工程原理的设计
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食品工程原理课程设计说明书
设计题目: 蔗糖水溶液三效并流蒸发装置
设计者:班级 2010级食品科学与工程3班
姓名 李世燕 学号 20104061315
指导教师: 吴大伟
设计成绩: 日期
黑龙江八一农垦大学食品学院
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目录
1 前言................................................................................................................................. 3
1.1 蒸发流程特点....................................................................................................... 3
1.2 .操作任务............................................................................................................... 3
1.3 设计条件及设计方案说明................................................................................. 3
2. 蒸发器的工艺计算........................................................................................................ 4
2.1(1)各效蒸发量和完成液浓度的估算............................................................... 4
2.2 各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差的估算................................................... 5
2.2.1各效由于沸点而引起的温差损失△´´..................................................... 5
2.2.2由于液柱静压力而引起的沸点升高(温度差损失).............................. 6
2.2.3由于流动阻力而引起的温差损失....................................................... 7
2.2.4各效料液的温度和有效总温差................................................................ 7
2.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸汽发水量的初步计算.............................................. 8
2.4 蒸发器传热面积的估算...................................................................................... 9
2.5有效温度的再分配.............................................................................................. 10
2.5.2 重复上述计算步骤............................................................................... 10
2.6 计算结果列表................................................................................................ 13
3 蒸发器的主要结构尺寸设计....................................................................................... 14
3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计....................................................... 14
3.1.2 循环管的选择........................................................................................... 14
3.1.3 加热室直径及加热管数目的确定........................................................... 14
3.1.4 分离室直径与高度的确定................................................................... 15
3.2 接管尺寸的确定............................................................................................ 16
3.2.1 蔗糖的进出口....................................................................................... 16
3.2.2 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口........................................................... 16
3.2.3 冷凝水出口........................................................................................... 17
4 蒸发装置的辅助设备................................................................................................... 17
4.1 气液分离器..................................................................................................... 17
4.2 蒸汽冷凝器..................................................................................................... 17
4.3 泵的选型....................................................................................................... 18
5 三效并流蒸发装置流程图 ........................................................................................................ 18
6 参考文献....................................................................................................................... 18
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任务设计说明书
1 前言
1.1 蒸发流程特点
蒸发器可广泛用于医药、食品、化工、轻工等行业的水溶液或有机溶媒溶液的蒸发,特别适用于热敏性物料(例如中药生产的水、醇提取液等)。同时,蒸发操作也可对溶剂进行回收。
蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气,从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。蒸发有它独特的特点:从传热方面看,原料液和加热蒸气均为相变过程,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,因溶液蒸气压降低,沸点增高,故传热温度小于蒸发纯水的温度差。
随着工业蒸发技术的发展,蒸发器的结果和型式也不断的改进。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。这些蒸发器型式的选择,要多个方面综合得出。
现在化工生产实践中,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气的消耗量,从而提高蒸发装置的各项热损失。多效蒸发流程可分为:并流流程、逆流流程、平流流程以及错流流程。在选择型式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。
1.2 .操作任务
(1)蒸发器处理能力为年产40000吨蔗糖水溶液;
(2)每年按照300天计,每天24小时;
(3)蔗糖水溶液的原料浓度为11%,完成液体浓度为57%;原料液温度为第一效沸点温度;
(4)加热汽压力为200 kPa(绝压),冷凝器的绝压为15 kPa(绝压);
(5)各效蒸发器的总传热系数分别为K1=1500 W/(m2·℃)、 K2=1000W/(m2·℃),K3=800W/(m2·℃)
(6)蒸发器中溶液的液面高度为1.5 m;
(7)各效加热蒸发汽的冷凝液在饱和温度下排出,假设各效传热面积相等,忽略热损失。
(8)中央循环管式蒸发器
1.3 设计条件及设计方案说明
本次设计要求采用中央循环管式蒸发器,在工业上被称为标准蒸发器。其特点是结构紧凑、制造方便、操作可靠等。它的加热室由一垂直的加热管束构成,在管
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束中央有一根直径较大的管子,为中央循环管。结构和原理:其下部的加热室由垂直管束组成,中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾时,中央循环管内气液混合物的平均密度较大;而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下,溶液由中央循环管下降,而由加热管上升,做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数,强化了蒸发过程。
这种蒸发器结构紧凑,制造方便,传热较好,操作可靠等优点,应用十分广泛,有"标准蒸发器"之称。为使溶液有良好的循环,中央循环管的截面积,一般为其余加热管总截面积的40%~100%;加热管的高度一般为1~2m;加热管径多为25~75mm之间。但实际上,由于结构上的限制,其循环速度一般在0.4~0.5m/s以下;蒸发器内溶液浓度始终接近完成液浓度;清洗和维修也不够方便。