食品工程原理
课程设计说明书
升膜蒸发器的设计
姓名：唐
学号：2011
班级：
目录
一《食品工程原理》课程设计任务书 (2)
(1)．设计课题：桃汁浓缩工艺装置的设计计算 .............................. 2 (2)．设计条件： ........................................................ 2 (3).设计要求： ......................................................... 3 (4).设计意义 ........................................................... 3 (5).主要参考资料 ....................................................... 3 二 设计方案的确定 ......................................................... 4 三 设计计算 .............................................................. 4 3.1.总蒸发水量 ......................................................... 4 3.2.加热面积初算 ....................................................... 4 （1）估算各效浓度: ..................................................... 4 （2）沸点的初算 ........................................................ 5 （3）温度差的计算 ...................................................... 5 （4）计算两效蒸发水量1V ，2V 及加热蒸汽的消耗量1S ....................... 7 （5）总传热系数K 的计算 ................................................ 8 (6)分配有效温度差，计算传热面积 ....................................... 10 3.3.重算两效传热面积 .................................................. 10 （1）.第一次重算 ...................................................... 10 3.4 计算结果 .......................................................... 12 3.5蒸发器主要工艺尺寸的计算 ........................................... 12 （1）加热室 ........................................................... 12 (2)分离室 ............................................................. 12 四.简图（见附图） .. (13)
一 《食品工程原理》课程设计任务书
(1)．设计课题：桃汁浓缩工艺装置的设计计算 (2)．设计条件：
题目1：桃汁低温浓缩工艺装置的设计
设计任务及操作条件
生产能力：4200kg/h
原料固形物含量：10%
浓缩要求：使固形物质量分数浓缩至36%
料液加入温度：25℃
原料最高许可温度：58℃
浓缩液经冷凝后出口温度：25℃
加热介质：100℃的饱和蒸汽。
物料平均比热为3.50 kJ/(kg·K)，忽略浓缩热
试设计一套双效升膜蒸发系统，满足上述工艺要求。
(3).设计要求：
1.设计一套双效升膜蒸发系统（满足上述工艺要求并包括料液输送系统，蒸发系统，
冷凝水分离排除系统及真空系统）；
2.提交设计计算说明书一份，（应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、各系
统的设计计算及设备选型、简略的技术经济分析、参考文献资料等。须打印）；
3.工艺布置简图一幅（可附在设计计算书上）；
4.注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；
5.提交日期：2013年12月27日。
(4).设计意义
蒸发可以除去桃汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。蒸发还能提高桃汁的糖分浓度，增加桃汁的耐贮藏性。
选用升膜蒸发，果汁在器内经过一次加热、汽化、分离过程，不打循环，在器内停留时间短，这对热敏性的桃汁是有利的。
蒸发操作是一个能耗大的过程。采用多效蒸发是降低能耗的最有效方法。随着效数的增加，总蒸发量相同时所需新鲜蒸汽量减少，操作费用降低；但效数越多，设备费用越高，而且随着效数的增加，所节约的新鲜蒸汽量越来越少。因此本次设计效数选为Ⅱ效。
本次设计选择的蒸发流程为并流加料，此种加料方式前效压强较后效高，料液可借此压差自动地流向后一效而无需泵输送。同时，由于前效中溶液的沸点比后效高，当料液进入后效时会产生自蒸发，且桃汁浓度依效序增加，高浓度桃汁处于较低温度时对热敏性的桃汁是有利的。
(5).主要参考资料
1.夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，1
2. 华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计,华南理工大学出版社.1995
3. 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 1992
4. 丛德滋等, 化工原理详解与应用, 化学工业出版社. 2002，7, 151-158
5. 张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 1997
6. 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-10
7. 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13
8. 各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告
二 设计方案的确定
一．对果汁进行浓缩的好处： 1.减少包装、运输和贮藏的费用； 2.防止腐败； 3.改善口感。 二.确定设计方案：
考虑到高温会破坏果汁的品质，故采用真空低温蒸发来对桃汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，桃汁黏度大、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效升膜蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效升膜式蒸发器蒸发。选用2m 长φ38×3mm 的无缝不锈钢管作加热管。
三 设计计算
3.1.总蒸发水量
)/(3.3033)36
.010
.01(4200)1(h kg F V P F =-?=-
=ωω 3.2.加热面积初算 （1）估算各效浓度: 1
1V F F F
-=ωω
有经验公式：1.1:1:2
1=V V ,
00
0112
12124.154
.14444200104200/9.1588,
/4.1444)/(3.3033=-?=-=∴====+V F F h
kg V h kg V h kg V V V F ωω得：
（2）沸点的初算
查表T=100℃时，p=101.33kpa;T=25℃时，2p =3.1684kpa
设两效蒸汽压强相等，
)
(2492.5221616
.9833.1012)
(1616.981684.333.10112kpa p p p kpa p p p =-=?-==-=-=? 查得
19.822492.5211==T p 时，℃.假设效间流动温差损失为1℃
（3）温度差的计算
①各效由于沸点升高而引起的温度差损失
根据各效的二次蒸汽温度T 和各效完成液的组成ω，各效的沸点升高及密度如下表（桃汁近似由糖液代替） （暂取15%）
则各效由于溶液的沸点升高引起的温度差损失为： 第一效时：
3
2
2"1
"
10
7.2301)27319.82(2.02.162.16?+??=??=?h aT V =0.178℃ 第二效时：
50.010
7.2432)27326(84.02.162.163
2
2"2"=?+??=??=?h aT V ℃ ②由液柱静压力而引起的温度差损失
2
'
11gh
p p m ρ+
==52.2492+
=??2
2
8.90611.162.65（kpa ）
2
'
22gh
p p m ρ+
==3.7622+
=??2
2
8.91585.115.12(kpa)
由
1m p 查得=1m T 86.94℃，由2m p 查得=2m T =53.66℃
75.419.8294.86111/=-=-=?T T m ℃ 66.272666.53222/=-=-=?T T m ℃
③由流动阻力而引起的温度差损失
由经验值均取1℃，12'''1
'''=?=?
