蒸发器培训讲稿

1、3.4带预热及杀菌的三效降膜式蒸发器的设计三效降膜式蒸发器的特点是：料液在蒸发器中受热时间较短，二效二次蒸汽作为三效的 加热热源，从而使二效二次蒸汽得到了充分的利用，蒸发速度快，料液浓度提升的也比双效 快，比双效更加节能。因此，它适合于处理量较大、蒸发后浓度要求较高的料液的蒸发。例3-4：有一三效降膜式蒸发器用于奶粉生产，生产能力为3600kg/h，进料质量分数为 11.5%，经过浓缩后奶液浓度为3840%，进料温度为5C，杀菌温度为8694C，采用间 壁列管式杀菌器进行灭菌。一效加热温度控制在85-87C之间，末效蒸发室真空度为 0.085-0.09MPa之间。采用间壁列管式冷凝器冷凝末效二

2、次蒸汽，采用水环真空泵抽真空保 持系统的真空度。冷却水进入温度为30C，排出温度为42C，牛奶的比热按0.93kcal/kgC 计算，不计在蒸发过程中比热的微小变化。采用并流加料法，末效出料。采用热压缩技术， 即采用热泵抽吸一效二次蒸汽作为一效的一部分加热热源。其流程如图3-6所示。计算：1 进料量及出料量。2各级预热热量。3各效蒸发量及蒸汽耗量4各效传热面积及降膜管周边 润湿量。5冷凝器换热面积及冷却水耗量。图3-6RNJM03-3600型三效降膜式蒸发器1保持管2杀菌器3 一效蒸发器4热泵5分离器6二效蒸发器7三效蒸发器8预热器9冷凝器10平衡 缸11物料泵12真空泵 表3-4蒸发状态参数

3、压力/(kg cm-2)温度/C比容/(m3 kg-1)汽化热/(kcal kg-1)焓/(kcal kg-1)进汽7.1461650.2725493.5660.0杀菌1.23181051.419535.8640.9一效加热0.6372872.629547.1634.1一效蒸发0.3463724.655556.1628.1二效蒸发0.1939598.02563.8622.8三效蒸发0.097714515.28571.8616.8冷凝器 0.097714515.28571.8616.8(壳)1物料衡算进料量：S=3600X40/(40-11.5)=5052.63kg/h，取 5053 kg/h出

4、料量 S9=5053-3600=1453kg/h2预热热量计算本计算不计蒸发过程中料液比热的微小变化以下计算同本蒸发系统的预热分四段预热加一个杀菌器(可视为预热)见图3-6Q 1=5053X3.8874(40-5)=687506.13 kJ/hQ 2 =5053 X 3.8874(52-40)=235716.39 kJ/hQ 3 =5053 X 3.8874(65-52)=255359.42 kJ/hQ 4 =5053 X 3.8874(79-65)=275002.45kJ/hQ 5 =5053X3.8874(90-79)=216073.35kJ/h3各效蒸发量热量衡算：蒸发量分配：1效：19

5、84kg/h. 2效825kg/h.3效791kg/h (由热平衡多次试算而得).各效占总蒸发量质量百分数：1效：55.33%. 2效：22.97% .3效：21.7% .沸点温度：1效沸点：74C.2效沸点：61C.3效：48C(计算略).一效的热量衡算式：D R = W七 + S C (tt0) + Q 1-q 1 +q91用于一效加热的蒸汽耗量1984 x 2324.5 - 5053 x 3.8874(90 - 74) + 275002.45 - 96 * 4.18 8(105 87) * 2286.878D =2650.5382286.878=2116.54kg/h采用热压缩技术抽吸一

6、效二次蒸汽作为一效蒸发器的一部分加热热源。这里喷射系数：p =1.069 (计算略)G0+p G0= DGD/(1+p )式中：G0-饱和生蒸汽量，kg/hD-一效蒸发器加热蒸汽总量，kg/h。这里D=2116.54kg/hp -喷射系数，这里p =1.069则：G0=2116.54/(1+1.069)=1022.98 kg/h用于一效加热的一效二次蒸汽量为：2116.54-1022.98=1093.56kg/h用于二效加热的一效二次蒸汽量及热量分别为：1984-1093.56=890.44kg/h890.44X2324.5=2069827.78kJ/h二效的热量衡算式D2 R2= W2 r2

