中央循环蒸发器的设计课程设计说明书

1、食品工程原理课程设计说明书中央循环蒸发器的设计姓名： 学号： 班级： 一 食品工程原理课程设计任务书一 食品工程原理课程设计任务书2(1)设计课题3(2)设计条件3(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43.1.总蒸发水量43.2.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，及加热蒸汽的消耗量 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93.3.重算两效传热面积9（1）.第一次重算93.4 计算结果10四.简图12(1)设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算(2)设计条件

2、： 题目1：番茄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：3110 kg/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%液加入温度料：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/(kgk)，忽略浓缩热试设计一套双效中央循环蒸发系统，满足上述工艺要求。 (3).设计要求：1.设计一套双效中央循环蒸发系统（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

3、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).设计意义中央循环蒸发器属于自然循环型的蒸发器。它是工业生产中广泛使用且历史悠久的大型蒸发器，至今在化工、轻工、环保等行业中仍被广泛采用。(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.19953. 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 19924. 丛德滋等, 化工原理详解与应用, 化学工业出版社. 2002，

4、7, 151-1585. 张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 19976. 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-107. 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-138. 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番茄汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效中央循环蒸

5、发系统，根据设计要求，采用并流双效中央循环式蒸发器蒸发。选用2m长383mm的无缝不锈钢管作加热管。三 设计计算3.1.总蒸发水量3.2.加热面积初算（1）估算各效浓度:第一效蒸发后由经验公式：1:1.1而 解得 15.24%（暂取15%）（2）沸点的初算查表：t=100时，p=101.33kpa；t=25时，=3.1684kpa设两效蒸汽压强相等查的时，沸点；，第二效加热蒸汽=1=81.19（3）温度差的计算沸点升高引起：将该溶液当作蔗糖溶液处理，有沸点的温度损失差为：第一效时：第二效时：对中央循环蒸发器，静压效应引起的温度差损失：第一效时：pm1=第二效时：pm2=kpa查表：时沸点 =8

6、3.67 时沸点 =38.61由于流体阻力产生压强降所引起的温度差根据经验取有效温度差：第一效沸点 82.19+0.18+1.48=83.85有效温差 10083.85=16.15第二效沸点 26+0.50+12.61=39.11有效温差 81.1939.11=42.08有效总温差 效数二次蒸汽压强（kpa）二次蒸汽温度（）蒸汽汽化热（kj/kg）152.249282.192258.4 2301.723.7622262304.0 2432.7（4）计算两效蒸发水量，及加热蒸汽的消耗量 由题意知溶液比热为，查表得水的比热为作第一效热量衡算，得其中所以-同理作第二效热量衡算，得-其中所以 整理得

7、代入式可得：由式可得：（5）总传热系数k的计算查表得不锈钢管的导热率为浓度151029.2361153.6第一效时：定性温度 在湍流层流动由中央循环蒸发器的管内沸腾传热系数的关联式有：饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：4864传热外表面的总传热系数k由下公式计算： ）第二效时：定性温度 同理可得： 在层流层流动由中央循环蒸发器的管内沸腾传热系数的关联式有：饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：3650.8传热外表面的总传热系数k由下公式计算： ）（6）分配有效温度差，计算传热面积 3.3.重算两效传热面积（1）.第一次重算 各效完成液浓度 根据前面算出的蒸发量重算各效完成液浓度，即： 由第2效

8、溶液沸点及温度差损失 因冷凝液压强和完成液浓度没有变化，故第2效中各种温度差损失及溶液沸点与前次计算结果相同，即: t2=39.11 2=0.50、2” =12.61、及2”=1 已算出重新分配后的第2效有效温度差t2为40.5，故第2效加热蒸汽温度为： t2 = t2 + t2=39.11+40.5= 79.61第1效溶液沸点及温度差损失 由于静压强及流体阻力损失引起的温度差损失可视为与第一次计算的相同，即: 1”= 1.48 及 1”= 1 第1效二次蒸汽温度为: t1=t2 + 1”=79.61 + 1 = 80.61根据x1=0.1553及t1=80.61，r1=2301 kj/kg