℃
④各效料液的沸点和有效总温差
各效温度差损失：=?+?+?=?1'
''1''11
＇ 4.75+0.178+1=5.928℃
=?+?+?=?2'
''2''2'2
27.66+0.5+1=29.16℃ ∴各效溶液的沸点：=?+=111c T T 82.19+5.928=88.118℃
=?+=222c T T 26+29.16=55.16℃
∴各效有效温差为：=-=?111T T T S 100-88.118=11.882℃
=-=?222T T T S 81.19-55.16=26.03℃
有效总温差=?+?=?21T T T
11.882+26.03=37.912℃
（4）计算两效蒸发水量1V ，2V 及加热蒸汽的消耗量1S
由题意知，物料平均比热F c =3.50KJ/kg ·k,查表得水的比热为K kg KJ C w
?=/220.4
做第一效热量衡算，得，11
1
11
1)(ηr T T Fc r r S V F F s -+= (取=1η0.98) 98.0)7
.2301118.88255.342007.23014.2258(
1?-??+=S ∴05.39596.011
-=S V ①
同理做第二效热量衡算，得，
222112
2212)(η???
???--+=-=r T T V C FC r r S V V V W F s (取2η=0.98)
98.07.243216.55118.88)220.45.34200(7.24320.23043.3033111???
????-?-?+=-V V V
整理得，
54
.151776.15153.3033/76.1515121=-=-==V V V h
kg V
代入①式，得，h kg S /43.19901
=
（5）总传热系数K 的计算
17.4/w m k λ=?第一效时，s m d F
u l l /3678.136001.1061032.0785.04200
360042
2
=???=?=ρ 5.78718109.51
.10613678.1032.04
=???=
=
-l
l
l i el u d R μρ
s m d S u v v /5.201336003416.0032.0785.043
.1990360042
2
1
=???=?=ρπ 7793910824.23416
.05.2013032.04
=???=
=
-v
v
v v ev u d R μρ
4.455
.04095
109.54=??==-l P l rl C P λμ
管内沸腾传热系数i α的关联式有：
)()(P R R )
1283.1(25.0r 34
.0e e 9
.023
.0l v
v l l
v
l
i
l
i i d d μμρρλα+=
?
?
?
????
?
? ????????+=9.5824.23416.01.10614.4779395.78718032.055.0)032.01283.1(25
.09
.034.023.0
=774024.8
?2/(m w ℃)
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
4
/1320)(13.1T
L rg ??=μλρα
=4
/143
2882.11210824.26821.04.9588.910004.225813.1???
?
?
?????????-
=6292.142
/(w m ?℃）
传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：
i i m d d d d b K 0
001111?+?+=αλα
=32
8.77402438
324.1738001.014.62921?+
??+ 35.43721=K ?2/(m w ℃)
第二效时：
s m d F u l l /8.03600
5.1158032.0785.076
.151542003600
4
2
22
=???-=
?=
ρπ
4.13601018.25
.11588.0032.02
=???=
=
-l
l
l i el u d R μρ
s m d S u v v /155236003375.0032.0785.076
.1515360042
2
2
=???=?=ρπ 4841610462.33375.01552032.04
=???==
-v
v
v v ev u d R μρ
9.15555
.03933
1018.22=??==-l P l rl C P λμ
管内沸腾传热系数i α的关联式有：
)()(P R R )
1283.1(25.0r 34
.0e e 9
.023
.0l v v l l
v
l
i
l
i i d d μμρρλα+=
???
?
??????
?
?
????????+=--2425
.09.034.023.01018.210462.33375.05.11589.155484164.1360032.055.0)032.01283.1(=218404.6?2
/(m
w ℃）
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
4
/1320)(13.1T
L rg ??=μλρα
=4
/143
2
03.26210502.36747.09718.91000230413.1???
?
?
?????????-
=4917.49
传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：
i i m d d d d b K 0
002111?+?+=αλα
=32
6.21840438
324.1738003.049.49171?+
??+ 算得18.24182
=K ?2/(m w ℃)
(6)分配有效温度差，计算传热面积
211111111'035.243600
882.1135.43721000
4.225843.1990m T K r S T K Q S =????=?=?=
222222222'
41.153600
03.2618.24181000
0.230476.1515m T K r S T K Q S =????=?=?=
3.3.重算两效传热面积 （1）.第一次重算
由于两效传热面积相差太大，故应调整各效的有效温度差，并重复上述计算步骤再
算重新分配有效温度差
222'11''
113.1803.26882.1103.2641.15882.11035.24m t
t S t S S =+?+?=??+?=∑
767.15113
.18882
.11035.241
'=?=?T ℃
146.22113
.1803
.2641.152'=?=
?T ℃
校正各效沸点、蒸发水量和传热量 因第二效完成液沸点不变，所以2T =55.16℃ 第二效加热蒸汽温度为=+=?+146.2216.552'2T T 77.306℃(r=2314.07KJ/kg)
第一效二次蒸汽温度为306.7812'
1
=+=T T ℃
24.154
.144442001.0420011=-?=-=V F F F ωω%
由'
11T 和ω得第一效沸点为：1T =78.466℃ 对应汽化热为2311.4kJ/kg
11
1
11
1)(ηr T T Fc r r S V F F s -+= 98.0)4
.2311466.78255.342004.23114.2258(
1?-??+=S =0.95751S -340
222112
2212)(η??????--+=-=r T T V C FC r r S V V V W F s 98.07.243216.55466.78)220.45.34200(7.243207
.23143.3033111???
