，如升膜式、降膜式、攪拌薄膜式和離心薄膜式等。③直接接觸型。加熱介質(zhì)與溶液直接接觸傳熱，如

22、浸沒燃燒式蒸發(fā)器。蒸發(fā)裝置在操作過程中，要消耗大量加熱蒸汽，為節(jié)省加熱蒸汽，可采多效蒸發(fā)裝置和蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。</p><p>　　1.2.3蒸發(fā)器的特點</p><p>　　目前常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中停留的情況，大致可分為循環(huán)型和單程型兩大類。 </p><p><b>　　1.循環(huán)型蒸發(fā)器 </b></p>

23、<p>　　這一類型的蒸發(fā)器，溶液都在蒸發(fā)器中作循環(huán)流動。由于引起循環(huán)的原因不同，又可分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩類。</p><p>　　（1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器又稱作標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器。它的加熱室由垂直管束組成，中間有一根直徑很大的中央循環(huán)管，其余管徑較小的加熱管稱為沸騰管。由于中央循環(huán)管較大，其單位體積溶液占有的傳熱面，比沸騰管內(nèi)單位溶液所占有的要小，即中央循環(huán)管和其它加熱管內(nèi)溶液受熱程度不同

24、，從而沸騰管內(nèi)的汽液混合物的密度要比中央循環(huán)管中溶液的密度小，加之上升蒸汽的向上的抽吸作用，會使蒸發(fā)器中的溶液形成由中央循環(huán)管下降、由沸騰管上升的循環(huán)流動。這種循環(huán)，主要是由溶液的密度差引起，故稱為自然循環(huán)。這種作用有利于蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果的提高。 </p><p>　　為了使溶液有良好的循環(huán)，中央循環(huán)管的截面積一般為其它加熱管總截面積的40～100%；加熱管高度一般為1～2m；加熱管直徑在25～75mm之間。這

25、種蒸發(fā)器由于結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、傳熱較好及操作可靠等優(yōu)點，應(yīng)用十分廣泛。但是由于結(jié)構(gòu)上的限制，循環(huán)速度不大。加上溶液在加熱室中不斷循環(huán)，使其濃度始終接近完成液的濃度，因而溶液的沸點高，有效溫度差就減小。這是循環(huán)式蒸發(fā)器的共同缺點。此外，設(shè)備的清洗和維修也不夠方便，所以這種蒸發(fā)器難以完全滿足生產(chǎn)的要求。 </p><p>　?。?）懸筐式蒸發(fā)器 為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結(jié)晶、易結(jié)垢且不易清洗等缺點，對標(biāo)準(zhǔn)式蒸

26、發(fā)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更合理的改進(jìn)，這就是懸筐式蒸發(fā)器。加熱室4象個籃筐，懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部，并且以加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁之間的環(huán)形孔道代替中央循環(huán)管。溶液沿加熱管中央上升，而后循著懸筐式加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間的環(huán)隙向下流動而構(gòu)成循環(huán)。由于環(huán)隙面積約為加熱管總截面積的100至150%，故溶液循環(huán)速度比標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器為大，可達(dá)1.5m/s。此外，這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進(jìn)行檢修或更換，而且熱損失也較小。它的主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位傳熱面

27、積的金屬消耗較多。 </p><p>　?。?）列文式蒸發(fā)器 上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器，其循環(huán)速度不夠大，一般均在1.5m/s以下。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結(jié)晶或結(jié)垢嚴(yán)重的溶液，并提高溶液循環(huán)速度以延長操作周期和減少清洗次數(shù)，可采用圖6-4所示的列文蒸發(fā)器。 </p><p>　　其結(jié)構(gòu)特點是在加熱室上增設(shè)沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不在加熱管內(nèi)沸騰，

28、直到上升至沸騰室內(nèi)當(dāng)其所受壓力降低后才能開始沸騰，因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室，從而避免了結(jié)晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。另外，這種蒸發(fā)器的循環(huán)管的截面積約為加熱管的總截面積的2～3倍，溶液循環(huán)速度可達(dá)2.5至3 m/s以上，故總傳熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點是液柱靜壓頭效應(yīng)引起的溫度差損失（意義詳見6.3.1）較大，為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外，設(shè)備龐大，消耗的材料多，需要高大的廠房等

