食品工程原理課程設計—雙效并流降膜式蒸發(fā)器設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　授課時間：2012——2013年度 第 2學期</p><p>　　題 目： 雙效并流降膜式蒸發(fā)器設計 </p><p>　　課程名稱： 化工原理課程設計 </p><p>　　專業(yè)年級： 食品科學與工程201

2、0級 </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓　　名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013年7月11

3、 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 設計方案簡介- 2 -</p><p>　　第2章 工藝流程圖及說明- 3 -</p><p>　　第3章 工藝計算及主體設備選型；- 3 -</p><p>　　3.1 估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度- 3 -<

4、;/p><p>　　3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積估算- 7 -</p><p>　　4·2接管尺寸的確定- 9 -</p><p>　　4·2·1溶液進出口- 9 -</p><p>　　4·2·2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口- 10 -</p><p>　　4·

5、;2·3冷凝水出口- 10 -</p><p>　　第5章 蒸發(fā)裝置的輔助設備- 10 -</p><p>　　5·1氣液分離器- 10 -</p><p>　　5·2蒸汽冷凝器- 11 -</p><p>　　5·2·1由計算可知,進入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計算得到冷凝器的直徑

6、D- 11 -</p><p>　　第6章 參考文獻- 16 -</p><p>　　第7章 設計評述- 16 -</p><p>　　課程名稱： 化工原理課程設計 填寫時間：_2011_年_12_月_2_日</p><p>　　第1章 設計方案簡介</p><p>　　化工原理課程設計要求我們綜

7、合運用化工原理、化工設備機械基礎、化工儀表自動化等課程及有關先修課程所學知識，完成以化工單元操作為主的一次工程設計，主要內容包括化工工藝設計和化工設備結構設計。從而對我們進行一次設計技能的基本訓練，培養(yǎng)學生綜合運用所學的書本知識解決實際問題的能力。</p><p>　　通過課程設計，要求能夠綜合運用本課程和前修課程的基本知識進行融會貫通，并在規(guī)定的時間內完成指定的化工設計任務，從而得到化工工程設計的初步訓練。蒸發(fā)

8、操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強（或溫度），冷凝器的操作壓強（或溫度）的確定，正確選擇蒸發(fā)的操作條件，對保證產品質量和降低能耗極為重要。本課程設計是雙效并流設計。</p><p>　　第2章 工藝流程圖及說明</p><p>　　第3章 工藝計算及主體設備選型；</p><p>　　3.1 估計各效蒸發(fā)量和完成液濃度</p><p>

9、<b>　　每小時水分蒸發(fā)量：</b></p><p>　　∵ （常用化工單元設備設計153頁）</p><p><b>　　kg/h</b></p><p>　　式中—原料處理量，kg/h；</p><p>　　x0——進Ⅰ效蒸發(fā)器料液的濃度，質量百分比；</p><

10、p>　　x2——出Ⅱ效蒸發(fā)器料夜的濃度，質量百分比；</p><p>　　W——水分蒸發(fā)量kg/h；</p><p>　　由《常用化工單元設備設計》 P153</p><p>　　取W1:W2=1:1.1</p><p>　　故 W1==6521.739 (kg/h)</p><p>　　W2=18000-65

11、21.739=7173.913(kg/h)</p><p>　　其中，W1——第Ⅰ效的蒸發(fā)量，kg/h</p><p>　　W2——第Ⅱ效的蒸發(fā)量，kg/h</p><p>　?、裥Ф握羝麧舛?=17.25%</p><p><b>　　有關參數</b></p><p>　　原料液總量：1800

12、0 kg/h</p><p>　?。?） 進料： =11% =89℃ </p><p>　　出料： =46% =41.4℃</p><p>　　來自《食品工程原理》741頁飽和水蒸汽表</p><p>　　二次蒸汽的熱參數值如下表</p><p>　　.3.2 估計各效溶液的沸點和有效總溫度差</

