真空浓缩设备的设计重点

1、真空浓缩设备的设计说明书 大学真空浓缩毕业设计说明书任务名称：真空浓缩设备的设计设计人： 指导教师： 班级组别：设计时间：2013.4.1-2013.6.5成绩:目 录1、 设计说明书22、 设计方案的确定33、 方案说明44、 物料衡算55、 热量衡算56、 工艺尺寸计算97、 附属设备尺寸计算158、 主要技术参数179、 计算结果汇总1710、设备流程及装备图1811、参考文献21第1章 真空浓缩装置设计进料为2吨/小时的单效真空浓缩装置，用于浓缩天然乳胶的生产。已知进料浓度为30%，成品浓度为60%，蒸发器真空度为0.085MPa。加热蒸汽的压力为0.143MPa。1.1原始数据：1、

2、 原料：浓度为30%的天然乳胶2、 产品：浓度为60%的天然乳胶3、 生产能力：进料量二吨每小时，一天工作10个小时4、 热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力为0.143MPa。5、 压力条件：蒸发器为0.085 MPa的真空度1.2设计要求内容：1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、传热面积等。3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺寸等。4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用5、流程图及装配图绘制1.3设计要求1、设计说明书一份；2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选

3、型情况等；3、蒸发器流程图和装配图第2章 设计方案的确定2.1蒸发器的确定选用降膜式蒸发器。在降膜式蒸发器内，溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，液膜传热热阻较小，即使在较低的传热温度差(如510)下，传热系数也较大。由于溶液不循环，在蒸发器中的停留时间短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发。而且，整个溶液的浓度，也不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，故由于溶液蒸汽压降低所引起的温度差损失就相对小些。此外，因是膜状流动，故液柱静压强引起的温度差损失可以略去不计。所以在相同操作条件下，这种蒸发器的有效温度差较大。由于蒸发管很长，料液沸腾时所生成的泡沫极易在管壁上因受热而破裂，因此降膜蒸发器又

4、适用于蒸发易生成泡沫的料液，同时也适用于蒸发粘度较大的料液。因为天然乳胶粘度大，又是热敏性物料，所以选择降膜式蒸发器。另外降膜式蒸发器的造价相对于其他蒸发器相对较低。所以综合考虑后选择降膜式蒸发器。1. 蒸发器的效数：单效真空蒸发。虽然知道双效比单效节能，但是天然乳胶必须在低温条件下生产，为了保证质量只得选用单效。对于天然乳胶这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。2. 操作压力：直接饱和蒸汽加热，压力为0.143MPa。3. 辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器第3章 方案说明本流程采用直接蒸汽加热，单效降膜式蒸发器蒸发。使用25水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40。3.1

5、设备流程： 1）物料：天然乳胶通过预热管预热，然后由顶部液体分布器均匀进入加热管内，由上而下靠自身重力拉成薄膜状，通过壳层的热源使其内部水分产生蒸发。料液聚集到倾斜的底部，与蒸发产生的二次蒸汽一起进入分离室。蒸汽从顶部经捕集器净化后吸出，浓缩液流由分离室底部流出，由分离室出来的物料浓度达到所要求60。2）加热蒸汽：效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给。一效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。3）本流程采用直接蒸汽加热，单效降膜式蒸发器。使用25水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40。真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持天然乳胶的沸腾，需要不断供给热量。必须顺速排除二次蒸汽；如不及时排除二次蒸汽，又

6、会凝结成水回到天然乳胶中去。本操作中将二次蒸汽引入冷凝器冷却。第4章 物料衡算4.1蒸发水量的计算:每小时处理量： （常用化工单元设备设计153页 4-2）式中原料处理量，kg/h；x0进蒸发器料液的浓度，质量百分比；x1出蒸发器料夜的浓度，质量百分比；W水分蒸发量kg/h；4.2成品产量：F1=-W=2000-1000=1000 kg/h日处理量：每天10小时：2000×10=20 吨/日第5章热量衡算5.1有关参数（1） 总蒸发量：1000 kg/h（2） 进料： =30% =110 出料： =60% =95（3） 真空度分配：蒸发器： =0.85×105 Pa（查得此