29、。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外，在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時，還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中，溶液的循環(huán)主要依靠外加的動力，用泵迫使它沿一定方向流動而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制，一般在2.5m/s以上。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的明顯缺點是能量消耗大，每平方米加熱面積約需0.4～0.8kW。 </p><p><b>　　2.單程型蒸發(fā)器 <

30、/b></p><p>　　這一大類蒸發(fā)器的主要特點是：溶液在蒸發(fā)器中只通過加熱室一次，不作循環(huán)流動即成為濃縮液排出。溶液通過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習(xí)慣上又稱為液膜式蒸發(fā)器。根據(jù)物料在蒸發(fā)器中流向的不同，單程型蒸發(fā)器又分以下幾種。 </p><p>　?。?）升膜式蒸發(fā)器 其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為25～50mm，管長和管徑之比約為100～150。料液經(jīng)

31、預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入，在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升，一般常壓下操作時適宜的出口汽速為20～50m/s，減壓下操作時汽速可達(dá)100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā)，汽、液混合物在分離器2內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導(dǎo)出。須注意的是，如果從料液中蒸發(fā)的水量不多，就難以達(dá)到上述要求的汽速，即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)；它對粘度很大，易結(jié)晶或

32、易結(jié)垢的物料也不適用。 </p><p>　?。?）降膜式蒸發(fā)器 降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于，料液是從蒸發(fā)器的頂部加入，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過程中蒸發(fā)增濃，在其底部得到濃縮液。由于成膜機理不同于升膜式蒸發(fā)器，故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大（例如在0.05～0.45Ns/m2范圍內(nèi)）、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小，仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的

33、物料。 </p><p>　　由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動，因而對流傳熱系數(shù)大為提高，使得溶液能在加熱室中一次通過不再循環(huán)就達(dá)到要求的濃度，因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。溶液不循環(huán)帶來好處有：（1）溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；（2）整個溶液的濃度，不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度，因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點是：對進(jìn)料負(fù)荷的波動相當(dāng)敏感，當(dāng)設(shè)計或操作不適

34、當(dāng)時不易成膜，此時，對流傳熱系數(shù)將明顯下降。 </p><p>　?。?）刮板式蒸發(fā)器 蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)的葉片即刮板。刮板有固定式和轉(zhuǎn)子式兩種，前者與殼體內(nèi)壁的間隙為0.5～1.5mm，后者與器壁的間隙隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有加至與刮板同軸的甩料盤上的）。由于重力、離心力和旋轉(zhuǎn)刮板刮帶作用，溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排

35、出。這種蒸發(fā)器是一種利用外加動力成膜的單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點是對物料的適應(yīng)性很強，且停留時間短，一般為數(shù)秒或幾十秒，故可適應(yīng)于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結(jié)晶、結(jié)垢、熱敏性的物料。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需1.5～3kW。此外，其處理量很小且制造安裝要求高。 </p><p>　　3.直接接觸傳熱的蒸發(fā)器 </p><p>　　實際生產(chǎn)中，有時還應(yīng)用直接接觸傳熱的蒸發(fā)器

36、。它是將燃料（通常為煤氣和油）與空氣混合后，在浸于溶液中的燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣經(jīng)燃燒室下部的噴嘴直接噴入被蒸發(fā)的溶液中。高溫氣體和溶液直接接觸，同時進(jìn)行傳熱使水分蒸發(fā)汽化，產(chǎn)生的水汽和廢煙氣一起由蒸發(fā)器頂部排出。其燃燒室在溶液中的浸沒深度一般為0.2～0.6m，出燃燒室的氣體溫度可達(dá)1000℃以上。因是直接觸接傳熱，故它的傳熱效果很好，熱利用率高。由于不需要固定的傳熱壁面，故結(jié)構(gòu)簡單，特別適用于易結(jié)晶、結(jié)垢和具有腐蝕性物料