13、p><p>　　式中：——溫度差損失，℃</p><p>　　——操作壓強下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高，℃</p><p>　　——液層靜壓引起的溫度差損失，℃</p><p>　　——管路流動阻力引起的溫度差，℃</p><p>　　——常壓下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高，℃</p><

14、p>　　——校正系數，無因次，其經驗計算式為：</p><p>　　式中：——操作壓強下二次蒸汽的溫度，℃</p><p>　　——操作壓強下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg</p><p>　　式中：——溶液內部平均壓強，Pa</p><p>　　——液面上方的壓強，Pa</p><p>　　——溶液液層高度，m

15、 （該題設其液層高度為6m）</p><p>　　——溶液密度，kg/ m3 </p><p>　　常壓下，11％的蔗糖溶液水果原汁沸點變化情況與一般果汁相同</p><p><b>　　故使用內插法</b></p><p>　　常溫下果汁沸點升高 </p><p><b>

16、;　　(℃)</b></p><p><b>　　(℃)</b></p><p>　　由于靜壓強，降膜式蒸發(fā)器：1=2=0(℃)</p><p>　　1 (℃) </p><p>　　兩效果汁的沸點分別為：t℃</p><p><b

17、>　　t=℃</b></p><p>　　.3.3 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算</p><p>　　第i效的焓衡算式為：</p><p>　　有上式可求得第i效的蒸發(fā)量，若在焓衡算式計入溶液的能縮熱及蒸發(fā)器的熱損失時，尚需考慮熱利用系數一般溶液的蒸發(fā)，可取得0.94-0.7△x（式中△x為溶液的濃度變化，以質量分率表示）。</p&

18、gt;<p>　　第i效的蒸發(fā)量的 計算式為</p><p>　　式中 ----第i效的加熱蒸汽量，kg/h，當無額外蒸汽抽出時= ；</p><p>　　----第i效加熱蒸氣的汽化潛熱，kJ/kg ； </p><p>　　---- 第i效二次蒸氣的汽化潛熱，kJ/kg；</p><p>　　----原料液

19、的比熱 ， ； </p><p>　　----水的比熱，；</p><p>　　，--分別為第i效及第i-1效溶液的沸點，℃；</p><p>　　------第i效的熱利用系數無因次，對于加熱蒸汽消耗量，可列出各效焓衡算式并與式聯(lián)解而求得。</p><p><b>　　=0.98</b><

20、;/p><p>　　第一效的焓衡量式為: </p><p><b>　　=0.98</b></p><p>　　進料，=3.91kJ/(kg.℃)， =4.187 kJ/(kg.℃)，查課本附錄九得=2125.4 kJ/kg,對于沸點進料，</p><p>　　= =0.982329.879/2333.054 =0.

21、98 (a) </p><p>　　同理第二效的熱衡算式為:</p><p><b>　　=0.98</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　=0.98[2392.887/2397.908+(180003.91-4.187)(70.118-

22、43.992)/2397.908]</p><p>　　=0.933+751.477 (b)</p><p>　　又+=13695.652 (d)</p>

23、;<p>　　聯(lián)立(a),(b),(c)式,解得:</p><p>　　=6696.42kg/h；=6999.23 kg/h</p><p>　　= 6833.08 kg/h</p><p>　　3.4 蒸發(fā)器的傳熱面積估算</p><p>　　任意一效的傳熱速率方程為:= </p><p>　　式中

24、 ---第i效的傳熱速率，W</p><p>　　---第i效的傳熱系數，W/（m2.℃）</p><p>　　---第i效的傳熱溫度差，℃ </p><p>　　-----第i效的傳熱面積，m2 </p><p>　　在雙效蒸發(fā)中，為了便于制造和安裝，通常采用各效傳熱面積相等的蒸發(fā)器，即 </p>&l

25、t;p>　　Q1=D1r1=6833.082329.8791000/3600=4.42106W</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　Q2=W1r2=6696.422392.8871000/3600=4.45106W</p><p><b>　　℃</b></p><p>

