雙效蒸發(fā)器詳細(xì)設(shè)計(jì)文件講解

1、-. z目 錄1.設(shè)計(jì)題目: 雙效真空蒸發(fā)器及輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)選擇 22.任務(wù)書 22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 22.2 設(shè)計(jì)工程 23. 蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 33.1 各效蒸發(fā)量及完成液液濃度估算 33.1.1 總蒸發(fā)量的計(jì)算 33.1.2 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)量 33.2 多效蒸發(fā)溶液沸點(diǎn)和有效溫度差確實(shí)定 53.3 根據(jù)有效傳熱總溫差求面積 83.3.1 則重新分配溫差 83.3.2 計(jì)算各效料液溫度 83.4 溫差重新分配后各效蒸汽的參數(shù) 83.5 計(jì)算結(jié)果列表 104. 蒸發(fā)器的主要構(gòu)造尺寸設(shè)計(jì) 114.1 加熱管的選擇和管數(shù)的初步估算 114.2 循環(huán)管的選擇 114.3 加熱室直

2、徑及加熱管數(shù)目確實(shí)定 124.4 別離室直徑與高度確實(shí)定 144.5 接收尺寸確實(shí)定 15-. z4.5.1 溶液的進(jìn)出口徑 154.5.2 加熱蒸汽與二次蒸汽出口 154.5.2 冷凝水出口 164.6 蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖 165蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備 185.1 汽液別離器 185.2 蒸汽冷凝器 186. 工藝計(jì)算匯總表 197. 對本設(shè)計(jì)進(jìn)展評(píng)述 19參考文獻(xiàn) 201.1.設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目: : 雙效真空蒸發(fā)器及輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)選擇雙效真空蒸發(fā)器及輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)選擇2.2.任務(wù)書任務(wù)書2.12.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件含固形物 16%質(zhì)量分率，下同的鮮牛乳，

3、擬經(jīng)雙效真空蒸發(fā)裝置進(jìn)展?jié)饪s，要求成品濃度為 46%，原料液溫度為第一效沸點(diǎn)60，加熱蒸汽壓力為 250kPa(表，冷凝器真空度為 92kPa，日處理量為 24噸/天，日工作時(shí)間為 8 小時(shí)，試設(shè)計(jì)該蒸發(fā)過程。假定采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，雙效并流進(jìn)料，效間流動(dòng)溫差損失設(shè)為 1K，第一效采用自然循環(huán)，傳熱系數(shù)為 900w/(m2k，第二效采用-. z強(qiáng)制循環(huán)，傳熱系數(shù)為 1800w/(m2k，各效蒸發(fā)器中料液液面均為1m，各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出，并假設(shè)各效傳熱面積相等，忽略熱損失。2.22.2 設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)工程2.1 寫出設(shè)計(jì)計(jì)算書計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果盡量表格化。2.2 蒸發(fā)器的工

4、藝計(jì)算：確定蒸發(fā)器的傳熱面積。2.3 蒸發(fā)器的主要構(gòu)造尺寸設(shè)計(jì)。2.4 主要輔助設(shè)備選型，包括氣液別離器及蒸汽冷凝器等。2.5 繪制蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖。2.6 對本設(shè)計(jì)進(jìn)展評(píng)述。3.3. 蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.13.1 各效蒸發(fā)量及完成液液濃度估算各效蒸發(fā)量及完成液液濃度估算3.1.13.1.1 總蒸發(fā)量的計(jì)算總蒸發(fā)量的計(jì)算W=F(1-F=3000 /h則 W=3000*(1-=1956.5 /h-. z設(shè)兩效的蒸發(fā)量相等,W=W1+W2 且 W1=W2=978.25/h則 *1=0.24*2=0.463.1.23.1.2 加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)量加熱蒸汽消耗

5、量和各效蒸發(fā)量據(jù)條件，定效間流動(dòng)溫差損失為 1K，查飽和水蒸氣表，列出各熱參數(shù)值如下表各熱參數(shù)值蒸汽壓力kpa溫度汽化熱kJ/kg效加熱蒸汽351138.82152效二次蒸汽19.9602355效加熱蒸汽19.8592357效二次蒸汽9.544.32379進(jìn)冷凝器蒸汽943.32393可計(jì)算 1=0-. z2=6.6*106 K/JCPF=CPW(1-W =4178*(1-0.16=3509.25 J/K在 60下 水的 CPW=4178 J/K熱利用系數(shù) 一般可取 0.98-0.7*i則 1=0.98-0.7*0.24-0.16=0.9242=0.98-0.7*0.46-0.24=0.826