37、的蒸發(fā)。目前在廢酸處理和硫酸銨溶液的蒸發(fā)中，它已得到廣泛應(yīng)用。但若蒸發(fā)的料液不允許被煙氣所污染，則該類蒸發(fā)器一般不適用。而且由于有大量煙氣的存在，限制了二次蒸氣的利用。此外噴嘴由于浸沒在高溫液體中，較易損壞。 從上介紹可以看出，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，各有其優(yōu)缺點和適用的場合。在選型時，首先要看它能否適應(yīng)所蒸發(fā)物料的工藝特性，包括物料的粘性、熱敏性、腐蝕性以及是否容易結(jié)晶或結(jié)垢等，然后再要求其結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、金屬消耗量少，維修方便、傳

38、熱效果好等等。</p><p>　　1.3蒸發(fā)操作的分類</p><p>　　1、按蒸發(fā)方式分： </p><p>　　自然蒸發(fā)：即溶液在低于沸點溫度下蒸發(fā)，如海水曬鹽，這種情況下，因溶劑僅在溶液表面汽化，溶劑汽化速率低。 </p><p>　　沸騰蒸發(fā)：將溶液加熱至沸點，使之在沸騰狀態(tài)下蒸發(fā)。工業(yè)上的蒸發(fā)操作基本上皆是此類。 </p&

39、gt;<p>　　2、按加熱方式分： </p><p>　　直接熱源加熱 它是將燃料與空氣混合，使其燃燒產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣經(jīng)噴嘴直接噴入被蒸發(fā)的溶液中來加熱溶液、使溶劑汽化的蒸發(fā)過程。 </p><p>　　間接熱源加熱 容器間壁傳給被蒸發(fā)的溶液。即在間壁式換熱器中進(jìn)行的傳熱過程。 </p><p>　　3、按操作壓力分： </p>&

40、lt;p>　　可分為常壓、加壓和減壓（真空）蒸發(fā)操作。很顯然，對于熱敏性物料，如抗生素溶液、果汁等應(yīng)在減壓下進(jìn)行。而高粘度物料就應(yīng)采用加壓高溫?zé)嵩醇訜幔ㄈ鐚?dǎo)熱油、熔鹽等）進(jìn)行蒸發(fā) </p><p><b>　　4、按效數(shù)分： </b></p><p>　　可分為單效與多效蒸發(fā)。若蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽直接冷凝不再利用，稱為單效蒸發(fā)。若將二次蒸汽作為下一效加熱蒸汽，并

41、將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，此蒸發(fā)過程即為多效蒸發(fā)。</p><p>　　1.4蒸發(fā)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　蒸發(fā)就是用加熱的方法，將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液加熱至沸騰狀況，使部分溶劑汽化并被移除，從而提高溶劑中溶質(zhì)濃度的單元操作。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用蒸發(fā)操作有以下幾種場合：</p><p>　　1、濃縮稀溶液直接制取產(chǎn)品或?qū)馊芤涸偬幚恚ㄈ缋鋮s結(jié)晶）制取固體產(chǎn)品，例如

42、電解燒堿液的濃縮，食糖水溶液的濃縮及各種果汁的濃縮等；</p><p>　　2、同時濃縮溶液和回收溶劑，例如有機磷農(nóng)藥苯溶液的濃縮脫苯，中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)等；</p><p>　　3、為了獲得純凈的溶劑，例如海水淡化等。</p><p>　　總之，在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、制藥等工業(yè)中，蒸發(fā)操作被廣泛應(yīng)用。</p><p><b&g

43、t;　　第二章 設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1 蒸發(fā)器的選擇——升膜蒸發(fā)器</p><p>　　升膜蒸發(fā)器的構(gòu)成是液體根據(jù)虹吸泵的原理進(jìn)入加熱管加熱，流入到分離器后液體與蒸汽分離開來，通過循環(huán)管流回到蒸發(fā)器，形成閉路循環(huán)，因此，這種蒸發(fā)器又稱外循環(huán)蒸發(fā)器。 </p><p>　　加熱管由換熱管組成，原料液經(jīng)預(yù)熱達(dá)到沸點或接近沸點后，由加熱室