????-?-?+=-V V V
解得：
h
kg V V V h
kg V /72.151858.15143.3033/58.1514121=-=-==
h kg S /9.19361=
(为与加热蒸汽耗量符号S 区分，故以下面积符号采用'
S )
2
1'1111'111'6.173600
767.1535.437210004.22589.1936m
T K r S T K Q S =????=?=?=
2
2'
2222'222'2.183600
146.2218.2418100007.231458.1514m T K r S T K Q S =????=?=?=
两效的传热面积比较接近，故不再重算。 考虑留适当设计余量，通常加大10~15%,取2'
2'
1
2.20m S S ==
3.4 计算结果
3.5蒸发器主要工艺尺寸的计算 （1）加热室
传热管数目
根1012
032.014.32
.20'=??==dL S n π
管子采用正三角形排列
根121011.11.1=?==n n c
采用胀管法，取mm d t
57385.15.10=?==
取b’=1.5d 0
b’=1.5d 0=1.5×38=57mm 加热室的直径
mm b n t D c 741572)112(572)1('=?+-?=+-=
取加热室直径D 为800mm
(2)分离室
分离室体积计算式为:
U
W
V ρ3600=
()钟产生的二次蒸汽量；
即每立方米分离室每秒蒸发体积强度，密度，某效蒸发器的二次蒸汽流量，某效蒸发器的二次蒸汽分离室体积，,/m ;
/m k -;
/k ;
3333s m U g h g W m V ?---ρ其中，U 为蒸发体积强度，一般允许值为()
s m /m 1.5 1.1～33?，在此取()s m /m 1.233?。 将工艺计算中二次蒸气的温度和流量以及根据温度所查得的二次蒸气的密度列于下表：
3
11127.12.12755.0360058
.15143600m U W V =??==ρ 3
22205.142.102503.0360072
.15183600m U W V =??==
ρ
为方便起见，各效分离室的尺寸均取一致，所以体积V 取最大值314.05m =V 。
确定需考虑的原则：
①H :D 12=~ ②H 1.8≥
③在允许的条件下分离室的直径应尽量与加热室相同 根据 2
πV D H 4
= 取 1.5:=D H
得 m H m D 4.3,28.2==
四.简图（见附图）
除湿机蒸发器又称冷却器，它是制冷循环中直接制冷的器件，一般装在室内机组中。 蒸发器的种类很多，很大一部分蒸发器主要用来冷却空气，即表面冷却式蒸发器；还有少部分是用来冷却水的蒸发器，即冷水机组。 1.冷却空气的蒸发器（表面冷却式蒸发器） 1）表面冷却式蒸发器的工作原理。表面冷却式蒸发器的工作过程是一个汽化吸热过程。制冷剂经节流过程后，成为气液混合体，但其中液体占大部分。降压后的制冷剂液体在蒸发器中流动时，激烈的进行吸热汽化，称为沸腾，这一步才是获得制冷效应的热力过程，是制冷系统的最终目的，这一过程在蒸发器内进行，此后制冷剂变为气态再经过压缩进入空气冷凝过程。 蒸发器吸收的热量来自于两部分：一是冷却空气所放出的显热；二是空气中水蒸气冷凝时放出的潜热。换句话说，空调器的制冷量一部分用于降低被冷却空气的温度，另一部分用于空气中水蒸气的冷凝（除湿）。2）表面冷却式蒸发器的结构。表面冷却式蒸发器的结构与空气冷凝器一样，只是外观造型不一样，它也是用风机鼓动空气强迫对流式的蒸发器。 2.冷水机组蒸发器 3.冷水机组过去是大。中型的机组，一般用于中央空调中，以水作为介质，把冷源送往各个房间。目前 已发展至制冷量为23250W左右的小型制冷装置，甚至更小的冷水机组，作为一种称为模块式的冷水机组。这种机组体积小，搬运灵活，安装场地小，可以几台并列安装，组合使用，较适宜于户式中央空调器。 冷水机组的制冷剂都是水，用于空调中以冷却水为介质的蒸发器，最常用的有以下两种类型。1）干式壳管式蒸发器 干式壳管式蒸发器的实物外形及其结构。一个细长的筒体两端有圆板，用焊接形式与筒体结合，并有一定的密闭性。管板上有许多管孔，将蒸发管插入管孔，并露出管板外，用管密封或焊接密封。管板外再盖以端盖，端盖与管板接触面有垫片充填密封，并用螺旋紧固。端盖上有分隔肋，把端盖内腔分为几个部分，一般是一分为四，这样就分成四个流程。筒体上的两端各焊接一段钢管，管口装有法兰，一遍与水管连接，铜管内装有十多块者流板，一只端盖上有进出口接管，进口小，出口大，并装有法兰，一遍与系统连接。这就是干式壳管式蒸发器的结构。
《食品工程原理》课程设计 目录 一《食品工程原理》课程设计任务书 (1) (1) ........................................................................................................................................... ．设计课题 (2) (2) ........................................................................................................................................... ．设计条件 (2) (3) ........................................................................................................................................... .设计要求 (2) (4) ........................................................................................................................................... .设计意义 (2) (5) ........................................................................................................................................... .主要参考资料.. (3) 二设计方案的确定 (3) 三设计计算 (4) 3.1. ......................................................................................................................................... 总蒸发水量 (4) 3.2. ......................................................................................................................................... 加热面积初算. (4) ( 1)估算各效浓度 (4) ( 2)沸点的初算 (4) ( 3)温度差的计算 (5) (4)计算两效蒸发水量V，V2及加热蒸汽的消耗量S (6) (5)总传热系数K的计算 (7) ( 6)分配有效温度差，计算传热面积 (9) 3.3. ............................................................................................................................................ 重算两效传热面积.. (10) ( 1)第一次重算 (10) 3.4 计算结果 (11) 四蒸发器主要工艺尺寸的计算 (13)