7、 + (S C- W1 CP)(t2- t1)+ Q2 -q2 + q92二效蒸发所需热量：Q=825X565- (5053 X 0.93-1984X 1)(74-61)+61090.77- A 亨7-72) 湖1 X4.18X1.06628.1=2049392.55kJ/h2049392.55：2069827.78=0.990用于三效加热的热量：825X2361.7=1948402.5 kJ/h三效的热量衡算式：D3 R3= W3 r3 + (S C- W1 Cp - W2 CP)(t3- t2) + Q3-q3 + q93三蒸发所需热量：Q=791X571.8- (5053X0.93-19

8、84X 1-825X 1)(61-48)*3102.98x(72-59)x563.8 乂 x622.8=1935680.1 kJ/h1935680.1:1948402.5=0.993不再试算4各效换热面积计算一效换热面积2F=kAt这里 Q=1984X2324.5-5053X3.8874 (90-74) =4297519.48kJ/hk =4807kJ/m2 h CF=68.77m 24297519.484807 x (87 74)降膜管的规格为：&50X 1.5X7950 (mm)管子根数：n=68.77/(0.0485 X 兀 X 7.950=56.8 根 取 57 根周边润湿量(上)：G

9、9=5053/(0.047X 兀X57=600.68kg/(m h)蒸发强度：U=W/F=1984/68.77=28.85kg/ 亚-h二效换热面积eF=kAt这里 Q=825X565- (5053X0.93-1984X 1)(74-61) =1800853.64 kJ/hk =3553kJ/m2 h CF=46m 21800853.643553 x (72 61)降膜管的规格为：&50X 1.5X7950 (mm)管子根数：n=46/(0.0485 X 兀 X 7.950=37.99 根 取 38 根周边润湿量(上):G9=3069/(0.047 X 兀 X 38=547kg/(m h)蒸发

10、强度：U=W/F=825/46=17.93kg/ im h三效换热面积eF=kAt这里 Q=791X571.8- (5053 X 0.93-1984 X 1-825 X 1)(61-48) =1743039.23 kJ/h k =3260kJ/m2 hCF=48.6m 21743039.233260 x (59 48)降膜管的规格为：&50X 1.5X7950 (mm)管子根数：n=48.6/(0.0485 X 兀 X 7.950=40.14 根取 40 根周边润湿量(上):G9=2244/(0.047 X 兀 X 40=380.13kg/(m h)蒸发强度：U=W/F=791/48.6=16

11、.28kg/ m2 h总蒸发强度：U=W/F=3600/163.37=22kg/ m h末效周边润湿量安全，为增大其润湿量延缓结垢结焦的时间也可使末效分成双管程进 料。对生产奶粉而言，随着生产时间的延长，末效结垢结焦最为严重，二效次之。对于三效 蒸发器来说较为理想的换热面积是一效大于二效，二效大于三效。如果三效面积过大，应重 新分配各效有效温差再进行计算。由于沸点升高的影响，末效尤为明显，换热面积甚至成倍 增大。牛奶是众多料液中比较难蒸发的料液之一，这是因为料液中的蛋白质及脂肪含量高， 最易结垢结焦，属于热敏性物料。蒸发器换热面积计算及分配是关键。需要说明的是在计算 过程中忽略热量衡算及各效蒸

12、发量与假设蒸发量分配上的差异而引起的沸点升高上的微小 差异。5冷凝器换热面积及冷却水耗量计算进入冷凝器的热量：Q=(791+21.17+8.9+8.25)X571.8X4.18-687506.13=1294671.51 kJ/h 冷凝器换热面积：F=Q/k tQ=1294671.51kJ/h这里 k=1000kcal/m2 h C传热温差 t按对数温差计算并流：45C45C30C/42Ct1=45-30=15C, t2=45-42=3Ct=15-3 =7.46Cln3F =1294671.51/(4180X7.46)=41.52 m2为安全考虑按理论计算的1.25倍选取冷凝器的换热面积，实际换

13、热面积：F =1.25X 41.52=51.9m2 冷却水耗量：W=1294671.51/4.18X (42-30)=25.81t/h3.5用于浓度较高料液蒸发的三效降膜式蒸发器的设计3.3带预热及杀菌的双效降膜式蒸发器的设计例3-3：有一双效降膜式蒸发器用于奶粉的生产，生产能力为1200kg/h,进料质量分数 为11.5%,经过浓缩后奶液浓度为3840%,进料温度为5C,杀菌温度为8594C，采用 间壁列管式杀菌器灭菌。采用间壁列管式冷凝器冷凝末效二次蒸汽，采用水环真空泵抽真空 保持系统的真空度。冷却水进入温度为30C，排出温度为42C，牛奶的比热按 0.93kcal/kg C计算，不计在蒸

