【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 另外 ，= Δt1 = 8℃ 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得： = ㎡ （1）第二效蒸發(fā)器傳熱量 Q2 ：查文獻(xiàn)[4]得： = kcal/kg （ 70 ℃ 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，D = D2 = kg/h 。 根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計(jì)算得 ： Q2 = kj 。（2）第二效蒸發(fā)器初步傳熱面積 ：經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得： K = K2 = 1800 W/（㎡℃）( 70 ℃ 的情況下 ) 。另外 ，= Δt2 = 8℃ 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計(jì)算得 ： = ㎡ 。根據(jù)文獻(xiàn)[5]，采用臨界熱負(fù)荷校核法， ,qm為開(kāi)始鼓泡沸騰時(shí)的熱負(fù)荷。這是因?yàn)楫?dāng)鮮牛奶單位熱負(fù)荷高于極限熱負(fù)荷后，具有鼓泡易進(jìn)而產(chǎn)生泡沫的性質(zhì)，從而在局部蒸發(fā)液面上產(chǎn)生劇烈的飛濺和帶液，同時(shí)嚴(yán)重的破壞了液膜，影響了操作的穩(wěn)定性。（1）第一效蒸發(fā)器極限熱負(fù)荷qm1根據(jù)文獻(xiàn)[5]，極限熱負(fù)荷qm應(yīng)根據(jù)換熱板上端的操作條件進(jìn)行計(jì)算。 Re 根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計(jì)算： ()式中：Re ——牛奶的處理量 ：kg/h ；——換熱板單面上的牛奶處理量 ：kg/h ；b ——換熱板寬度 ：m ； μ l——液相的動(dòng)力粘度 ：Pas 。 ()式中：n ——該效蒸發(fā)器換熱板數(shù) 。查文獻(xiàn)[3]得：μ l = Pas ( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) 。1 = S = 1800 kg/h 。另外 ，初選第一效蒸發(fā)器的換熱板為 ：板數(shù) n1 = 6 ；板寬度 b1 = 1 m 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）、()計(jì)算得 ：1 = 150 kg/h ； Re1 = 。 Pr1 ；根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ： Pr = ()式中：——平均比熱 ：kcal/（kg℃）；λl——液相的導(dǎo)熱系數(shù) ：Pas 。查文獻(xiàn)[3]得 ： = kcal/（kg℃）( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) ；λl = w/（mk）( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：Pr1 = 。因?yàn)?Re1 = ＜ 500 故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計(jì)算： ()式中： α ——局部對(duì)流傳熱系數(shù) ：w/（㎡k）；νl——液相的動(dòng)力粘度 ：㎡/s ；g ——重力加速度 ：m/s2 。查文獻(xiàn)[3]得 ：νl= 105 ㎡/s ；另外 ，取 g = m/s2 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：α1 = w/（㎡k） 。因?yàn)?Re1 = ＜ 500 ，故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計(jì)算：X = ()式中： δ——液相的表面張力 ：N/m ；T——飽和溫度 ：k ；ρν——蒸汽密度 ：kg/m3 。ρl ——液相密度 ：kg/m3 。Y = () qm = ()查文獻(xiàn)[3]得 ：δ = N/m ；ρν = kg/m3 ；另外 ，T = 70 + 273 = 343 k ；ρl = 1031 kg/m3。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）、()、 ()計(jì)算得 ：X1 = ㎡ ；Y1 = ㎡ ；qm1 = j/㎡ 。Ｅ．第一效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值（2）第一效蒸發(fā)器熱負(fù)荷q1　　故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計(jì)算：　　　q1 = Q1/ ()由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：q1 = j/㎡ 。（3）第一效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值因?yàn)閝1＜ qm1 = j/㎡ = j/㎡ ,故設(shè)計(jì)合理 ，并將A1圓整為24 ㎡ 。則換熱板長(zhǎng)度為 ：L1 = = = 2 m 。（1）第二效蒸發(fā)器極限熱負(fù)荷qm2 Re2查文獻(xiàn)[3]得： μl = Pas ( 62 ℃ 情況下的全脂乳 ) 。