1、 題 目 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 姓 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 設(shè)計(jì)時(shí)間： 目錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù).2設(shè)計(jì)題目.2設(shè)計(jì)條件2 1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容.3第二章 設(shè)計(jì)方案簡介.3第三章 設(shè)計(jì)工藝的計(jì)算.33.1估算各效蒸發(fā)水量和完成液濃度.4估算各效溶液沸點(diǎn)和有效溫度差.4 3.2.1各效由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失.5 3.2.2各效由于溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失.5 3.2.3由于管路阻力引起的溫度差損失.6 3.2.4各效溶液的沸點(diǎn)和總有效溫度差.6.6 3.4估算蒸發(fā)器的傳熱面積.7 .7 3.6 校核計(jì)算.7 3.6.1計(jì)算各效溶液沸點(diǎn).8 3.6.2計(jì)算各效蒸發(fā)水量.8 3.6.3計(jì)算蒸發(fā)器的傳

2、熱面積.9 3.7計(jì)算結(jié)果列表.10第四章 蒸發(fā)器工藝尺寸的設(shè)計(jì).104.1加熱管的選擇和管數(shù)的確定.11 4.2加熱室的直徑的確定.11 4.3分離室的直徑與高度的確定.13接管尺寸的確定.14 4.4.1溶液進(jìn)出口管內(nèi)徑的確定.14 4.4.2蒸汽進(jìn)出口管內(nèi)徑的確定.14 4.4.3冷凝水出口管內(nèi)徑的確定.15 4.5人孔的選擇.15第五章 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備.15氣液分離器.16蒸汽冷凝器.16 5.2.1冷卻水出口管內(nèi)徑的確定.16 5.2.2冷凝器內(nèi)徑的確定.16 5.2.3淋水板數(shù)的確定.17第六章 工藝匯總表.17工藝流程圖.18工藝數(shù)據(jù)匯總.18第七章 設(shè)計(jì)評價(jià)和總結(jié).19第八

3、章 參考文獻(xiàn).19各符號意義 L-加熱管長度，m -流體的體積流量 m3/s U-流體的適宜流速 m/s -二次蒸汽的管徑. mm -除沫器外管的直徑.mm H-除沫器的總高度. mm h-除沫器內(nèi)管頂部與器頂?shù)木嚯x，m 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)雙效并流降膜式果汁濃縮已知條件：進(jìn)料量F=18000kg/h 初濃度=11% 終濃度=46% kJ/kg· =850 kJ/kg· 原料汁允許最高溫度 75 冷凝液均在飽和溫度下排出假設(shè)條件：第一效加熱蒸汽壓強(qiáng)Po=40kPa(絕壓) 末效二次蒸汽蒸汽壓強(qiáng)=9kPa(絕壓)設(shè)計(jì)內(nèi)容1.選定并說明設(shè)計(jì)方案，對濃縮裝置流程，操作條件，主要設(shè)備形

4、式及材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。2.進(jìn)行工藝計(jì)算，由物料衡算，熱量衡算計(jì)算并確定蒸發(fā)量和傳熱面積。3.對蒸發(fā)器的主要工藝尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定蒸發(fā)起的直徑，長度，管心距，管數(shù)和排列方式，蒸發(fā)器及接管直徑等。4.對預(yù)熱器，氣液分離器器，冷凝器等輔助設(shè)備的主要工藝尺寸進(jìn)行計(jì)算和設(shè)備型號規(guī)格選定。5.繪制蒸發(fā)流程圖和蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)總圖一張。6.對本設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)。第2章 設(shè)計(jì)方案簡介化工原理課程設(shè)計(jì)要求我們綜合運(yùn)用化工原理、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)、化工儀表自動(dòng)化等課程及有關(guān)先修課程所學(xué)知識，完成以化工單元操作為主的一次工程設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括化工工藝設(shè)計(jì)和化工設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從而對我們進(jìn)行一次設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合