44、底部引入，為高速上升的二次蒸汽帶動，沿?fù)Q熱管內(nèi)壁邊流動邊蒸發(fā)，在加熱室頂部可達(dá)到所需的濃度，完成液由分離室底部排出，產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)設(shè)在上部分離板組除去汽泡、水珠、雜物后成為下一效的熱源。升膜蒸發(fā)器適宜處理蒸發(fā)量較大，熱敏性，粘度不大及易起泡的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出和易結(jié)垢的溶液。</p><p>　　2.2蒸發(fā)流程的選擇——三效并流</p><p>　　順流也稱并流，并流加料法

45、是最常見的蒸發(fā)操作流程。三效并流裝置是由三個蒸發(fā)器組成的并流加料裝置。溶液和蒸汽的流向相同，即都由第一效順序流至末效，故稱為并流加料法。生蒸汽通入第一效加熱室，蒸發(fā)出的二次蒸汽進(jìn)入第二效的加熱室作為加熱蒸汽，第二效的二次蒸汽又進(jìn)入第三效的加熱室作為加熱蒸汽，第三效的二次蒸汽則送至冷凝器全部冷凝。原料液進(jìn)入第一效，濃縮后由底部排出，依次進(jìn)入后面各效時，完成液由末效底部取出。</p><p><b>　　并

46、流加料法的優(yōu)點：</b></p><p>　　由于后一效蒸發(fā)室的壓強比前一效的低，故溶液在效間輸送不用泵而利用各效間的壓力差。</p><p>　　由于你后一效溶液的沸點較前一效的低，溶液進(jìn)入后一效時發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，產(chǎn)生較多二次蒸汽。</p><p>　　高濃度溶液的溫度依效序降低對濃縮熱敏性食品有利。</p><p>　　但是，由

47、于逐效濃度增高，且溫度降低，黏度升高，傳熱系數(shù)下降，增加了末效蒸發(fā)的困難。</p><p><b>　　2.3操作條件</b></p><p>　?。?）桃漿固形物含量：入口含量10%，出口含量42%；</p><p>　?。?）加熱介質(zhì)：溫度為103℃的飽和蒸汽，各效的冷凝液均在飽和溫度下排出，假設(shè)各效傳熱面積相等，并忽略熱損失；</

48、p><p>　?。?）每年按330天計，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)。</p><p>　　（4）處理能力：4100噸/年的桃漿</p><p><b>　　第三章 工藝計算</b></p><p>　　3.1估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度</p><p>　　總蒸發(fā)量 W=F(1-X0/X3)=（4400

49、000/330/24）(1-0.1/0.42)</p><p>　　=555.5(1-0.238)=423.3（kg/h） </p><p>　　因并流加料，蒸發(fā)中無額外蒸汽引出，可設(shè)</p><p>　　W1:W2:W3=1:1.1:1.2</p><p>　　W=W1+W2+W3=3.3W1</p>&

50、lt;p>　　W1=555.5/3=185.2（kg/h）</p><p>　　W2=1.1W1=203.7（kg/h）</p><p>　　W3=1.2 W1=222.2（kg/h）</p><p>　　x1=F?x0/(F-W1)= 555.5 ×0.1/(555.5-185.2)=0.150</p><p>　　x2=F

51、?x0/(F-W1-W2)= 555.5×0.1/(555.5-185.2-203.7) =0.333</p><p><b>　　x3=0.42 </b></p><p>　　3.2估計各效溶液的沸點和有效總溫度</p><p>　　設(shè)各效間壓力降相等，則總壓力差為</p><p>　　∑ΔP=P1-Pk′=

52、101.33-20=81.33kPa</p><p><b>　　各效間平均壓力差為</b></p><p>　　ΔPi=(∑ΔP)/3=27.11kPa</p><p>　　P1′=P1-ΔPi=74kPa</p><p>　　P2′=P1-2ΔPi=47kPa</p><p><b>

53、;　　P3′=20kPa</b></p><p>　　由平均壓力可查得對應(yīng)的飽和溫度（即下一效加熱蒸汽的溫度）及對應(yīng)的汽化熱：</p><p><b>　　T1′=91.5℃</b></p><p><b>　　T2′=79.8℃</b></p><p><b>　　T3′=6

54、0.1℃</b></p><p>　　r1′=2279 kJ/kg</p><p>　　r2′=2308 kJ/kg</p><p>　　r3′=2355 kJ/kg</p><p>　　(1)各效由于溶液沸點而引起的溫度差損失根據(jù)各效二次蒸汽溫度（也即相同壓力下的沸點）和各效完成液的濃度xi，由吉辛柯公式：</p>