2 = S－W1 = kg/h 。另外 ，初選第一效蒸發(fā)器的換熱板為 ：板數(shù) n2 = 6 ；板寬度 b2 = 1 m 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）、()計(jì)算得 ：2 = kg/h ； Re2 = 。 Pr2 ；查文獻(xiàn)[3]得 ： = kcal/（kg℃）( 62 ℃ 情況下的全脂乳 ) ；λl = w/（mk）( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計(jì)算得 ：Pr 2 = 。因?yàn)?Re2 = ＜ 500 故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由公()式進(jìn)行計(jì)算：查文獻(xiàn)[3]得 ：νl= 105 ㎡/s 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：α2 = w/（㎡k） 。因?yàn)?Re2 = ＜ 500 ，故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由公式() 、()、 ()進(jìn)行計(jì)算：查文獻(xiàn)[3]得 ：δ = N/m ；ρν = kg/m3 ；另外 ，T = 62 + 273 = 335 k 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：X2 = ㎡ ；Y2 = ㎡ ；qm2 = j/㎡ 。E．第二效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值（2）第二效蒸發(fā)器熱負(fù)荷q2　　根據(jù)已知數(shù)據(jù) ，由公式()計(jì)算得 ：q2 = j/㎡ 。（3）第二效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值因?yàn)閝2＜ qm2 = j/㎡ = j/㎡ ,故設(shè)計(jì)合理 ，并將A2圓整為30 ㎡ 。則換熱板長(zhǎng)度為 ：L2 = = = m 。在設(shè)計(jì)蒸發(fā)設(shè)備的過(guò)程中，為了保證不發(fā)生出現(xiàn)“干壁現(xiàn)象”，即當(dāng)降液密度低到極限密度時(shí)，液膜發(fā)生破裂，薄膜狀的液流轉(zhuǎn)變?yōu)樾鯒l狀液流，必須要判定換熱板單面上的流量是否過(guò)小而引發(fā)“干壁現(xiàn)象”。引發(fā)“干壁現(xiàn)象”的原因是水分不斷蒸發(fā)，向下流動(dòng)的液膜越來(lái)越薄，進(jìn)而最有可能破壞的部分是換熱板的下部。因此，當(dāng)判定會(huì)發(fā)生“干壁現(xiàn)象”時(shí)，要通過(guò)計(jì)算得出需要的回流量來(lái)補(bǔ)充換熱板單面上流動(dòng)的液相。 Ｓmin1（1）第一效蒸發(fā)器最小回流量 Gmin1 根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ： ()由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： Gmin = kg/s ，又因?yàn)閾Q熱板為雙面蒸發(fā)，則Gmin1 = 2 Gmin = kg/s 。 （2）判定第一效蒸發(fā)器是否需要回流因?yàn)榈谝恍д舭l(fā)器換熱板下部的流量 ： = = kg/h = kg/s Gmin1 , 所以不需要回流。（1）第二效蒸發(fā)器最小回流量 Gmin2根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式()計(jì)算得 ： Gmin = kg/s ，又因?yàn)閾Q熱板為雙面蒸發(fā)，則Gmin2 = 2 Gmin = kg/s 。 （2）判定第二效蒸發(fā)器是否需要回流因?yàn)榈诙д舭l(fā)器換熱板下部的流量 ： = = 540 kg/h = kg/s Gmin2 ,所以第二效蒸發(fā)器需要計(jì)算回流量Smin2 。（3）第二效蒸發(fā)器回流量Smin2 Smin2 = Gmin2 + W2 = kg/h = kg/s 。根據(jù)文獻(xiàn)[3]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ： ()式中： W——二次蒸汽量 ：kg/h ；D——蒸汽消耗量 ：kg/h 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： = % 。 W根據(jù)文獻(xiàn)[3]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ：W = ()式中： ω——傳熱安全系數(shù) 。查文獻(xiàn)[6]得 ω= 95% 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：= = kj ；= 54㎡ ；W = kj/㎡ 。 u根據(jù)文獻(xiàn)[3]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ：u = ()由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：（1）第一效 u1 = 103 kg/(㎡s) ； （2）第二效 u2 = 103 kg/(㎡s) 。 Hμ 根據(jù)文獻(xiàn)[3]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ： ()由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：Hμ = % 。