5、運(yùn)用所學(xué)的書本知識解決實(shí)際問題的能力。本設(shè)計(jì)是首先根據(jù)設(shè)計(jì)條件的要求選定加熱蒸汽的溫度，從而反推溶液的溫度，通過查閱相關(guān)的蒸汽、液體性能表，得出所需的料液的性能參數(shù)，然后逐步計(jì)算出所需加熱面積、管數(shù)，通過畫圖確定蒸發(fā)室的直徑、最后根據(jù)計(jì)算出的相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇合適的蒸發(fā)器的輔助設(shè)備，并將所選用的各設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行匯總。通過課程設(shè)計(jì)，要求能夠綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識進(jìn)行融會(huì)貫通，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。蒸發(fā)操作條件的確定主要指蒸發(fā)器加熱蒸汽的壓強(qiáng)（或溫度），冷凝器的操作壓強(qiáng)（或溫度）的確定，正確選擇蒸發(fā)的操作條件，對保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗極

6、為重要。本課程設(shè)計(jì)是雙效并流設(shè)計(jì)。第三章 設(shè)計(jì)工藝的計(jì)算多效蒸發(fā)的工藝計(jì)算的主要依據(jù)是物料衡算和、熱量衡算及傳熱速率方程。計(jì)算的主要項(xiàng)目有：每小時(shí)處理原料液的量、各效溶劑蒸發(fā)量以及各效的傳熱面積。計(jì)算的已知參數(shù)有：每小時(shí)的蒸發(fā)量、溫度和濃度，最終完成液的濃度，加熱蒸氣的壓強(qiáng)和冷凝器中的壓強(qiáng)等。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟多效蒸發(fā)的計(jì)算一般采用試算法。(1)根據(jù)工藝要求及溶液的性質(zhì)，確定蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強(qiáng)及冷凝器的壓強(qiáng)），蒸發(fā)器的形式、流程和效數(shù)。(2)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步估計(jì)各效蒸發(fā)量和各效完成液的濃度。(4)根據(jù)蒸發(fā)器的焓衡算，求各效的蒸發(fā)量和傳熱量。(5)根據(jù)傳熱速率方程計(jì)算各效的傳

7、熱面積。若求得的各效傳熱面積不相等，和濃度總蒸發(fā)水量 W=F（1-X0/X2）=18000*(1-0.11/0.46)=13696kg/h假設(shè)各效蒸發(fā)量成如下比列： W1：W2而在蒸發(fā)過程中，總蒸發(fā)水量為各效蒸發(fā)水量之和： W=W1+W2 解得各效蒸發(fā)器蒸發(fā)水量分別為： W1=6521.9 kg/h 則相應(yīng)各效溶液的濃度分別為：X1=FX0/(F-W1X2設(shè)各效的壓強(qiáng)降相等，則總壓差為 P=P0-P2=40-9=31KPa所以P1=P0P2=9KPa 由各效的二次蒸汽壓強(qiáng)，從化工原理上冊附錄4和5，用內(nèi)插法查得相應(yīng)的二次蒸汽的溫度和汽化熱，并且前一效的二次蒸汽就是后一效的加熱蒸汽，故由二次蒸汽

8、溫度可知相應(yīng)的加熱蒸汽的溫度并由附錄查出汽化熱，查表結(jié)果如下1效2效二次蒸汽壓強(qiáng)P1P2=9KPa二次蒸汽溫度=64=44二次蒸汽汽化熱=2346kJ/kg=2387kJ/kg加熱蒸汽溫度=76=64加熱蒸汽汽化熱=2317 kJ/kg=2348 kJ/kg 查食品工程原理P326 11-1糖液不同濃度對應(yīng)的常壓沸點(diǎn)升高附錄，已知X1=0.173，=0.46，可知對應(yīng)的，對于第一效蒸發(fā) =對于第二效蒸發(fā)0=則二效由于溶液蒸汽壓下降所引起的溫度差損失= 1+2 由于蒸發(fā)器中溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失 ，某些蒸發(fā)器在操作時(shí)，器內(nèi)溶液需維持一定的液位，因而蒸發(fā)器中溶液內(nèi)部的壓強(qiáng)大于液面的壓強(qiáng)，致使溶