55、<p>　　=（16.2T2/ r′）×</p><p>　　查得：X1 =0.150，= 0.2℃</p><p>　　X2 =0.333, ≈0.7℃</p><p>　　X3 =0.42 , ≈1.2℃</p><p>　　所以可估計各效由于溶液蒸汽壓下降所引起的溫度差損失為：</p><p

56、>　　=(16.2×91.52/2279)×0.2=11.9℃</p><p>　　=(16.2×79.82/2308)×0.7=31.3℃</p><p>　　=(16.2×60.12/2355)×1.2=29.8℃</p><p>　　所以Σ=++=73℃</p><p>

57、　　(2)中央循環(huán)管式蒸發(fā)單程器管長取3m，液面高度取其1/5:0.6m</p><p>　　由于液柱靜壓力而引起的沸點升高（溫度差損失） 為簡便計，以液層中部點處的壓力和沸點代表整個液層的平均壓力和平均溫度，則根據(jù)流體靜力學(xué)方程，液層的平均壓力為</p><p>　　Pm=P′+ρm×g×L/2</p><p>　　所以 Pm1=P1′

58、+ρm×g×L/2=74.22+1.031×9.81×0.6/2=77.25 kPa</p><p>　　Pm2=P2′+ρm×g×L/2=47.11+1.033×9.81×0.6/2=50.15 kPa</p><p>　　Pm3=P3′+ρm×g×L/2=20+1.037×9.

59、81×0.6/2=23.1kPa</p><p>　　查得對應(yīng)的飽和溫度為</p><p>　　TPm1′= 92.5℃TPm2′=81.3℃TPm3′=63.1℃</p><p>　　所以= TPm1′-T1′=1.0℃</p><p>　　= TPm2′-T2′=1.5℃</p><p>　　= TPm3

60、′-T3′=3.0℃</p><p><b>　　∑=++=5.5℃</b></p><p>　　(3)由流動阻力而引起的溫度差損失  </p><p>　　取經(jīng)驗值1℃，即= = =1℃，則∑ =3℃</p><p>　　故蒸發(fā)裝置的總的溫度差損失為</p><p>　　∑Δ=∑

61、+∑+∑=81.5℃</p><p>　　(4) 各效料液的溫度和有效總溫差 由各效二次蒸汽壓力Pi′及溫度差損失Δi，即可由下式估算各效料液的溫度ti，</p><p><b>　　ti=Ti′+Δi</b></p><p>　　Δ1=++=15.9℃</p><p>　　Δ2=++=35.8℃</

62、p><p>　　Δ3=++=35.8℃</p><p><b>　　各效料液的溫度為</b></p><p>　　t1=T1′+Δ1=107.4℃</p><p>　　t2=T2′+Δ2=105.6℃</p><p>　　t3=T3′+Δ3=95.9℃</p><p><

63、b>　　有效總溫差</b></p><p>　　∑Δt=（T1-Tk′）-ΣΔ=（100-60.1）-11.05=28.85℃</p><p>　　3.3加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)器水量的初步計算</p><p>　　第Ⅰ效的熱量衡算式為</p><p>　　W1=η1×（D1r1/r1′+Fcp0×(t0

64、-t1)/r1′）</p><p>　　沸點進(jìn)料，t0=t1 熱利用系數(shù)計算式為ηi=0.98-0.7Δxi,式中Δxi為第i效蒸發(fā)器中料液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。</p><p>　　η1=0.98-0.7Δx1=0.98-0.7(0.150-0.1)=0.945</p><p>　　所以W1=η1D1r1/r1′=0.945 D1×2258/2279=0

65、.9363D1</p><p><b>　　第Ⅱ效熱量衡算式為</b></p><p>　　W2=η2[W1r2/r2′+（Fcpo-W1?cpw）（t1-t2）/r2′]</p><p>　　η2=0.98-0.7×Δx2=0.98-0.7（0.333-0.150）=0.8519</p><p>　　W2=η