食品工程原理课程设计说明书@ 设计题目：番茄汁双效并流蒸发装置的设计 姓名：张馨月 [ 班级： 2014级食品科学与工程(1)班 学号： 123 指导教师：张春芝 日期： 2016年5月21日 ， [
目录 前言 (4) 设计题目 (4) ~ 蒸发流程特点 (4) 设计任务及操作条件 (4) 设备型式： (4) 操作条件 (4) 2.设计项目 (5) 设计方案简介： (5) 蒸发器的工艺计算： (6) 估算各效蒸发量和完成液浓度 (6) ！ 估计各效溶液的沸点和有效总温度差的估算 (6) 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (10) 蒸发器传热面积的估算 (12) 有效温差的再分配 (13) 重复上述计算步骤 (13) 计算结果列表 (17) 3.蒸发器的主要结构尺寸设计 (18) 加热管的选择和管数的初步估计 (18) # 循环管的选择 (18) 加热室直径及加热管数目的确定 (19) 分离室直径与高度的确定 (20) 接管尺寸的确定 (21) 番茄汁的进出口 (22) 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口 (22) 冷凝水出口 (22) 4.蒸发装置的辅助设备 (23) $ 气液分离器 (23) 蒸汽冷凝器 (24) 泵的选型 (25)
5.番茄汁双效并流加料蒸发装置的流程图和蒸发器设备工艺简图 (26) (26) 6.设计总结 (27) 7.参考文献 (28)
前言 设计题目 番茄汁双效并流加料蒸发装置的设计。 蒸发流程特点 蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。蒸发具有它独特的特点：从传热方面看，原料和加热蒸汽均为相变过程，属于恒温传热：从溶液特点分析，有的溶液有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合，粘度高、腐蚀性强；从传热温差上看，因溶液蒸汽压降低，沸点增高，故传热温度小于蒸发纯水温度差；从泡沫夹带情况看，二次蒸汽夹带泡沫，需用辅助仪器除去；从能源利用上分析，可以对二次蒸汽重复利用等。这就需要我们从五个方面考虑蒸发器的设计。 随着工业蒸发技术的发展，蒸发器的结果和形式也不断的改进。目前蒸发器大概分为两类：一类是循环型，包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；另一类是单程型，包括升膜式、降膜式、升——降膜式等。这些蒸发器形式的选择要多个方面综合得出。 现代化工生产实践中，为了节约能源，提高经济效益，很多厂家采用的蒸发设备是多效蒸发。因为这样可以降低蒸汽的消耗量，从而提高蒸发装置的各项热损失。多效蒸发流程课分为：并流流程、逆流流程、平流流程及错流流程。在选择形式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。 设计任务及操作条件 设备型式：中央循环管式蒸发器。 图1-1 中央循环管式蒸发器
齐齐哈尔大学 蒸发水量为2000的真空降膜蒸发器 题目蒸发水量为2000的真空降膜蒸发器 学院机电工程学院 专业班级过控133 学生姓名戴蒙龙 指导教师张宏斌 成绩 2016年 12月 20日
目录 摘要............................................................ I II Absract............................................................ I V 第1章蒸发器的概述. (1) 1.1蒸发器的简介 (1) 1.2蒸发器的分类 (1) 1.3蒸发器的类型及特点、 (2) 1.4蒸发器的维护 (5) 第2章蒸发器的确定 (6) 2.1 设计题目 (6) 2.2 设计条件： (6) 2.3 设计要求： (6) 2.4 设计方案的确定 (6) 第3章换热面积计算 (8) 3.1.进料量 (8) 3.2.加热面积初算 (8) 3.2.1估算各效浓度: (8) 3.2.2沸点的初算 (8) 3.2.3计算两效蒸发水量，及加热蒸汽的消耗量 (10) 3.3.重算两效传热面积 (11) 3.3.1.第一次重算 (11) 第4章蒸发器主要工艺尺寸的计算 (13) 4.1加热室 (13) 4.2分离室 (14) 4.3其他工件尺寸 (15) 第5章强度校核 (16) 5.1 筒体 (16) 5.2前端管箱 (17)
参考文献 (20) 致谢 (22)
摘要 蒸发就是采用加热的方法，使溶液中的发挥性溶剂在沸腾状态下部分气化并将其移除，从而提高溶液浓度的一种单元操作，蒸发操作是一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质分离的过程。蒸发设备称为蒸发器，蒸发操作的热源，一般为饱和蒸汽。蒸发在操作广泛应于化学、轻工、食品、制药等工业中。工业上被蒸发处理的溶液大多数为水溶液。本次设计的装置为蒸发水量为2000降膜蒸发器，浓缩物质为牛奶。降膜蒸发器除适用于热敏性溶液外，还可用于蒸发浓度较高的液体。 关键词：蒸发；换热；高效；使用广泛
升膜蒸发器学习分享 升膜蒸发器（闪蒸蒸发器〕是一种高效蒸发设备，它能使被蒸发溶液在蒸发器内呈液膜状流过受热表面，迅速使轻相蒸发，从而缩短了加热的停留財间，强化了蒸发效果。它一般都具有传热系数高〔可达1100----2300W/(m2.K)〕、蒸发强度大和接触时间短等优点。由于它是蒸发设备，因此只能用于沸点相差较大的两种介质的分离，特别是对处理热敏、发粘、发泡物质的蒸发具有显著效果，但不适于高粘度、有晶体析出和易结垢的溶液。为了提高总传热系数，加热介质需要采用蒸汽或其他能够冷凝的传热介质。 升膜蒸发器的结构实际上就是一个单管程直立安装的固定管板热交换器。升膜蒸发器的加热室由一根或数根垂直长管组成，通常加热管径为25～50mm，管长与管径之比为100～150。被加热介质走管程，热介质或蒸汽走壳程。原料液预热后由蒸发器底部进入加热器管内，加热蒸汽在管外冷凝。当原料液受热后沸腾汽化，生成二次蒸汽在管内高速上升，带动料液沿管内壁成膜状向上流动，并不断地蒸发汽化，加速流动，气液混合物进入分离器后分离，浓缩后的完成液由分离器底部放出。 升膜蒸发器正常操作的关键是让液体物料在管壁上形成连续不断的液膜。图a-h是分阶段解释在长管中气、液两相的变化和液膜的形成过程
图a如果物料进入蒸发器时的温度低于其沸点，蒸发器中有一段加热管作为预热区，传热方式为自然对流。为了维持蒸发器正常操作，加热管中液面一般为管高度的1／4～1／5，液面太高，设备效率低，出料达不到要求的浓度，控制适当的进料量和进料温度，使设备处于较佳的工作状态。 图b 物料经加热达到沸腾温度时，溶液开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连续的液相中。由于蒸汽气泡的密度小，故气泡通过液体而上升。 图C液体继续受热，温度不断上升。随着气泡量的不断增加，小气泡结合形成较大的气泡，气体上升的速度则加快。液相因混有蒸汽气泡，使液体静压头下降。 图d当气泡继续增大形成柱状，占据管子中部的大部分空间时，气体以很大的速度上升，而液体受重力作用沿气泡边缘下滑。