26、;　　誤差為 誤差很小，在誤差允許范圍之內,故計算得各效蒸發(fā)面積合理。其各效溶液濃度無明顯變化不必再算。。</p><p>　　考慮到各種損失，安全系數取1.1</p><p>　　故S‘1=1.1S1=1.1 212.80=234.08 m2</p><p>　　S’2=1.1S2=1.1 218.06=239.87 m2</p><p>

27、　　.第4章.工藝尺寸計算</p><p>　　4.1加熱管及加熱室的選擇</p><p>　　4.1.1 加熱管的選擇和管數確定</p><p>　　根據《常用化工單元設備設計》162頁，蒸發(fā)器通常采用38×2.5mm不銹無縫鋼管，根據設計任務管長L=9 m 當加熱管的規(guī)格和長度確定后，可由下式初步估算所需管子數</p><p>

28、<b>　　∴</b></p><p><b>　　根</b></p><p><b>　　根</b></p><p>　　式中 S——傳熱面積，；</p><p>　　——加熱管直徑，m；</p><p>　　L——管子長度，m 。</p&g

29、t;<p>　　因加熱管固定在管板上，考慮管板厚度所占據的傳熱面積則計算ni的管長應用（L-0.1）m</p><p>　　4.1.2加熱室殼體直徑的計算：</p><p>　　管心距一般為外徑的1.25-1.5倍，則選用正方形排列，管心距取1.25 38=48mm</p><p>　　加熱室內和加熱管數采用作圖法，具體做法是先計算管束中心線上的管數n

30、c,管子按正方形排列時：nc1=1.19 根 nc2 1.19根</p><p><b>　　取</b></p><p>　　式中 D——殼體直徑，m；</p><p>　　t ——管間距，m；</p><p>　　nc——沿直徑方向排列的管子數</p><p>　　——最外層管中心到殼體內

31、壁的距離，</p><p><b>　　內徑</b></p><p>　　根據《常用化工單元設備設計》163頁</p><p>　　為了工程上安裝方便，取實際內徑為1000mm</p><p>　　4·2接管尺寸的確定</p><p>　　流體進出口的內徑按下式計算</p>

32、<p>　　式中 -----流體的體積流量m3/h ；U--------流體的適宜流速 m/s ，估算出內徑后，應從管規(guī)格表格中選用相近的標準管。</p><p>　　4·2·1溶液進出口 </p><p>　　于并流加料的三效蒸發(fā)，第一效溶液流量最大，若各效設備尺寸一致的話，根據第一效溶液流量確定接管。取流體的流速為0.8m/s；<

33、/p><p>　　所以取ф90X2.5mm規(guī)格管。</p><p>　　4·2·2加熱蒸氣進口與二次蒸汽出口 </p><p>　　各效結構尺寸一致二次蒸汽體積流量應取各效中較大者。取流體的流速為40m/s，</p><p>　　所以取ф610X6.0mm規(guī)格管。</p><p>　　4·

34、;2·3冷凝水出口 </p><p>　　冷凝水的排出一般屬于液體自然流動，接管直徑應由各效加熱蒸氣消耗量較大者確定。取流體的流速為0.1m/s</p><p>　　所以取ф168X4.0mm規(guī)格管。</p><p>　　第5章 蒸發(fā)裝置的輔助設備</p><p><b>　　5·1氣液分離器</b>

35、;</p><p>　　蒸發(fā)操作時，二次蒸汽中夾帶大量的液體，雖在分離室得到初步的分離，但是為了防止損失有用的產品或防止污染冷凝液，還需設置氣液分離器，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽分離，故氣液分離器或除沫器。其類型很多，我們選擇慣性式除沫器，起工作原理是利用帶有液滴的二次蒸汽在突然改變運動方向時，液滴因慣性作用而與蒸汽分離。取流體的流速為25m/s</p><p>　　在慣性式分離器的

36、主要尺寸可按下列關系確定：D0=D1；</p><p>　　D1：D2：D3=1：1.5：2 H= D3 h=0.4~0.5 D1</p><p>　　D0--------二次蒸汽的管徑，m D1--------除沫器內管的直徑，m</p><p>　　D2--------除沫器外管的直徑，m