7、压力下饱和蒸汽温度 =95）来自食品工程原理841页饱和水蒸汽表二次蒸汽的热参数值如下表压力(Pa)T()比焓(KJ/kg)汽化潜热(kg)效加热蒸汽=1.43×105=110=2693.4=2232.0效二次蒸汽=0.85×105=95=2668.7=2270.95.2加热蒸汽消耗量的计算加热蒸汽用量可通过热量衡算求得（查食品工程原理719页 11-10）式中： H 加热蒸汽的焓，kJ/kg ; H´二次蒸汽的焓，kJ/kg ; h0 原料液的焓，kJ/kg ; h1 完成液的焓，kJ/kg ;hw 加热室排出冷凝液的焓，kJ/h ;Q 蒸发器的热负荷或传热速率

8、，kJ/h ;QL 热损失，可取Q的某一百分数，kJ/kg ;若原料由预热器加热至沸点后进料（沸点进料），即t0=t1，并不计热损失，则式可写为： 或 式中：D/W称为单位蒸汽消耗量，它表示加热蒸汽的利用程度，也称蒸汽的经济性。 故 由本书查附录 得：当P=0.1473 MPa(表)时，T=110，r=2232kJ/kg当Pc=85KPa(真空度)时，Tc95 r2270.9 kJ/kg故 1070.9223295.02270.91000=´´=D kg/h0709.110001070.9=WD5.3传热面积的确定（查食品工程原理721页） 蒸发器传热量： 有效温度差： 各

9、类蒸发器传热系数（食品工程原理P722）蒸发器型式传热系数K（w/ m2·k）蒸发器型式传热系数K（w/ m2·k）水平沉浸加热式6002,300升膜式1,2006,000标准式（自然循环）6003,000降膜式1,2003,500标准式（强制循环）1,2006,000悬筐式6003,000外加热室式（自然循环）1,2006,000蛇管式3502,300外加热室式（强制循环）1,2007,000通过上表按经验数据取：降膜式 蒸发器加热面积：第6章工艺尺寸计算6.1加热器的尺寸 根据常用化工单元设备设计162、164页，采用38×2.5mm不锈钢管，管长L=4 m

10、（根）式中 S传热面积，； 加热管直径，m； L管子长度，m 。取管间距为1.25的同心圆排列：同心圆数根数同心圆直径16212318425531637在185.8280.8之间的管板内，加一根200mm中央抽气管，所以排列总管数为130根。蒸发室加热面积： 加热室壳体直径的计算： 式中 D壳体直径，m； t 管间距，m； b 沿直径方向排列的管子数 e 最外层管中心到壳体内壁的距离，取管子在管板上的排列间距： 中心排列管子数：（根） 内径根据常用化工单元设备设计163页 取外壳壁厚=10mm 外径 将外径圆整到700mm6.2蒸发室直径的确定蒸发室： m （参考化工设计第19卷第5期 199

11、1年10月25日）式中 蒸发水量 kg/h 二次蒸汽比体积 二次蒸汽上升速度 查食品工程原理841页饱和水蒸气表并用计算得95饱和水蒸汽的密度取6.3蒸发室的截面积F=蒸发室：F1=0.286.4蒸发室的高度根据常用化工单元设备设计163页取蒸发室高径比H/D=2蒸发室：6.5循环管尺寸上循环管直径取 下循环管直径取 式中 加热管内径； n加热管根数。6.6连接管直径的确定1、加热蒸汽进口管径dm dm=式中：Fm进口管截面积， Vm加热蒸汽的比容，m3/kg 根据加热蒸汽压力为0.143Mpa，由食品工程原理饱和水蒸汽表查得 Vm= 1/0.8254=1.2115m3/kg 由食品工厂机械与