9、液內(nèi)部的沸點(diǎn)較液面處的為高，二者之差即為因溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失，而對于本設(shè)計(jì)，采用的是雙效并流降膜式蒸發(fā)濃縮裝置 ，不存在溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失故 =0 =0由于管道流體阻力產(chǎn)生的壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失在多效蒸發(fā)中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加熱室的過程中由于管道阻力使其壓強(qiáng)降低蒸汽的飽和溫度也相應(yīng)降低由此引起的溫度差損失即為。對于第一效蒸發(fā)，而由于第一效的加熱蒸汽是直接通入的，故也不存在流體阻力產(chǎn)生壓降所引起的溫度差損失所以=0對于第二效，所以=1所以由于管路流動(dòng)阻力引起的溫度差損失=0+1=2溶液的沸點(diǎn)計(jì)算公式為： i=i+i+iti=Ti+i各效蒸發(fā)器溫度差損失計(jì)算如下

10、： 1=1+2+32=2+2+2則得各效溶液的沸點(diǎn)分別為； t1=T1+1t2=T2+2=44+2=46加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計(jì)算根據(jù)焓平衡原理，第i效的焓衡算公式為：Qi=Diri=(Fcpo-W1cpw-W2cpw-WI-1cpw)(ti-ti-1)+Wiri 在焓衡算式中需要計(jì)入溶液的濃縮熱及蒸發(fā)器的熱損失，要考慮熱利用系數(shù)。對于果汁來說，稀釋熱效應(yīng)并不明顯，可取為0.98. 則第i效的蒸發(fā)量Wi的計(jì)算式為： Wi=iDiri/ri+( Fcpo-W1cpw-W2cpw-WI-1cpw)(ti-ti-1)/ri其中，ri/ri (ti-ti-1)/ri= J/Kg·

11、K第一效: 由于泡點(diǎn)進(jìn)料：t0=t1 =············第二效： W1= W2=2W1r2/r2+( Fcpo-W1cpw)(t1-t2)/r2 =0.982346W11)(64.21-46)/2387111+500.6 ··············· 聯(lián)立、式,解得:WW根據(jù)熱量衡算公式：Q=KSt，則得各效的傳熱面積

12、計(jì)算式：Si=Qi/Kiti第一效： Q1=D1r1=6611.36*2317*103/3600=4.25*106W t1=T1-t1 S1=Q1/K1t1=4.25*106/(1100*11.79)=328m2 第二效： Q2=W1r1=6829.9*2346*103/3600=4.45*106W t2=T2-t2=T1-t2=64-46=18S2=Q2/K2t2=4.45*106/(850*18)=290m2誤差為：1-Smin/Smax=1-290/328=0.116。誤差較大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，重復(fù)上述計(jì)算步驟。重新分配各效的有效溫度差，得 t1=t1S1t2=t2S2因末效完

13、成液濃度和二次蒸汽壓強(qiáng)不變，各種溫度差損失可視為恒定，即：=46. 第一效加熱蒸汽溫度保持不變，T1=76，新的T1=T2=t2+ 查表得對應(yīng)=2348kJ/kg 所以 t1=T1-t1蒸發(fā)水量：第一效： 1 W1=1 D1r1/r1+Fcpo(t0-t1)由于泡點(diǎn)進(jìn)料：t0=t1 所以 W11*1 ·············· 第二效： 2 W2=2W1r2/r2+( Fcpo-W1cpw)(t1-t2)/r2 =0.982348W11)(63.32-4

14、6)/2348 11 1······················· 聯(lián)立、式,解得:W=6824kg/hW=6872kg/h=6599kg/h該結(jié)果與第一次熱量衡算所得結(jié)果：W1=6829.9 kg/h W2=6866.1 kg/h 相比較，其相對誤差如下： 顯然，相對誤差均小于0.05，故計(jì)算所得各效蒸發(fā)量W結(jié)果合理。其各效溶液濃度無明顯變化，不必再算。第一效：

15、 Q1=D1r1=6599*2317*103/3600=4.25*106Wt1S1=Q1/K1t1=4.25*106/(1100*12.68)=305m2 第二效： Q2=W1r1=6824*2348*103/3600=4.45*106W t2S2=Q2/K2t2=4.45*106/(850*17.1)=306m2 誤差為：1-Smin/Smax=1-305/306=0.00330.05。試差合理，取用平均面積： S=306 m2取15的安全系數(shù)，則S=352 m212冷凝器加熱蒸汽溫度()7644操作壓強(qiáng)Pi/ (KPa)40239溶液沸點(diǎn)ti46完成液濃度(%)46蒸發(fā)水量Wi Kg/h6