66、2?[W1?r2/r2′+（F?cpo-W1?cpw）（t1-t2）/r2′] =0.8519×[0.9363×D1×2279/2308+(555.5×3.90-0.9363D1×4.2200)(93.95-83.2)/2308)]</p><p>　　=0.7719D1+8.596</p><p>　　第Ⅲ效的熱量衡算式為</p&g

67、t;<p>　　W3=η3×[W2×r3/r3′+（F×cp0-W1×cpw-W2×cpw）（t2-t3）/r3′]</p><p>　　η3=0.98-0.7Δx3=0.98-0.7×(0.42-0.333)=0.9191</p><p>　　W3=η3[W2r3/r3′+（Fcp0-W1cpw-W2cpw）（t2

68、-t3）/r3′]</p><p>　　=0.9191{(0.7719D1+8.596)×2308/2355+[555.5×3.90-0.9363×D1×4.2200-(0.7719D1+8.596)×4.2200]×(83.2-65.3)/2355]}</p><p>　　=0.6623D1+22.82</p>&

69、lt;p>　　又 W1+W2+W3= 423.3 (kg/h)</p><p><b>　　聯(lián)解方程,得</b></p><p>　　W1=154.79(kg/h)</p><p>　　W2=136.20(kg/h)</p><p>　　W3=132.31(kg/h)</p><p>　

70、　D1=165.32 (kg/h)</p><p>　　3.4蒸發(fā)器傳熱面積的估算</p><p><b>　　(1)傳熱面積</b></p><p>　　傳熱系數(shù)Ki分別取：K1=3600(W/m2·℃),K2=2400(W/m2·℃),K3=1200(W/m2·℃)</p><p>　　

71、Si=Qi/Ki/Δti</p><p>　　Q1=D1r1=165.32 ×2258=373292.56W</p><p>　　Δt1=T1-t1=100-93.95=6.05℃</p><p>　　S1=Q1/K1/Δt1=373292.56/3600/6.05=17.14(㎡)</p><p>　　Q2=W1r2′=154.7

72、9×2308=341776.32(W)</p><p>　　Δt2=T2-t2=91.5-83.2=8.3℃</p><p>　　S2=Q2/K2/Δt2=341776.32/2400/8.3=17.16 (㎡)</p><p>　　Q3=W2r3′=136.20×2355=320751(W)</p><p>　　Δt3=

73、T3-t3=79.8-65.3=14.5℃</p><p>　　S3=Q3/K3/Δt3=320751/1200/14.5=18.43(㎡)</p><p>　　誤差為1-Smin/Smax=1-17.14/18.43=0.0699,誤差較大，應(yīng)調(diào)整各效的有效溫差，重復(fù)上述計算過程。</p><p>　　3.5有效溫差的再分配</p><p>

74、;　　S=(S1×Δt1+S2Δt2+S3Δt3)/ ΣΔt</p><p>　　=(17.14×6.05+17.16×8.3+18.43×14.5)/(6.05+8.3+14.5)</p><p>　　=17.79(m2)</p><p>　　重新分配有效溫差得:</p><p>　　Δt1′=S1/

75、S×Δt1=(17.14/17.79)×6.05=5.8℃</p><p>　　Δt2′=S2/S×Δt2=(17.16/17.79)×8.3=8.0℃</p><p>　　Δt3′=S3/S×Δt3=(18.43/17.79)×14.5=15.0℃</p><p><b>　　3.6校正<

76、/b></p><p><b>　　(1)各效料液濃度</b></p><p>　　x1=F×x0/(F-W1)=555.5×10%/(555.5-154.79)=0.14</p><p>　　x2=F×x0/(F-W1-W2)= 555.5×10%/(555.5-154.79-136.20)=0.