14、发过程中比热的变化。采用并流加料法，末效出料。采用 热压缩技术，即采用热泵抽吸一效二次蒸汽作为一效的一部分加热热源。采用蒸发器壳程冷凝水作为第一级物料预热器的加热热源。其流程如图3-5所示。计算：（1）各级预热面积及管长的计算（2）各效蒸发量（3）蒸汽耗量（4）各图3-5RNJM02-1200型双效降膜式蒸发器1保持管2杀菌器3 一效4热泵5分离器6二效7预热器8预热器9冷凝器10真空泵11物料泵效传热面积、降膜管根数及降膜管周边润湿量。（5）冷凝器换热面及换热管根数（6）冷却水耗量。表3-3蒸发参数、参数 项目压力MPa温度。C比容m3/kg汽化热 kcal/kg焓 kcal/kg工作蒸汽0

15、.80761700.2426489.5661.3一效加热0.06372872.629547.1634.1一效蒸发0.03463724.655556.1628.1二效蒸发0.0132165111.5568.4618.4杀菌（壳程）0.123181051.419535.8640.9（1）沸点升高计算假设一效蒸发量为800kg/h，二效蒸发量为400kg/h 进料量：S=1200 x 40%40% 11.5%=1684 kg/h第一效出料浓度:S B0= (S-W) B1S x B 1684 x 11.5% oB1= S -书1684 800 219% 1一效沸点升高：a=0.38e0.05+0.0

16、45B=0.38e 0.05+0.045 X 21.9=1. 07C= aff=0.0038 (T2/r) =0.0038(3452/556.1)=0.81C= af=0.81X0.672=0.55C降膜式蒸发器中的静压强可忽略不计，管道等温度损失按1-1.5C选取，这里取1.5C,则沸点升高为2.31C，取2C。沸点温度为：74C二效沸点升高：a=0.38e0.05+0.045B=0.38e 0.05+0.045 X 40= 2 . 4C= aff=0.0038 (T2/r) =0.0038(3242/568.4)=0.702C= af=2.4X0.701=1.68C管道等温度损失按1.5C

17、选取，则沸点升高为3.18C，取3C。沸点温度为：54C物料预热计算预热管径确定：d 21684： 10303600=3 X 兀 X1.2d=0.0219 选取外径为25mm,壁厚为2mm的不锈钢管本计算不计蒸发过程中料液比热的微小变化以下计算同本蒸发系统的预热分三段预热加一个杀菌器(可视为预热)Q1 =1684X3.8874(20-5)=98195.72 kJ/hQ 2 =1684 X 3.8874(45-20)=163659.54 kJ/hQ 3 =1684X3.8874(60-45)=98195.72 kJ/hQ 4=1684X3.8874(75-60)=98195,72kJ/hQ 5

18、=1684X3.8874(90-75)=98195,72kJ/h换热面积计算第一级物料预热器的换热面积为：由于是无相变的变温传热，因此按对数温差计算传热温差。为缩小预热器体积，减少占地，第一级预热器采用折流式四管程进行设计：Q 1 =98195.72kJ/h.这里 k 1 =4180 kJ/ -h-V先按逆流计算对数温差逆流：72-50C20C5C t =72-20=52C t=50-5=45C t=52-45/ln (52/45) =48.4C折流时的对数平均温度差为： tm=平攵 t其中平尸（PR)七七 20-5_P= T1 t1 72 - 5 =0.224T - T 72 - 50R=

19、t2 -11 20 - 5 =1.47查表得甲疽.9 tm=0.9X48.4=43.6C。即 11=43.6C 换热面积：F=g =M =0.54m 21 k1At1 4180 x 43.6预热管长：L=0.54：0.0235：兀=7.32m取管长为1.2m管子根数：n=7.32/1.2=6.1 根，取 6 根。的单壳程6管程预热第二级物料预热器的换热面积为：第二级预热是利用末效的二次蒸汽进行的，是以盘管的形式（大型的采用列管）对料液 进行预热的，这一级的预热意义很大。按无相变变温传热计算传热温差，因此按并流对数温 差计算传热温差。Q 2=1684邓 8874(45-20)=163659.54

20、 kJ/h 这里 k 2 =4180 kJ5 h C并流：51C-51C20 C /45C t1=51-20=31C， t2=51-45=6C t=31-6ln31=15.2C即乙 12=15.2C换热面积_Q 163659.542 k2月2 - 4180 x 15.2 258m2预热管长：L=2.58：0.0235：兀=34.96m第三级物料预热器的换热面积为：第三级预热是利用末效壳程的加热蒸汽进行预热，也是以盘管的形式（大型的采用列管） 对料液进行预热。按无相变变温传热计算传热传热温差，因此按并流对数温差计算传热温差。Q3 =1684X3.8874(60-45)=98195.72 kJ/h