37、 D3--------除沫器外殼的直徑，m </p><p>　　H---------除沫器的總高度，m h---------除沫器內管頂部與器頂的距離，m</p><p>　　則取相近標準管子，則 D0=245</p><p>　　D1=245mm D2=367.5mm D3=490mm H=490mm h=98mm&l

38、t;/p><p>　　選取二次蒸汽流出管： 除霧器內管： </p><p><b>　　除霧器外罩管：</b></p><p><b>　　5·2蒸汽冷凝器</b></p><p>　　蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當二次蒸汽為有價值的產品需要回收或會嚴重地污染

39、冷卻水時，應采用間壁式冷卻器。當二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用?，F采用多孔板式蒸汽冷凝器：</p><p>　　5·2·1由計算可知,進入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計算得到冷凝器的直徑D</p><p><b>　　取D=377mm</b></p>

40、<p><b>　　計算結果匯總表</b></p><p><b>　　設備流程及裝備圖</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O備流程圖</b></p><p>　?。ǘ┮恍д舭l(fā)器簡圖</p><p><b>　　（三）慣性捕集器</b>

41、</p><p><b>　　第6章 參考文獻</b></p><p>　　[1] 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設計[M]. 天津：天津大學出版社，2002.</p><p>　　[2] 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器[M]. 重慶：重慶大學出版社，1990.</p><p>　　[3] 魏兆燦. 塔設備設計[M

42、]. 上海：上海科學技術出版社，1988.</p><p>　　[4] 聶清德編. 化工設備設計[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，1991.</p><p>　　[5] 袁林根. 機械工程手冊（第二版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[6] 時鈞主編. 化學工程手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，1996.</p><

43、;p>　　[7] 匡國柱. 化工單元過程及設備課程設計[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[8] 陳英南，劉玉蘭主編. 常用化工單元設備的設計[M]. 廣東：華東理工大學，2005.</p><p>　　[9] 任曉光.化工原理課程設計知道.化學工業(yè)出版社</p><p><b>　　第7章 設計評述</b>&

44、lt;/p><p>　　化工原理是在研究化學工業(yè)共性的基礎上發(fā)展起來的。本課程屬于技術基礎課程，主要研究化工生產中的物理加工過程，按其操作原理的共性歸納成若干個“單元操作”，研究對象由過程和設備兩部分組成，通過學習本課程不僅使學生掌握如流體輸送、液體攪拌、過濾、沉降、傳熱、蒸發(fā)、精餾、吸收、干燥等典型化工單元操作的知識，而且讓我們掌握一般工程處理方法。</p><p>　　本次做的是蒸發(fā)操作。

45、蒸發(fā)操作大量用于化工、制藥、食品、生物等生產。由此可見蒸發(fā)在現實生產生活中的作用極其重要。鑒于蒸發(fā)的重要性，我們專門做了有關蒸發(fā)課程設計的說明書。在老師的辛勤指導下，我們順利地完成了蒸發(fā)課程設計。</p><p>　　雙效蒸發(fā)器是一種基于低溫操作和能耗節(jié)省的濃縮設備，已廣泛應用于中藥行業(yè)中，尤其適用于熱敏性物料的低溫真空濃縮，是目前中藥提取液濃縮過程的常用設備。</p><p>　　在做課

46、程設計的過程中，我們明白了理論與實際結合的重要性，課程設計讓我們有機會把所學的知識運用在實踐中去，真正有用的解決實際問題。從這次課程設計的過程中，我學到了如何選擇一種合適的雙效蒸發(fā)的設備等。在這次課程設計作業(yè)的過程中由于在設計方面我們沒有經驗，理論基礎知識掌握得不牢固，在設計中難免會出現這樣那樣的問題，如：在計算的時候可能會出現誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進的計算誤差會更大，在查表和計算上精度不夠準確；這些都暴露出了前期我在這些方面知