6、W1=(S1+FCPF1*1= S11=0.924S1W2=S2+FCPF- CPWW12*2=W1+3000*3509.52-4178*0.924S1*6.6*10-6*0.826=0.831S1+64.2又知 W=W1+W2 則 0.924S1+0.831S1+64.2=1956.5 /h得 S1=1078.23 /hW1=0.924S1=0.924*1078=996.29 /hW2 =960.21 /hS2= W1=996.29 /h4 換熱面積得計(jì)算A1=9.08A2=24.65-. z因?yàn)樗髶Q熱面積不相等，應(yīng)根據(jù)各有效面積相等的原則重新分配各有效溫差。方法如下：t1= , t2=

7、又知A1= ， A2= 則相比可得t1= , t2=溫差相加得，=t1+t2= 則A=3.23.2 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)溶液沸點(diǎn)和有效溫度溶液沸點(diǎn)和有效溫度差確實(shí)定差確實(shí)定=(T1-Tk- 式中有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，T1 第一效加熱蒸汽的溫度，Tk冷凝器操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的飽和溫度，總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，=+，式中由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫差損失，或因沸點(diǎn)升高引起的溫差損失，-. z由于蒸發(fā)器中溶液的靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失，由于管路流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)而引起溫度差損失， 校正法求 =f0=0.01620，式中0常壓下由于溶液蒸汽壓下降引起的溫差損失，f校正系數(shù)，無因

8、次Ti操作壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)，也是二次蒸汽的飽和溫度，ri操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg由于求牛乳的 0所用的參數(shù)未知，則由糖液的不同濃度下對應(yīng)的常壓沸點(diǎn)的升高來代替，則*1=0.24 時(shí)，0=0.38 f=0.0162=0.76*2=0.46 時(shí)，0=1.48 f=0.0162=0.68則 可得 1=f0=0.76*0.38=0.29 2= f0=0.68*1.48=1.00 則 =1+2=0.29+1.00=1.29 同時(shí)由上面計(jì)算可得各效料液溫度-. zt1=T1+1=60+0.29=60.29 t2=T2+2=44.3+1=45.3 由蒸發(fā)器中溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失 平均壓強(qiáng)

9、按靜力學(xué)方程估算Pm=P+ 式中Pm蒸發(fā)器中液面與底部平均壓強(qiáng)，PaP二次蒸汽的壓強(qiáng)，Pa溶液的平均密度，/m3L液層高度，mg重力加速度，m/s2=tpm-tp 式中tpm根據(jù)平均壓強(qiáng)求水的沸點(diǎn)，tp根據(jù)二次蒸汽壓求得溶液沸點(diǎn)， 所以在效蒸發(fā)器中，Pm1=P1+=19.9+=24.9 kPa查得 tpm1=63.2 由于牛乳的沸點(diǎn)和水相近，則取二次蒸汽壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)為溶液沸點(diǎn)，得 1=63.2-60=3.2 同理，Pm2=P2+=9.5+=14.6 kPatpm2=52.8 得，2=52.8-44.3=8.5 則 =1+2=3.2+8.5=11.7 -. z各效間由流動(dòng)阻力引起的溫差損失 取

10、經(jīng)歷值為 1K，則=2 最后得 =+=1.29+11.7+2=14.99 則=(T1-Tk-=138.8-43.3-14.99=80.5 3.33.3 根據(jù)有效傳熱總溫差求面積根據(jù)有效傳熱總溫差求面積A=則 =13.4 m23.3.13.3.1 則重新分配溫差則重新分配溫差t1= =53.3 t2=27 重復(fù)上述計(jì)算步驟；1*1=0.24*2=0.46-. z3.3.23.3.2 計(jì)算各效料液溫度計(jì)算各效料液溫度因末效完成液濃度和二次蒸汽壓力均不變 ，各種溫差損失可視為恒定，故末效溶液的溫度仍為 45.3則第二效加熱蒸汽的溫度，也是第一效二次蒸汽的溫度T2=45.3+27=72.3 3.43.

11、4 溫差重新分配后各效蒸汽的參數(shù)溫差重新分配后各效蒸汽的參數(shù)各熱參數(shù)值蒸汽壓力kpa溫度汽化熱kJ/kg效加熱蒸汽351138.82152效二次蒸汽34.772.32325效加熱蒸汽3371.32327效二次蒸汽9.544.32379進(jìn)冷凝器蒸汽943.32393可計(jì)算 1=-5.3*10-6 K/J2=1.2*105 K/J-. zCPF=CPW(1-W =4170*(1-0.16=3502.8 J/K在 72.3下 水的 CPW=4170 J/K熱利用系數(shù) 一般可取 0.98-0.7*i則 1=0.98-0.7*0.24-0.16=0.9242=0.98-0.7*0.46-0.24=0.8