12、设备得：加热蒸汽进口压力为3大气压，取饱和蒸汽的速度为30米/秒，蒸汽进口压力为1大气压，取饱和蒸汽的速度为25米/秒，故本题加热蒸汽进口压力为1.43大气压，取饱和蒸汽的速度为26.075米/秒。 饱和蒸汽速度，26.075m/s 故 由食品工程原理P852：取整后选用，壁厚,内截面积为 所以实际饱和加热蒸汽的速度：2、二次蒸汽出口的管径：二次蒸汽出口的温度为，由食品工程原理841页饱和水蒸汽表查得 由食品工厂机械与设备在减压真空状态下，管的出口处二次蒸汽速度为100160米/秒，取 v1=100m/s 所以 d1=0.084m取整后选用，壁厚,内截面积为的普通无缝钢管6.7分离室直径与高度

13、的确定分离室的直径与高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度有关。(参考多效蒸发的设计 4.1.4分离室直径与高度的确定分离室体积V的计算式为：式中V-分离室的体积，m3; W-某效蒸发器的二次蒸汽量，kg/h; P-某效蒸发器二次蒸汽量，Kg/m3 ， U-蒸发体积强度，m3/(m3*s);即每立方米分离室体积每秒产生的二次蒸汽量。一般用允许值为U=1.11.5 m3/(m3*s)根据由蒸发器工艺计算中得到的二次蒸汽量，再从蒸发体积强度U的数值范围内选取一个值，即可由上式算出分离室的体积。确定了分离室的体积，其高度与直径符合关系，确定高度与直径应考虑一下原则

14、：（1）分离室的高度与直径之比H/D=12。（2） 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。（3）高度和直径都适于施工现场的安放。现取分离室中U=1.2m3/（m3*s）；。H=2m，D=1m第7章 附属设备尺寸计算7.1选用水喷射式真空冷凝器冷凝器选用水喷射式真空冷凝器，它由喷射器和离心水泵组成，又称水力喷射器，兼有冷凝及抽真空两种作用。水喷射式真空冷凝器的主要优点：(1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配置真空装置。(2)结构简单，造价低廉，冷凝器本身没有机械运转部分，不要经常检修。(3)适用于抽吸腐蚀性气体。(4)安装高度较低，与浓缩锅的二次蒸汽排出管

15、水平方向直接连接即可。其工作原理是利用高压水流，通过喷嘴喷出，聚合在一个焦点上，由于喷射的水流速度较高，在周围形成负压区，水流经扩散管增压排出，而在负压区可以不断地吸入二次蒸汽，经导向盘与冷却水接触，冷凝后一起排出。取冷凝水进口温度： =25 出口温度： = 40冷凝水消耗量： （食品工程原理课程设计指导 1-42） D二次蒸汽量(kg/h)r二次蒸汽潜热 (J/kg)tH冷却水进口温度(K)tx冷却水出口温度(K)C冷却水的比热(Jkg·K) （由食品工程原理P843可查得）7.2喷嘴数计算由蒸发过程设计P36得到，设气室为1个大气压，水室2.5个大气压，喷嘴直径d=15mm，流量

16、系数=0.93 通过一个喷嘴的水流量故 q=×0.93×3600 =32.24 (m3/h)喷嘴数 N=1.2（个）取整数为 N=2个捕集器选用惯性捕集器，其作用是防止蒸发过程形成的细微液滴被二次蒸汽带出，对汽液进行分离，以减少物料的损失，同时避免污染管道及其他蒸发器的加热。捕集器的型式很多，可分为惯性型和离心型等类型。第8章 主要技术参数 机组号项目蒸发器进料浓度25%进料温度50进料量kg/h2000二次蒸汽压力MPa0.143蒸汽温度110出料浓度60%出料量kg/h1000计算结果汇总表料液处理量，kg/h2000蒸发水量,kg/h1000产品产量, kg/h1000蒸汽用量, kg/h1070.9冷凝水用量，kg/h39960蒸发器直径,m0.6蒸发器传热面积, m253.12蒸发器高度,m1.2加热管尺寸,mm 上循环管直径，m0.12下循环管直径，m0.38加热蒸汽进口管径，mm140二次蒸汽的出口管径，mm89分布器旋液式捕集器惯性捕集器冷凝器