77、21</p><p><b>　　x3= 0.42</b></p><p>　　(2)計算各效料液的溫度</p><p>　　t3=T3′+Δt3′=60.1+15.0=75.1℃</p><p>　　t2=T2′+Δt2′=79.8+8.0=87.8℃</p><p>　　t1=T1′+Δt1′

78、=91.5+5.8=97.3℃</p><p>　　T2= t2+Δt2′=87.8+8.01=95.8℃</p><p>　　T3= t3+Δt3′=75.1+15.02=90.1℃</p><p>　　表1 各效料液的溫度表</p><p><b>　　(3)各效熱量衡算</b></p><p&g

79、t;　　T1′=91.5℃ r1′=2269（kJ/㎏）</p><p>　　T2′=79.8℃ r2′=2281 (kJ/㎏)</p><p>　　T3′=60.1℃ r3′=2355 (kJ/㎏)</p><p><b>　　第Ⅰ效</b></p><p>　　η1=0.98-0.7Δx1=0.98

80、-0.7(0.150-0.1)=0.945</p><p>　　W1=η1×D1×r1/r1′==0.945× D1×2258/2269=0.9404D1</p><p>　　η2=0.98-0.7Δx2=0.98-0.7（0.333-0.150）=0.8519</p><p>　　W2=η2?[W1?r2/r2′+（F?cp

81、o-W1?cpw）（t1-t2）/r2′] =0.8519×[0.9404×D1×2269/2281+(555.5×3.90-0.9404D1×4.215)(97.3-87.8)/2281)]</p><p>　　=0.8110D1+7.69</p><p>　　η3=0.98-0.7Δx3=0.98-0.7×(0.42-0.33

82、3)=0.9191</p><p>　　W3=η3 [W2r3/r3′+（Fcp0-W1cpw-W2cpw）（t2-t3）/r3′]</p><p>　　=0.9191{(0.8110D1+7.69)× 2281/2355+[555.5×3.90-0.9404×D1×4.215</p><p>　　-(0.8110D1+7.6

83、9)×4.215]×(87.8-75.1)/2355]}</p><p>　　=0.6854D1+17.74</p><p>　　又 W1+W2+W3= 423.3 (kg/h)</p><p><b>　　聯(lián)解方程,得</b></p><p>　　W1=153.43(kg/h)</p>

84、;<p>　　W2=140.00(kg/h)</p><p>　　W3=129.56(kg/h)</p><p>　　D1=163.15(kg/h)</p><p>　　與第一次計算結(jié)果比較，其相對誤差為</p><p>　　|1-154.79/153.43|=0.008</p><p>　　|1-136

85、.20/140.00|=0.027</p><p>　　|1-132.31/129.56|=0.021</p><p>　　計算相對誤差均在0.05以下，故各效蒸發(fā)量的計算結(jié)果合理。其各效溶液濃度無明顯變化，不需重新計算。</p><p>　　(4) 蒸發(fā)器傳熱面積的計算</p><p>　　Q1=D1r1=163.15×2258=

86、368392.7(W)</p><p><b>　　Δt1′=5.8℃</b></p><p>　　S1=Q1/K1/Δt1=368392.7/3600/5.8=17.64(㎡)</p><p>　　Q2=W1r2′=153.43×2269=348132.67(W)</p><p><b>　　Δt2

87、′=8.0℃</b></p><p>　　S2=Q2/K2/Δt2=348132.67/2400/8.0=18.13 (㎡)</p><p>　　Q3=W2r3′=140.00×2281=319340(W)</p><p>　　Δt3′=15.0℃</p><p>　　S3=Q3/K3/Δt3=319340/1200/1

88、5.0=17.74(㎡)</p><p>　　誤差為1-Smin/Smax=1-17.64/18.13=0.022＜0.05</p><p>　　迭代計算結(jié)果合理，取平均傳熱面積S=17.84（㎡）</p><p><b>　　3.7設(shè)計結(jié)果</b></p><p>　　表2 設(shè)計結(jié)果一覽表</p><

89、;p><b>　　符號說明</b></p><p>　　表3 英文字母說明表</p><p>　　表4 希臘字母說明表</p><p><b>　　表5 下標(biāo)說明表</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李

90、云飛，葛克山，《食品工程原理》第2版.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009—8</p><p>　　[2]陳敏恒，叢德慈，方圖南，《化工原理》上冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[3]馮骉，《食品工程原理》.北京：中國輕工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[4]大連理工大學(xué)化工原理教研室. 化工原理課程設(shè)計. 大連：大連理工大學(xué)出版社，19

91、94 </p><p>　　[5]柴誠敬，劉國維，李阿娜. 化工原理課程設(shè)計. 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　課程設(shè)計是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實踐性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是體察工程實際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計，要求我們能綜合運用本課程和