双效蒸发课程设计

1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2目录前言................................................................................................................................31.1设计题目.........................................................................................................31.2蒸发流程特点.................................................................................................31.3设计任务及操作条件.....................................................................................31.3.1设备型式：..........................................................................................31.3.2操作条件..............................................................................................42.设计项目....................................................................................................................42.1设计方案简介：.............................................................................................42.2蒸发器的工艺计算：.....................................................................................42.2.1估算各效蒸发量和完成液浓度.........................................................52.2.2估计各效溶液的沸点和有效总温度差的估算.................................52.2.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算.................................72.2.4蒸发器传热面积的估算.....................................................................82.2.5有效温差的再分配.............................................................................82.2.6重复上述计算步骤..............................................................................82.3计算结果列表.................................................................................................93.蒸发器的主要结构尺寸设计..................................................................................103.1.1加热管的选择和管数的初步估计..............................................103.1.2循环管的选择..................................................................................103.1.3加热室直径及加热管数目的确定..................................................103.1.4分离室直径与高度的确定...............................................................113.2接管尺寸的确定...........................................................................................123.2.1番茄汁的进出口..............................................................................123.2.2加热蒸汽进口与二次蒸汽出口......................................................123.2.3冷凝水出口......................................................................................124.蒸发装置的辅助设备..............................................................................................134.1气液分离器...................................................................................................134.2蒸汽冷凝器...................................................................................................134.3泵的选型.......................................................................................................145.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......................................................................................................................................156.设计总结..................................................................................................................167.参考文献..................................................................................................................163前言1.1设计题目番茄汁双效并流加料蒸发装置的设计。1.2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。1.3设计任务及操作条件1.3.1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41.3.2操作条件(1)蒸发器处理能力为日产量为36吨/天，含固形物为4.4%的番茄汁，成品浓度为22%；原料液温度为第一效沸点温度。（2）加热蒸汽压力为200kPa(绝压)．冷凝器压力为95kPa(绝压)；（3）K1=900W／(m2·℃)，K2=1800W／(m2·℃)（4）番茄汁的比热为4.01kJ/kg·℃。（5）各效蒸发器中料液液面高度为：1m；（6）各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。假设各效的传热面积相等，并忽略热损失。（7）每年按300天计，日工作量是8小时。（8）厂址：大庆地区。2.设计项目2.1设计方案简介：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0.6～2m；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。在蒸发操作中，为保证传热的正常进行，根据经验，每一效的温差不能小于5～7。通常，对于沸点升高较大的电解质溶液，应采取2～3效。由于本次设计任务是处理番茄汁。这种溶液是一种沸点升高较大的电解质，故选用两效蒸发器。另外，由于番茄汁是一种粘度不大的料液，故多效蒸发流程采用并流法操作。多效蒸发器工艺设计的主要依据是物料衡算、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目为蒸发器的传热面积。2.2蒸发器的工艺计算：5图2-1并流加料双效蒸发的物料衡算和热量衡算示意图2.2.1估算各效蒸发量和完成液浓度P=36000*300/300*8=4500kg/hF=P*x2/x0=4500*0.22/0.04=8250kg/h总蒸发量W=F(1-(x1/x2))=8250*(1-(0.04/0.22))=6750kg/hW1:W2=1：1W=W1+W2W1=W2=3375kg/hx1=Fx1/(F-W1)=8250*0.04/(8250-3375)=0.068x2=Fx0/(F-W1-W2)=8250*0.0