21、。这里 k3 =4180 kJ/ 皿 h C 并流：72C-72C45 C /60C t72-60=12Ct =72-45=27C,t= 27春=18.5CIn2-12即乙 13 =18.5C。换热面积Q 98195.723=七月3 4180 x 18.5 =1.27m2预热管长：L=1.27：0.0235：兀=17.2m第四级物料预热器的换热面积为：第四级预热是利用一效壳程的加热蒸汽进行预热，也是以盘管的形式（大型的采用列管） 对料液进行预热。按无相变变温传热计算传热温差，因此按并流对数温差计算传热温差。Q4=1684X3.8874(75-60)=98195.72kJ/h。这里 k4 =41

22、80 kJ/ tf h -C并流：87C-87C60C /75C t2=87-75=12Ct =87-60=27C,t= 27 2-2 =18.5CIn-712即乙 14=18.5C。换热面积Q 98195.724=辱，4180 x 18.5 =1.27m2 第五级物料预热器的换热面积为：预热管长：L=1.27：0.0235：兀=17.2m第五级是杀菌段，也可看成是最末级的预热级。是以间壁列管的形式对料液进行杀菌。第五级杀菌器采用折流式五管程进行设计。按有无变变温传热计算对数传热温差。k 5 =4180 kJ/ 皿 h CQ5 =1684X3,8874（90-75）=98195.72kJ/ho

23、 这里并流：105C-105C75C/90C t1=105-75=30C, t105-90=15C t= 30 3（f =21.64CIn 15换热面积F二=9g.725 k5At5 4180 x 21.64预热管长：L=1.1：0.0235：兀=14.9m第五级预热为杀菌段，采用折返式5程管长为3m的杀菌器。（3）热量衡算经过热量衡算实际蒸发量分配：1效：848 kg/h. 2效352kg/h.（由热平衡多次试算而得） 各效占总蒸发量质量百分数：1效：70.66%.2效：29.33%.沸点温度：1效沸点：74C.2效沸点：54C（计算略）.热量衡算（多次试算结果）：用于第一效加热用的蒸汽量按

24、下式计算：D=Wr-S C（T-t）+ Q2- QLq/R式中：D-蒸汽耗量，kg/h。W-水分蒸发量，kg/h。W=1200kg/hS-进料量，kg/ho S=1684kg/hC-物料比热，kJ/kg -Co C=3.8874kJ/kg CT-进料温度，C.T=92Ct-料液沸点温度，C。这里按65C计算R-加热蒸汽潜热，kJ/kg o 2286.878kJ/kgr-二次蒸汽汽化潜热，kJ/kgo 2301.926kJ/kgq-热量损失，5-6%.这里按总热量的6%计算Ql-前效壳程（或杀菌器壳程）冷凝水进入后效壳程冷凝水放出的热量，kJ/h则：用于一效加热的蒸汽耗量按下式计算：D1 R1

25、= W1 r1 + S C (t1- t0)+ Q 1-q 1 +q91848 x 2324.498 -1684 x 3.8874(90 - 74) + 98195.72 -43.8 x 4.18 x (105 - 87) x 2286.8782650.5382286.878x 1.06=909.3kg/h由于采用热压缩技术，本例喷射系数p =1.082 (见上例3-2计算) 由热泵关系式G0+p G0= DG0=D/(1+p )=909.3/(1+1.082)=436.74kg/h用于一效加热的一效二次蒸汽量为： 909.3-436.74=472.9kg/h用于二效加热的一效二次蒸汽量及热量

26、分别为: 848-472.9=375.1kg/h375.1X2324.498=871919.2kJ/h二效热量衡算式：+ Q 2 -q 2 + q9 2D2 R2= W2 r2 + (S C- W1 Cp ) (t2- t1) 二效蒸发所需热量：(74-54)Q =352X568.4- (1684X0.93-848X1)+23491.8-丝x(87-72W S8X1.06628.1=870867.23kJ/h870867.23：871919.2=0.998不再试算换热面积计算一效换热面积：2F=kht这里 Q =848X2324.498-1684X3.8874(90-74)=1866432.2 kJ/hk =5016 kJ/m2 h CQ 1866432.2_2F=右一5016 x (87 74) 28.62 降膜管的规格为：&45X 1.5X5950 (mm)(以下同)管子根数：n=28.62/(0.0435 X 兀 X 5.950)=35.2 根取 35 根周边润湿量(上)：G9=1684/(0.042X 兀X35)=364.83kg/(m - h)蒸发强度：U