【正文】 為溶液沸點的升高。因此，單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā)；多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點： （ 1）在低壓下操作，溶液沸點較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差，減小蒸發(fā)器的傳熱面積； （ 2）可以利用低壓蒸氣作為加熱劑； （ 3）有利于對熱敏性物料的蒸發(fā)； （ 4）操作溫度低，熱損失較小。多效蒸發(fā)中，二次蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽 的利用率。 按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。我國目前僅用于造紙工業(yè)及有色金的堿回收系統(tǒng)中。自前效到后效，料液組成漸增，溫度同時升高，黏度及傳熱系數(shù)變化不大，溫度分配 8 均勻，適用于處理黏度較大的料液，不適于處理熱敏性料液。并流流程只使用于處理黏度不大的料液。 根據(jù)加料蒸汽與料液流向的不同，多效蒸發(fā)的操作流程可分為并流、逆流、平流、錯流等流程 ： （ 1）并流流程 也稱順流加料流程，料液與蒸汽在效間流動同向。蒸發(fā)器內(nèi)備有足夠的分離空間，以除去汽化的蒸汽夾帶的霧沫和液滴，或裝有適當形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，應將其在冷凝器中加以冷凝。 蒸發(fā)器內(nèi)要有足夠的加熱面積，使溶液受熱沸騰?；どa(chǎn)中蒸發(fā)主要用于以下幾種目的： （ 1）獲得濃縮的溶液產(chǎn)品； （ 2）將溶液蒸發(fā)增濃后，冷卻結(jié)晶，用以獲得固體產(chǎn)品，如燒堿、糖產(chǎn)品； （ 3）脫除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑或半成品。 1 .蒸發(fā)及蒸發(fā)流程 蒸發(fā)是采用加熱的方法，使含有不揮發(fā)性雜質(zhì)（如鹽類）的溶液沸騰，除去其中被汽化單位部分雜質(zhì)，使溶液得以濃縮的單元操作過程。通過課程設(shè)計，要求能夠綜合運用本課程和前修課程的基本知識進行融會貫通，并在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓練。 8 再 重 復 上 述 步驟 ....................................................................................18 2 6 重復上述步驟 ...........................................................................................15 5 2 2 3 加熱蒸氣消耗量和各效蒸發(fā)水量的初步計算 ......................12 2 1 蒸發(fā)溶液濃度計算 .................................................09 2 主要符號說明 c—— 比熱容， KJ/() x—— 溶劑的百分質(zhì)量 ,％ d—— 管徑， m α 對流傳熱系數(shù)，Ｗ /m2.℃ D—— 直徑， m Δ――溫度差損失，℃ D—— 加熱蒸汽消耗量， Kg/h K—— 總傳熱系數(shù)， W/m2.℃ ， f—— 校正系數(shù)， η――熱損失系數(shù)， F—— 進料量， Kg/h η――阻力系數(shù)， g—— 重力加速度， ――導熱系數(shù)，Ｗ /m2.℃ h—— 高度， m ρ――密度， Kg/m3 H—— 高度， m ∑――加和 k—— 杜林線斜率 下標： 1,2――效數(shù)的序號 η――誤差 i――內(nèi)側(cè) L—— 液面高度， m m――平均 n—— 效數(shù) p――壓強 p—— 壓強， Pa W—— 蒸發(fā)量， Kg/h q—— 熱通量， W/m2 W—— 質(zhì)量流量， Kg/h Q—— 傳熱速率， W 上標：′：二次蒸汽的 r—— 汽化潛熱， KJ/Kg 上標：′：因溶液蒸汽壓而引起的 R—— 熱阻， m2.℃ /W 上標：〞：因液柱靜壓強而引起的 S—— 傳熱面積， m2 上標： 39。 氣液分離器，冷凝器等 輔助設(shè)備的主要尺寸計算和設(shè)備型號規(guī)格的選定。 確定蒸發(fā)器的直徑和長度，管心距和排列方式。 進行物料衡算，熱量衡算，計算和確定蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)熱面積。 濃縮裝置的流程，操作條件，主要設(shè)備形式及材質(zhì)的選取。 （ 6）各效加熱蒸汽的冷凝液均在飽和溫度下排出。K) ，而 第 II 效 為 800 W/(m2 2021 級 食品科學 與工程專業(yè)食品工程原理 課 程 設(shè) 計 授課時間： 2021—— 2021 年度 第 1 學期 題 目： 雙效并流 降膜式果汁濃 縮裝置 課程名稱： 化工原理課程設(shè)計 專業(yè)年級： 食品科學與工程 2021 級 2 課程 設(shè)計 任務 設(shè)計題目： 雙效并流 降膜式果汁濃縮 一 原始設(shè)計數(shù)據(jù) ： 采用雙效并流 設(shè)計 。 （ 1）生產(chǎn)能力： 18000kg/h （ 2）原料汁固形物含量： 11% （ 3）濃縮汁 固形物 含量： 46% （ 4） 原料汁最高許可溫度： 75℃ （ 5） 第 I 效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)： 1100 W/(m2K) 。 二 設(shè)計內(nèi)容： （ 1） 設(shè)計方案的選定與說明。 （ 2）蒸發(fā)器的工藝計算。 （ 3） 蒸發(fā)器的主要工藝尺寸設(shè)計。 （ 4）主要輔助設(shè)備的選型和計算。 3 設(shè) 計 進 度 安 排 7 月 1 日 — 2 日 ，布置任務，查閱、收集相關(guān)設(shè)計資料、參考文獻等； 7 月 3 日 — 5 日 ，完成設(shè)計計算； 7 月 8 日 — 11 日 ，完成設(shè)計說明書 ； 7 月 12 日，答辯。〞：因流體阻力損失而引起的 4 目 錄 第一章 前言 ...........................................................................03 第二章 蒸發(fā)工藝設(shè)計計算 ........................................................09 22 溶液沸點和有效溫度差的確定 .........................09 2 4 蒸發(fā)器傳熱面積估算 ..........................................................................錯誤 !未定義書簽。 