蒸发的基本原理 前言 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。蒸发操作广泛应用于化工、石油化工、制药、制糖、造纸、深冷、海水淡化及原子能等工业中。 蒸发操作中的热源厂采用新鲜的饱和水蒸汽，又称生蒸汽。从溶液中蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于生蒸汽。在操作中一般用冷凝方法将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。若将二次蒸汽引到下一效蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。 蒸发操作可以在加压、常压或减压下进行，工业上的蒸发操作经常在减压下进行，这种操作称为真空蒸发。真空蒸发的特点在于：1. 减压下溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源。2. 溶液的沸点随所处的压强减小而降低，故对相同压强的加热蒸汽而言，当溶液处于减压时可以提高传热总温度差;但与此同时，溶液的粘度加大，使总传热系数下降。3. 真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费用和操作费用提高。 一般情况下，经浓缩后的液体为产品，二次蒸汽冷凝液则被排除；蒸发过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程，溶剂的汽化速率由传热速率控制，故蒸发属于热量传递过程，但又有别于一般传热过程，因为蒸发过程具有以下特点： 1）传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于避免两侧流体均有相变的恒温传热过程。 2）溶液性质有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和生泡沫、高温下易分解和聚合；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐增强。 3）溶液沸点的改变含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下溶剂（即纯水）的为低，换言之，在相同压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点，故当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水的温度差。溶液浓度越高这种现象越显著。 4）泡沫夹带二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损
化工原理课程设计 题目稀碱液NaOH的双效外加热式装置的设计 班级 学号 * * * * * * * * * * * * 姓名 * * * 指导教师陈少虎 完成日期
目录 第一部分设计任务书…………………………………………………………* 第二部分前言…………………………………………………………………* 第三部分符号说明……………………………………………………………(* 第四部分流程的确定及说明……………………………………………………* 第五部分设计计算书……………………………………………………………… * (一) 设计条件…………………………………………………………* (二) 计算过程…………………………………………………………* 5.2.1计算各效蒸发量及完成液的浓度……………………………* 5.2.2 估算各效溶液的沸点和有效总温度差………………………* 5.2.3估算各效温度差损失…………………………………………* 5.2.4各效溶液沸点及有效温度差…………………………………* 5.2.5加热蒸汽消耗量及各效蒸发量………………………………* 5.2.6传热面积………………………………………………………* 5.2.7重新分配有效温差……………………………………………* 5.2.8对各种温度差进行重新计算…………………………………* 5.2.9重算加热汽消耗量及各效蒸发量……………………………* 5.2.10重算传热面积…………………………………………………* (三) 蒸发器的主要结构尺寸…………………………………………* 5.3.1加热管的选择和管数的初步估计…………………………* 5.3.2蒸发装置的辅助设备及换热器选用………………………* 5.3.3蒸发器各尺寸的确定…………………………………* 5.3.4有关计算说明……………………………………………* 第六部分设计成果及讨论……………………………………………………* 第七部分参考文献……………………………………………………………*
蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。 一、循环型(非膜式)蒸发器 这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。 (一)中央循环管式(或标准式)蒸发器 中央循环管式蒸发器，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。细管内单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化得多，因此细管内汽液混合物的密度比粗管内的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管。为了促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40％一100％。管束高度为1—2m；加热管直径在25～75mm之间、长径之比为20～40。 中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但实际上由于结构的限制，循环速度一般在～／s以下；且由于溶液的不断循环，使加·热管内的溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。 中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。 (二)悬筐式蒸发器
食品工程原理课程设计说明书 设计题目：番茄汁双效并流蒸发装置的设计 姓名：张馨月 班级： 2014级食品科学与工程(1)班 学号： 20144061123 指导教师：张春芝 日期：2016年5月21日
目录 前言 (3) 1.1设计题目 (3) 1.2蒸发流程特点 (3) 1.3设计任务及操作条件 (3) 1.3.1设备型式： (3) 1.3.2操作条件 (4) 2.设计项目 (4) 2.1设计方案简介： (4) 2.2蒸发器的工艺计算： (4) 2.2.1 估算各效蒸发量和完成液浓度 (5) 2.2.2 估计各效溶液的沸点和有效总温度差的估算 (5) 2.2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (7) 2.2.4 蒸发器传热面积的估算 (8) 2.2.5 有效温差的再分配 (8) 2.2.6重复上述计算步骤 (8) 2.3计算结果列表 (9) 3.蒸发器的主要结构尺寸设计 (10) 3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 (10) 3.1.2 循环管的选择 (10) 3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定 (10) 3.1.4分离室直径与高度的确定 (11) 3.2接管尺寸的确定 (12) 3.2.1 番茄汁的进出口 (12) 3.2.2 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口 (12) 3.2.3 冷凝水出口 (12) 4.蒸发装置的辅助设备 (13) 4.1气液分离器 (13) 4.2蒸汽冷凝器 (13) 4.3泵的选型 (14) 5.番茄汁双效并流加料蒸发装置的流程图和蒸发器设备工艺简图 (15) (15) 6.设计总结 (16) 7.参考文献 (16)