9、则（不变）第1效溶液沸点为:t1 = t1+1+1= 80.61 + 0.176 + 1.48 = 82.27总有效温度差 因各种温度差损失没有变化，故总有效温度差仍为58.23。焓衡算整理得 传热面积 两效传热面积己十分接近，取平均面积为30.4m2：3.4 计算结果w1=1108.81 kg/h、w2=1137.29kg/hw=2246.1 kg/h, d1=1428.1 kg/h及s=30.4 m24 蒸发器主要工艺尺寸的计算加热管的选择和管数的初步估计：因加热管固定在管板，考虑管板厚度所占据的传热面积，则计算n时管长用（l-0.1）m蒸发器的加热管选用2m 长38*2.5mm无缝钢管。

10、可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n，（根）循环管的选择：我们选用的中央循环管式蒸发器的循环管截面积可取加热管总截面积的40%100%。加热管的总截面积可按n计算。循环管内径以d1表示，对于加热则对于加热面积较小的蒸发器，应去较大的百分数。选取管子的直径为： ，136根。循环管管长与加热管管长相同为2 m。加热室直径及加热管数目的确定：加热管在管板上的排列方式有三角形排列、正方形排列、同心圆排列。根据我们的数据表加以比较我们选用三角形排列式。管心距t为相邻两管中心线之间的距离，t一般为加热管外径的1.251.5倍，目前在换热器设计中，管心距的数据已经标准化，只要确定管子规格，相应的

11、管心距则是定值。我们选用的设计管心距是：管束中心线上管数： 初步估算加热室内经，即： 取则：查表选取加热室壳体内径700mm 壁厚10mm分离室直径和高度的确定 二次蒸汽的平均密度 二次蒸汽的平均流量 所以二次蒸汽的平均体积流量为： 根据 取 蒸汽速度 u = 45 m/s则蒸汽管径分离室直径为： d = 3 d = 3 0.238 =0.714 m在条件允许的情况下，分离室的直径尽量与加热室相同，这样可使结构简单制造方便。中央循环蒸发器的 所以选d=710mm h=1.8d=1278mm选d=700mm h=1300mm接管尺寸的确定：1、溶液进出口：第一效溶液流量最大，若各效设备尺寸一致的

12、话，根据第一效溶液流量确定接管。取流体的流速为0.8m/s。所以取38x2.5mm规格管。2、加热蒸汽进口和二次蒸汽出口：各效结构尺寸一致二次蒸汽体积流量应取各效中较大者。取流体的流速为50m/s所以取600mm 10mm规格管。3、冷凝水出口：冷凝水的排出一般属于液体自然流动，接管直径应由各效加热蒸气消耗量较大者确定。取流体的流速为0.1m/s所以取72 x 3mm规格管。蒸发装置的辅助设备 1、气液分离器蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到初步的分离，但是为了防止损失有用的产品或防止污染冷凝液，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，故气液分离器或除沫器。

13、其类型很多，我们选择惯性式除沫器，起工作原理是利用带有液滴的二次蒸汽在突然改变运动方向时，液滴因惯性作用而与蒸汽分离。取流体的流速为25m/s在惯性式分离器的主要尺寸可按下列关系确定：d0=d1；d1：d2：d3=1：1.5：2 h=d3 h=0.40.5d1d0-二次蒸汽的管径，m d1-除沫器内管的直径，md2-除沫器外管的直径，m d3-除沫器外壳的直径，m h-除沫器的总高度，m h-除沫器内管顶部与器顶的距离，md1=837mm d2=1256mm d3=1674mm h=1674mm h=400mm选取二次蒸汽流出管： 除雾器内管： 除雾器外罩管：2、蒸汽冷凝器（多孔板式）蒸汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝。当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或会严重地污染冷却水时，应采用间壁式冷却器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝器。二次蒸汽与冷凝水直接接触进行热交换，其冷凝效果好，被广乏采用。现采用多孔板式蒸汽冷凝器：取v=20m/s 取d=900mm3、工艺计算汇总表效数12冷凝器加热蒸汽温度()82.192625操作压强pi/ (kpa)52.24923.76223.7622溶液沸点ti83.8539.11完成液浓度(%)1536蒸发水量wi kg/h1108.81113