16、8246872加熱生蒸汽量 Kg/h65996824傳熱面積Si m2305306第四章 蒸發(fā)裝置工藝尺寸計(jì)算確定蒸發(fā)器的加熱管通常選用、無縫鋼管。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，用于濃縮物料的管子一般選擇3，6,9m，管子長度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的難以程度、溶液的起泡性和廠房的高度等因素來考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們選取：L=9m，,目前在換熱器設(shè)計(jì)中,管心距的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,管子確定后,相應(yīng)的管心距則為定值，由化工原理課程設(shè)計(jì)表4-4得 表4-4不同加熱管尺寸的管心距加熱管外徑，mm19253857管心距t,mm25324870所以選取，t=48mm的加熱管可以根據(jù)加熱管的規(guī)格與

17、長度初步估計(jì)所需的管子數(shù)n，）=330 根加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管的規(guī)格、數(shù)目及在管板上的排列方式。加熱管在管板上的排列方式為三角形排列。根據(jù)實(shí)際加熱管數(shù)大于理論管數(shù)的要求，當(dāng)理論管數(shù)n=330時(shí)，查換熱器設(shè)計(jì)109頁表2-16得該加熱器的實(shí)際管數(shù)為n=367。加熱器內(nèi)徑的計(jì)算式；Di=t(nc-1)+2b其中，管束中心線上管數(shù)nc=1.1n1/2=1.1*3671/2=21b=1.25 d0 =×則得內(nèi)徑 Di=t(nc-1)+2b=48(21-1)+2*45.6=1070mm查化工單元操作課程設(shè)計(jì)P92表4-5殼體的標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑/mm400700800100010001500

18、16002000最小壁厚/mm8101214 故壁厚取12mm 外徑1070+24=1094mm，選用1100mm管數(shù)與排列情況如下圖所示:分離室的直徑取決于分離室的體積，而分離室體積又與二次蒸汽的體積流量及蒸發(fā)體積強(qiáng)度有關(guān)。分離室體積計(jì)算式：Vi=Wi/3600iUi根據(jù)由蒸發(fā)器工藝計(jì)算中得到的各效二次蒸汽蒸發(fā)量，再從蒸發(fā)體積強(qiáng)度U的數(shù)值范圍內(nèi)選取一個(gè)值，就可由上式算出分離室的體積。一般來說，各效的二次蒸汽量不相同，其密度也不相同，按上式計(jì)算得到的分離室的體積也不會(huì)相同，通常末效體積最大。根據(jù)化工原理上冊附表查得各效蒸汽密度分別為：13 23 蒸發(fā)體積強(qiáng)度一般允許值為1.1-1.5 m3/(

19、 m3.s),在此取Ui3/( m3.s)。則各效的分離室體積如下： V1=W1/36001U1=6824/3600*0.14*1.5=9.0 m3 V2=W2/36002U2=6872/3600*0.063*1.5=20 .2m3為方便起見，各效分離室的尺寸取一致，分離室體積取其中較大者V= V2=20.2 m3。確定了分離室的體積，其高度與直徑符合V=D2H/4關(guān)系，確定高度與直徑應(yīng)考慮以下原則：（1）分離室的高度與直徑比H/D=1-2。分離室的直徑不能太小，否則二次蒸汽流速過大，導(dǎo)致霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。（2）在條件允許的情況下，分離室的直徑應(yīng)盡量與加熱室相同，這樣可使結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。（

20、3）高度和直徑都適合于施工現(xiàn)場的安裝。體積與高度的關(guān)系式：V=D2H/4根據(jù)一般分離室的高度與直徑比H/D=1-2，在此，取H/D=1.5。則得D=（8V/3）1/3=（8*20.2）/（3*3.1416） 1/3=2579mm，選用2580mmH=1.5D=1.5*2580=3870mm，選用3870mm在滿足生產(chǎn)要求的前提下，考慮制造和安裝的方便性，該分離器的壁厚選取與換熱器的一致，即為14mm。接管尺寸的確定流體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑計(jì)算式：溶液進(jìn)出口 各效設(shè)備尺寸一致，進(jìn)出口直徑相同。根據(jù)溶液流量最大的第一效溶液流量確定接管直徑。溶液的適宜流速按強(qiáng)制流動(dòng)取值，根據(jù)化工單元操作課程設(shè)計(jì)93頁表