12、26W2=【S2+FCPF- CPWW12】*2=【W(wǎng)1+3000*3502.8-4170*0.924S1-55.7*1.2*10-5】*0.826=0.725S1+73.09又知 W=W1+ W2 則 0.924S1-55.7+0.725S1+73.09=1956.5 /h得 S1=1175.9 /hW1=0.924S1-55.7=0.924*1175.9-55.7=1030.8 /hW2 =1956.5-1030.8=925.7 /hS2= W1=1030.8 /h與第一次計(jì)算結(jié)果比較 1-=0.031-=0.03相對誤差均在 5以下 ，故各效蒸發(fā)量的計(jì)算結(jié)果合理，其各效溶液濃度無明顯變化

13、，不需重新計(jì)算，蒸發(fā)面積重新計(jì)算：A1=14.6-. zA2=13.9誤差 1-=1-=0.041.8 m 別離室的直徑應(yīng)盡量與加熱室直徑一樣?？紤]以上條件，經(jīng)試驗(yàn)幾組數(shù)據(jù)，取 H=2.6m,D=1.3m,這組數(shù)據(jù)比較合理。4.54.5 接收尺寸確實(shí)定接收尺寸確實(shí)定流體進(jìn)口接收的徑按此式計(jì)算-. z式中；流體的體積流量，m3/hu流體的適宜流速，m/s4.5.14.5.1 溶液的進(jìn)出口徑溶液的進(jìn)出口徑 對于并流的雙效蒸發(fā)，第一效溶液量最大，則可根據(jù)第一效的流量確定接收。溶液的進(jìn)出口適宜流速按強(qiáng)制流動(dòng)的情況考慮，同時(shí)為設(shè)計(jì)方便，進(jìn)出口直徑選取一樣。本設(shè)計(jì)進(jìn)口處牛乳的密度=1030 kg/m3,進(jìn)

14、料的質(zhì)量流量=3000 kg/h，取 =1.0m/s(?食品工程原理設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?P13，則=0.03m則查?食品工程原理?P440 管子規(guī)格表，取相近的標(biāo)準(zhǔn)管4.5.24.5.2 加熱蒸汽與二次蒸汽出口加熱蒸汽與二次蒸汽出口 加熱蒸汽第一效的蒸汽量較大，則 S1=1175.9 kg/h，取 =30m/s，蒸汽進(jìn)入時(shí) Pab=351kPa,得=1.907 kg/m3，則=0.085m，則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子假設(shè)各效構(gòu)造尺寸一致，則二次蒸汽體積流量應(yīng)取各效中較大者，則以第一室產(chǎn)生的二次蒸汽計(jì)算，則，W1=1030.8 kg/h,在 Pab=33.4kPa下，得=0.210 kg/m3，取 =30m/s，

15、則-. z=0.24m ,則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子4.5.24.5.2 冷凝水出口冷凝水出口 冷凝水排出屬于液體自然流動(dòng)，接收直徑應(yīng)以各效加熱蒸汽消耗量較大者確定，在本設(shè)計(jì)中，第一效加熱蒸汽消耗量較大，即 S1=1175.9 kg/h，又=1000 kg/m3，取 =0.10 m/s，則=0.065m,則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子4.64.6 蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖蒸發(fā)裝置的流程圖及蒸發(fā)器設(shè)備工藝簡圖。蒸發(fā)裝置流程圖中央循環(huán)式蒸發(fā)器5 5蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備 蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備主要包括汽液別離器與蒸汽冷凝器。5.15.1 汽液別離器汽液別離器 蒸發(fā)操作時(shí)，二次蒸汽中夾帶大量液體，雖然

16、在別離室得到初步別離，但為了防止有用產(chǎn)品損失或防止污染冷凝液，還需設(shè)計(jì)汽液別離器，以使霧沫中的液體聚集并與二次蒸汽別離，其類型多，設(shè)置在蒸發(fā)器別離室頂部的有簡易室，慣性室，及網(wǎng)式。-. z我們選擇慣性式除沫器，其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)，液滴因慣性作用而與蒸汽別離。在慣性式別離器的主要尺寸可按以下關(guān)系確定：D0=D1；D1：D2：D3=1：1.5：2 H=D3 h=0.40.5D1D0-二次蒸汽的管徑，m D1-除沫器管的直徑，mD2-除沫器外管的直徑，m D3-除沫器外殼的直徑，m H-除沫器的總高度，m h-除沫器管頂部與器頂?shù)木嚯x，m又在本設(shè)計(jì)中，=0.24m ,則取相近標(biāo)準(zhǔn)管子，則 D0=245D1=245mm D2=367.5mm D3=490mm H=490mm h=98mm5.25.2 蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器 蒸汽冷凝器的作用是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)展熱交換，其冷凝效果好，被廣乏采用。在本設(shè)計(jì)中，