升降膜蒸发器的设计和应用 李 壮① 杨得霞 (化工部沈阳化工研究院,沈阳110021) 摘 要 设计了一种升降膜蒸发器串联使用的工业化流程,主要用于蒸发因数较高或需要将溶剂完全脱净的场合,文中给出了该流程的技术要点和设计方法。关键词 膜式蒸发器;脱溶;设计 1 前 言 在农药、医药及其它的中间体合成中,许多化学反应都是在有机溶剂中进行的,反应完成后再把溶剂脱出。最简单的釜式脱溶,传热面小、设备庞大、脱溶时间长,特别是对热敏性物料很不适宜。膜式脱溶已经得到了广泛的应用,但普通的膜式脱溶蒸发因数不能过大,否则在蒸发管的末端将出现干壁现象,局部过热能引起物料分解。习惯的做法是进行两次脱溶,但这将引起投资费用和操作费用的成倍增长。 2 工艺流程说明 作者在多年实践的基础上设计出图1的 流程并成功地应用于工业化生产中。此流程的特点是将完全分开的升膜脱溶系统和降膜脱溶系统合并为一套系统,采用两台蒸发器而仅用一套附属设备。 溶液A 经流量计(FI101)计量后进入升膜蒸发器(E101)进行蒸发脱溶,再经汽液分离器(V101),汽体经冷凝器(E103)冷凝后,冷凝液(溶剂B )流入溶剂贮槽(V104);分离后的液体进入降膜脱溶器(E102)进行降膜脱溶,再经第二分离器(V102)进行汽液分离,液 体成品流入成品贮槽(V103),汽体与冷凝器(E103)的尾气合并后一同进入后凝器(E104),溶剂B 全部冷凝并流入溶剂贮槽, 气相接真空系统。 3 工艺技术要点 在此流程中,物料经升膜蒸发及气液分离后分两个途径,最后在后凝器处合并在一起。途径1经过PG 03管道、E103设备、PG 04管道,其压降为△P 1;途径2经过P L05管道、E102设备、P LG 06管道、V102设备、PG 07管 道,其压降为△P 2,设备V101至设备E102的位差为△H 。两条途径的压力降有以下的等式关系: ρ△h =△P 2-△P 1 式中:ρ表示液体的密度;△h —表示由V101至E102入口的液位高度,为了保证装置的正常操作,△h 的范围为0<△h <△H ,若△h ≥△H ,也就是说△P 2值过大,则V101中的液体将随气体一起进入E103;若△P 2≤△P 1,则将有部分气体随液体一起进入E102。△h 值随着两个途径压降差的改变而 改变。 ① 收稿日期:1997-06-18 ①男 ,38岁,高级工程师。 第27卷第4期1998年12月 沈阳化工Shenyang Chemical Industry Vol.27 No.4 Dec.,1998
化工原理课程设计
字符说明 ........................................................................................................................................................... - 2 - 第一节概述 ............................................................................................................................................... - 3 - 一．蒸发及蒸发流程 ............................................................................................................................... - 3 - 二．蒸发操作的分类 ............................................................................................................................... - 3 - 三．蒸发操作的特点 ............................................................................................................................... - 3 - 四、蒸发设备 ........................................................................................................................................... - 4 - 五、蒸发器选型 ....................................................................................................................................... - 4 - 第二节蒸发装置设计任务.............................................................................................................................. - 5 - 一、设计题目 ........................................................................................................................................... - 5 - 二、设计任务及操作条件........................................................................................................................ - 5 - 第三节三效蒸发器得工艺计算.................................................................................................................... - 5 - 一、估计各效蒸发量和完成液浓度........................................................................................................ - 5 - 二、估计各效溶液的沸点和有效总温差................................................................................................ - 6 - 三加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算.......................................................................................... - 8 - 四、蒸发器的传热面积的估算................................................................................................................ - 9 - 五、有效温差的再分配.......................................................................................................................... - 10 - 六、重复上述计算步骤.......................................................................................................................... - 10 - 七、计算结果 ......................................................................................................................................... - 12 - 