21、4-6流體的適宜流速 ，自然流動(dòng)液體流速為0.080.15m/s，故取u1查11%的蔗糖溶液在63時(shí)密度=1030kg/ m3溶液體積流量Vs=F/36001則 加熱蒸汽進(jìn)出與二次蒸汽出口 設(shè)計(jì)各效結(jié)構(gòu)尺寸一致，兩進(jìn)出口直徑相同。由于末效體積流量最大，則根據(jù)末效體積流量來設(shè)蒸汽計(jì)進(jìn)出口的直徑。根據(jù)化工單元操作課程設(shè)計(jì)93頁表4-6流體的適宜流速 ，u=80m/s蒸汽體積流速量Vs=/360023/s則 選用700mm。4.4.3 冷凝水出口 冷凝水排出屬于液體自然流動(dòng)，接管直徑由各效加熱蒸汽消耗量較大者確定。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，各效加熱蒸汽消耗量分別為：D1=6599kg/h D2=W1=682

22、4kg/h D3=W2=6872kg/h 顯然，取最大者第三效D3=6872kg/h作計(jì)算，因?yàn)槔淠窃陲柡蜖顟B(tài)下排除，所以46下，根據(jù)化工原理上冊附錄查得當(dāng)=994 kg/ m3冷凝水積流速量Vs=F/360013/s則 選用130mm。 按一般標(biāo)準(zhǔn)，圓形人孔選取孔徑460mm 第五章、蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備蒸發(fā)操作時(shí)，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(chǎn)品或防止污染冷凝液，還需設(shè)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(yùn)動(dòng)方向時(shí)，液滴因慣性作

23、用而與蒸汽分離。在慣性式分離器的主要尺寸可按下列關(guān)系確定：；：=1：1.5：2 H= 由前面算得=0.5*700=450mm所以 =700mm =1050mm =1400mm H=1400mm h=450mm選取 除霧器外管： 除霧器內(nèi)管： 除霧器外罩殼： 蒸汽冷凝器的作用是用冷卻水將二次蒸汽冷凝。當(dāng)二次蒸汽為有價(jià)值的產(chǎn)品需要回收或會(huì)嚴(yán)重地污染冷卻水時(shí)，應(yīng)采用間壁式冷卻器。當(dāng)二次蒸汽為水蒸氣不需要回收時(shí)，可采用直接接觸式冷凝器。二次蒸汽與冷凝水直接接觸進(jìn)行熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用。本次設(shè)計(jì)采用多孔板式蒸汽冷凝器：冷卻水量 可用化工單元操作課程設(shè)計(jì)P98的多孔板式蒸汽冷凝器的性能曲線，由

24、冷凝器進(jìn)口蒸汽壓力P=9KPa和冷卻水進(jìn)口溫度t=20可查得1m³冷卻水可冷卻的蒸汽量為X=28kg,故 =/X=6872/28=246kg/h與實(shí)際數(shù)據(jù)相比，計(jì)算值偏低，故設(shè)計(jì)時(shí)取=（1.21.25）/X, 本設(shè)計(jì)取=1.25*246=308kg/h所以，冷凝水的出口管徑為所以 取規(guī)格管由計(jì)算可知,進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的體積流量可計(jì)算得到冷凝器的直徑D 所以 參考化工原理課程設(shè)計(jì)中蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)，由于冷凝器的直徑大于500mm，所以，淋水板數(shù)目為8塊板，淋水板堰高h(yuǎn)=60mm第六章 工藝匯總表圖表一：效數(shù)12冷凝器加熱蒸汽溫度()67操作壓強(qiáng)Pi/ (KPa)溶液沸點(diǎn)ti完成液濃度(%)48蒸發(fā)水量Wi Kg/h生蒸汽量D Kg/h傳熱面積Si m2 表二加熱管數(shù)367分離室高度3870mm加熱管直徑溶液進(jìn)口內(nèi)徑120mm加熱管長9m蒸汽進(jìn)口內(nèi)徑700mm加熱室直徑冷凝水出口130mm分離室內(nèi)徑2580人孔460mm表三