第三章 主體設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第二效蒸發(fā)器筒體設(shè)計(jì)根據(jù)第一效蒸發(fā)器操作條件，查文獻(xiàn)[9]GB3280,選用1Cr17Ni14Mo2不銹鋼鋼板，其彈性模量 E = 206103 MPa ；厚度 t = 6 mm 。鋼板經(jīng)冷卷機(jī)卷制而成筒體。(1)筒體直徑內(nèi)徑因?yàn)橥搀w內(nèi)安裝的換熱板選用六塊板的尺寸為 ：寬度b = 1000 mm ；厚度 tb = mm ；兩板焊接后中空鼓泡高度 f = 20 mm ； 板間距c = 120 mm ，另外考慮到換熱板組要安裝蒸汽進(jìn)口與不凝性氣體和冷凝水出口的聯(lián)合接口。所以，換熱板組尺寸為 : 10009002500 mm 。估算直徑 ：Di = = mm ；查文獻(xiàn)[9]，選用筒體直徑Di = 1600 mm ；筒體長(zhǎng)度 L = 2600 mm ；設(shè)計(jì)壓力Pg = MPa 。(2) 筒體長(zhǎng)度考慮到換熱板及布液器的高度， m 。(3)筒體強(qiáng)度的校核A、無(wú)加強(qiáng)圈時(shí)筒體強(qiáng)度校核根據(jù)文獻(xiàn)[9]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ：Lcr= ()式中：Lcr——筒體臨界長(zhǎng)度 ：mm ；Do——筒體外徑 ：mm ； ——筒體計(jì)算壁厚 ：mm 。式中： ，C1 為壁厚附加量 ，查文獻(xiàn)[9]得 ：C1 = mm ；則 Do = Di + 2t = 1612 mm ， = mm。故： Lcr = mm 。故：因?yàn)長(zhǎng)=2600＜Lcr 所以為短圓筒。B、應(yīng)力校核a．極限壓力由于是短圓筒，根據(jù)文獻(xiàn)[9]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ：Pcr = ()式中：Pcr——筒體臨界壓力 ：Pa ； 由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：Pcr = MPa 。b．極限壓力根據(jù)文獻(xiàn)[9]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ： ()由于是短圓筒，m = 3 ，則由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：[P] = MPa 。 故 ：[P] ＜ Pg ，如果不設(shè)加強(qiáng)圈，筒體的強(qiáng)度足夠。(1)水壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)文獻(xiàn)[9]選用水作為試驗(yàn)介質(zhì)，試用水應(yīng)當(dāng)控制Cl≤25106（質(zhì)量）。另外，為了避免試驗(yàn)發(fā)生低溫脆性破壞，液體溫度不得低于15℃。(2)試驗(yàn)校核根據(jù)文獻(xiàn)[9]，由于蒸發(fā)器是真空容器，PT取下面兩公式中所求結(jié)果最大的一個(gè)：PT = （）PT = P+ （）式中：PT——筒體臨界壓力 ：Pa ； P——設(shè)計(jì)壓力 ：MPa ； [σ]——試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力 ，MPa ；[σ]t——設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力 ，MPa 。后者所求結(jié)果最大，所以由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：PT = 再據(jù)文獻(xiàn)[9]，由下式校核圓筒的應(yīng)力 ： （）式中：——焊縫系數(shù) 。查文獻(xiàn)[8]得 ： 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： = 33 MPa 。查文獻(xiàn)[8]得 ： 則 , 故第Ⅰ效蒸發(fā)器筒體水壓實(shí)驗(yàn)合格。 第一效蒸發(fā)器筒體設(shè)計(jì)同第二效蒸發(fā)器的選取結(jié)果。，其他同第二效蒸發(fā)器的選取結(jié)果。(1)水壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)同第一效蒸發(fā)器的選取結(jié)果。(2)試驗(yàn)校核同第二效蒸發(fā)器的校核結(jié)果，第一效蒸發(fā)器筒體水壓實(shí)驗(yàn)合格。為了對(duì)蒸發(fā)器筒體的部件進(jìn)行定期的方便檢修，根據(jù)設(shè)備規(guī)格選用人孔。根據(jù)文獻(xiàn)[9]，選用 ：JB57764 人孔DN450 。 第一效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計(jì)中空的異形豎板換熱板是該型蒸發(fā)器的核心元件 ()，材料選用1Cr17Ni14Mo2不銹鋼鋼板， mm 。其制造工藝是由兩塊長(zhǎng)方形不銹鋼薄板周邊縫焊 (留一充壓管嘴)后，對(duì)鋼板按一定分布規(guī)則(如 ：菱形、 正方形)進(jìn)行點(diǎn)焊，再放置于特別的胎具中，由正好對(duì)著點(diǎn)焊點(diǎn)的一系列端柱夾持，最后經(jīng)充壓管嘴充脹，使之成形為表面凹凸相間具有酒窩狀波紋表面的中空式元件，