第四节蒸发器的主要结构尺寸计算.................................................................................................... - 12 - 一、加热管的选择和管数的初步估计.................................................................................................. - 12 - 二、循环管的选择 ................................................................................................................................. - 12 - 三、加热室直径及加热管数目的确定.................................................................................................. - 13 - 四、分离室直径与高度的确定.............................................................................................................. - 13 - 五、接管尺寸的确定 ............................................................................................................................. - 14 - 第五节蒸发装置的辅助设备.................................................................................................................. - 15 - 一、气液分离器 ..................................................................................................................................... - 15 - 二、蒸汽冷凝器 ..................................................................................................................................... - 15 - 三淋水板的设计 ................................................................................................................................... - 16 - 【参考文献】 ......................................................................................................................................... - 17 -
做客专家：南京金日制药装备有限公司高级工程师陈晓东 本期议题：双效浓缩器具有节能优势 浓缩工段对于制药企业来说是能耗的重头。在很多企业，其能耗要占到企业蒸气总消耗的60%以上。目前，有不少制药企业在浓缩工段仍使用单效浓缩器， 这是很不经济的。据估算，双效浓缩器比单效浓缩器节省蒸气消耗45%以上，节 约冷却用水47%以上，而且也可减少对环境的污染。 ■单效浓缩设备能耗大探因 单效外循环浓缩器装置主要是由加热器、蒸发器、冷凝器、冷却器和受液罐组成。需要浓缩的料液通过加热器的管程受蒸气加热达到沸点温度，经上升管由切线方向进入蒸发室迅速蒸发。其中未经汽化、比重较大的液滴受离心力的作用而被甩到器壁上，从而在重力的作用下，下落到蒸发器下部，由于蒸发器与加热器是通过下降管互相连接的装置，故未能蒸发的液体又通过下降管回到加热器中再被加热，如此循环加热蒸发，使得溶液中的溶媒不断汽化被带出，使溶液中的溶质浓度不断升高，最终达到所需要的浓度。而已经汽化的溶媒蒸气则从蒸发器上口通过捕沫器进入冷凝器被冷凝成液体再进入下方的接收器中，根据需要可以回收利用。 这里的能源消耗主要是两个方面：一是在加热器内用于加热稀溶液使溶液中溶媒蒸发所消耗的生蒸气；另一个就是使已经汽化的溶媒蒸气再冷凝成溶媒液体时，在冷凝器中所需要的冷却水。前者需要供给热量，而后者需要带走热量。被加热的溶液所产生的溶媒蒸气含有大量的热能，在这里不但没有得到利用，相反还要消耗大量的冷却水来冷却它。产量越大，即蒸发量越大，供给的热量越多，所需的蒸气就越多，而同时所消耗的冷却水也越多。这就是单效浓缩器能耗大的原因所在。 ■双效浓缩器节能原因探究 如果能将溶媒蒸气继续利用，将其作为热源，用来加热或蒸发溶液，不就可以节约一部分蒸气消耗了吗？将这部分溶液里蒸发出来的溶媒蒸气导入另一个加热器来用作热源，以继续加热所需加热的溶液，即增加一套加热器和蒸发器装置，这就是双效浓缩器。 一般来说，在蒸发装置中，为了降低溶液的蒸发温度，通常在一定的真空状态下进行。这不仅可以保持物料中的热敏性物质不被破坏，还可以增大传热温度
过程设备原理课程设计 题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计 学院：制造科学与工程学院 系别: 过程装备与控制工程 班级: 过控1102 学生姓名：周伟 学号： 20116201 指导老师：张健平 设计时间： 2014/7/4
《过程设备原理课程设计》任务书 题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计 一、设计原始数据 （1）设计任务：处理量：7.92×104（吨/年）（7.92×104，9.95×104，1.667×105）； 料液浓度： 4.7% （4.7％，10.6%）质量%； 产品浓度：23.7% （23.7%，30%）质量%； 加热蒸汽温度151 （℃）（151，158.1）； 末效冷凝器的温度49 （℃）（49，59.6）。 （2）操作条件：加料方式：三效并流加料； 原料液温度：第一效沸点温度； 各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060kg/m3，ρ=1239kg/m3； 3 加热蒸汽压强：500kPa； 冷凝器压强：20kPa； 各效蒸发器的总传热系数：K1=1500W/（m2?K）， K2=1000W/（m2?K）， K3=600W/（m2?K）； 各效蒸发器中液面的高度：1.5m； 各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出； 假设各效传热面积相等，并忽略热损失。 （3）设备型式：中央循环管式蒸发器。 （4）厂址：四川绵阳。 （5）工作日：每年300天，每天24小时连续运行。 二、基本要求 （1）设计方案的简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （3）蒸发器的主要结构尺寸设计。