5 重新 分配 各效的 有效溫差 .................................................................15 2 7 再重新 分配 各效的 有效溫差 ............................................................18 2 9 計算結(jié)果列表 ...........................................................................................21 第三章 蒸 發(fā) 器 的 主 要 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 的 計算 .............................................21 （ 1 ） 加 熱 管 的 選 擇 和 加熱 管 數(shù) 的 初 步 估算 .................................21 （ 2 ） 加熱室直徑及加熱管數(shù)目的確定 ...........................................22 ( 3 ) 分離室直徑和高度的確定 ..........................................................22 ( 4 ) 接管尺寸的確定 ..............................................................................23 第 四 章 . 蒸 發(fā) 裝 置 的 輔 助 設(shè) 備 的 選 用 計 6 算 .......................................25 第五章 . 雙 效 并流 蒸 發(fā) 器 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 確定 .............................................28 第六章 . 本 次 化 工 設(shè) 計 附圖 ...............................................................30 第七章 . 設(shè)計總結(jié) ………………………………………… …… ..… .32 第八章 . 參考文獻 .................................................................................34 第一章 前 言 概述 課程設(shè)計是本課程教學中綜合性和 實踐 性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學習 化工設(shè)計基本知識的初次嘗試。 本次設(shè)計的主要是雙效蒸發(fā)部分。 7 蒸發(fā)操作廣泛用于濃縮各種不揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中較為常見的單元操作。進行蒸發(fā)操作的設(shè)備叫蒸發(fā)器。溶液在蒸發(fā)器內(nèi)因各處密度的差異而形成某種循環(huán)流動，被濃縮到規(guī)定濃度后排出蒸發(fā)器外。 蒸發(fā)過程中經(jīng)常采用飽和蒸汽間壁加熱的方法，通常把作熱源用的蒸汽稱做一次蒸汽，從溶液蒸發(fā)出來的蒸汽叫做 而二次蒸汽。并流流程結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，應用較廣。 （ 2）逆流流程 料液與加熱蒸汽在效間呈逆流流動。 （ 3）平流流程 每一效都有進料和出料，適合于有大量結(jié)晶析出的蒸發(fā)過程 （ 4）錯流流程 也稱為混流流 程，它是并、逆流的結(jié)合，其特點是兼有并、逆流的優(yōu)點，但操作復雜，控制困難。 2 .蒸發(fā)操作的分類 按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱為多效蒸發(fā)。 按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā)。 在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加 9 熱蒸氣加以利用。 3. 蒸發(fā)操作的特點 從上述對蒸發(fā)過程的簡單介紹可知，常見的蒸發(fā)時間壁兩側(cè)分別為蒸氣冷凝和液體 沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也就是一種換熱器。在加熱蒸氣溫度一定的情況下，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫差必定小于加熱唇溶劑的純熱溫差，而且溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。如何根 據(jù)物料的特性和工藝要求，選擇適宜的蒸發(fā)流程和設(shè)備是蒸發(fā)操作彼此必須要考慮的問題。如何充分利用熱量，提高加熱蒸氣的利用率是蒸發(fā)操作要考慮的另一個問題。因此設(shè)計蒸發(fā)設(shè)備時應考慮以下幾個因素： (1)盡可能提高冷凝和沸騰給熱系數(shù)。 從機械加式工的工藝性、設(shè)備的投資、操作費用等角度考慮，蒸發(fā)設(shè)備的設(shè)計還應滿足以下幾項要求： a、設(shè)備的材料消耗少，制造、安裝方便合理； b、設(shè)備的檢修和清洗方便，使用壽命長； c、有足夠的機械強度。 5. 蒸發(fā)設(shè)備的選型 蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧 沫相分離。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。分述如下： 由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。操作穩(wěn)定。 其中， 前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器 。 優(yōu)點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)； 溫度差損失較小 ，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。 此類蒸發(fā)器主要有 : ； ； 。 結(jié)構(gòu)和原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動。 這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優(yōu)點，應用十分廣泛，有 標準蒸發(fā)器 之稱。但實際上，由于結(jié)構(gòu)上的限制，其循 12 環(huán)速度一般在 ～ ；蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不夠方便。 1 蒸發(fā)溶液濃度計算 已知：進料量 F= 18000kg/h，質(zhì)量分率 0x =11%， 2x =46% 總蒸發(fā)水量 W=F(1— X0X2 )=18000 ( 1－ )= ／ h 并流加料蒸發(fā)中無額外蒸汽引出 ,可設(shè) 1W : 2W =1: 而 W = 1W + 2W = kg/h 由以上三式可得 1W = 則 1x = 01FxFW? = 18000 =17％ 2x = 012FxF W W?? = 18000 =46％ 2kP = 10kPa 設(shè)各效間的壓強降相等，則總壓強差為： ??P = 1P 39。1 kPPn? =∑△ P2 =50／ 2=25 kPa 式中 P? 各效加熱蒸汽壓強與二次蒸氣壓力之差， kPa； 1P 第一次加熱蒸氣的壓強， kPa； 39。 各效間的壓強差可求得各效蒸發(fā)室的壓強 即 39。2P = 39。kT 冷凝器操作壓強下二次蒸氣的飽和溫度，