齐齐哈尔大学 蒸发水量为2000的真空 降膜蒸发器 题目蒸发水量为2000的真空降膜蒸发器 学院机电工程学院 专业班级过控133 学生姓名戴蒙龙 指导教师张宏斌 成绩 2016年 12月 20日 目录 摘要............................................. 错误!未指定书签。Absract............................................ 错误!未指定书签。 第1章蒸发器的概述................................ 错误!未指定书签。 1.1蒸发器的简介................................. 错误!未指定书签。 1.2蒸发器的分类................................. 错误!未指定书签。 1.3蒸发器的类型及特点、......................... 错误!未指定书签。 1.4蒸发器的维护................................. 错误!未指定书签。 第2章蒸发器的确定................................. 错误!未指定书签。 2.1 设计题目.................................... 错误!未指定书签。 2.2 设计条件：.................................. 错误!未指定书签。 2.3 设计要求：.................................. 错误!未指定书签。 2.4 设计方案的确定.............................. 错误!未指定书签。 第3章换热面积计算................................ 错误!未指定书签。 3.1.进料量...................................... 错误!未指定书签。
几种蒸发器的结构及工作原理蒸发器主要由加热室及分离室组成。按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。 一、循环型(非膜式)蒸发器 这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。 (一)中央循环管式(或标准式)蒸发器 中央循环管式蒸发器，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。细管内单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化得多，因此细管内汽液混合物的密度比粗管内的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然 循环运动。粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管。为了促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40％一100％。管束高度为1—2m；加热管直径在25～75mm之间、长径之比为20～40。
中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但实际上由于结构的限制，循环速度一般在0.4～0.5m／s以下；且由于溶液的不断循环，使加·热管内的溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。 中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。
化工原理课程设计说明书 设计题目：NaOH水溶液蒸发装置的设计 设计日期：2012年 6 月 10 日 审核：
目录 一、化工原理课程设计任务书 (3) 二、蒸发器的形式、流程、效数论证 (4) 三、蒸发器工艺设计计算 (5) 四、蒸发器工艺尺寸计算 (13) 五、蒸发装置的辅助设备 (19) 六、课程设计心得 (21)
一、化工原理课程设计任务书 一、设计题目 NaOH水溶液蒸发装置的设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务 处理量： 24000 （kg/h）（6000，7200，24000） 料液浓度： 10.6 （wt%）（4.7％，10.6%，）质量分率 产品浓度： 23.7 （wt%）（23.7%，30%）质量分率 加热蒸汽温度 158.1 （℃）（151，158.1） 末效冷凝器的温度 59.6 （℃）（49，59.6） 2、操作条件 加料方式：三效并流加料 原料液温度：第一效沸点温度 各效蒸发器中溶液的平均密度：ρ1=1014kg/m3，ρ2=1060kg/m3，ρ 3=1239kg/m 3 加热蒸汽压强： 500kPa（绝压），冷凝器压强为 20 kPa（绝压）各效蒸发器的总传热系数：K1=1500W/（m2·K），K2=1000W/（m2·K），K3=600W/（m2·K） 各效蒸发器中液面的高度： 1.5m 各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效传热面积相等，并忽略热损失。 3、设备型式中央循环管式蒸发器 4、厂址四川绵阳 5、工作日：每年300天，每天24小时连续运行。 三、设计内容： 1、设计方案的简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 2、蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 3、蒸发器的主要结构尺寸设计 4、主要辅助设备选型，包括气液分离及蒸气冷凝器等 5、绘制工艺流程图及蒸发器设计条件图 7、设计结果汇总 8、对设计过程的评述和有关问题的讨论 9、编写课程设计说明书。
食品工程原理 课程设计说明书单效降膜式蒸发器的设计 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 年月日
目录 1.前言 概述 蒸发器选型 2.单效蒸发工艺计算 物料衡算 热量衡算 传热面积计算 计算结果列表 3.蒸发器主体工艺设计 加热管的选择和管数的初步估计 3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计 3.1.2 循环管的选择 3.1.3 加热室直径的确定 3.1.4 分离室直径与高度的确定 接管尺寸的确定 进料方式及加热管排布方式的确定 3.3.1进料方式的确定 3.3.2加热管排布方式的确定 仪表、视镜与人孔的确定 蒸发器主要部件规格列表 4.蒸发装置的辅助设备 气液分离器 蒸汽冷凝器 5.结语 致谢 附表 参考文献
任务书
一、设计意义 二、蒸发工艺设计计算 （1）蒸浓液浓度计算 多效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸气（生蒸气）的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸气的压强和冷凝器中的压强等。 蒸发器的设计计算步骤多效蒸发的计算一般采用试算法。 ①根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及冷凝器的压强），蒸发器的形式、流程和效数。 ②根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度。 ③根据经验假设蒸气通过各效的压强降相等，估算个效溶液沸点和有效总温差。 ④根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。 ⑤根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤③至⑤，直到所求得各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 43028*10*10*0.542735/300*24*0.13 X 13% W F*142735*131624/X 50% F kg h kg h ===-=-=蒸发水量：（）（）（2）溶液沸点和有效温度差的确定 由二次蒸汽压强从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中： 蒸汽 压力（KPa ） 温度(℃) 汽化热(kJ/kg) 加热蒸汽 500 二次蒸汽 20 60 2355