食品工程原理课程设计蒸发器的设计Word格式.docx
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化工原理课程设计
填写时间:
2011年12月2日
课程设
计任务
设计题目:
双效并流烝发器设计
设计条件:
采用双效并流加料将11%的果汁浓缩到46%。
蒸发能力:
18000kg/h;
第
I效的加热蒸汽压力:
67.48kPa(绝压);
冷凝器的绝压为:
8.173kPa;
第1效蒸发器的总
传热系数:
1100W/(m2K);
第II效蒸发器的总传热系数:
850W/(m2K)
设计内容:
计算蒸发器的传热面积
设计的基本要求、任务、研究的问题
通过课程设计,要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识,进行融会贯通、独立思考,在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务,从而得到化工工程设计的初步训练。
完成设计方案的简介、蒸发工艺设计计算、绘制工艺流程图
设计
进度
安排
1月3日,布置任务,查阅、收集相关设计资料、参考文献等;
4月7日,完成设计计算;
8月11日,完成设计说明书。
第1章设计方案简介
化工原理课程设计要求我们综合运用化工原理、化工设备机械基础、化工仪
表自动化等课程及有关先修课程所学知识,完成以化工单元操作为主的一次工程
设计,主要内容包括化工工艺设计和化工设备结构设计。
从而对我们进行一次设
计技能的基本训练,培养学生综合运用所学的书本知识解决实际问题的能力。
通过课程设计,要求能够综合运用本课程和前修课程的基本知识进行融会贯通,并在规定的时间内完成指定的化工设计任务,从而得到化工工程设计的初步训练。
蒸发操作条件的确定主要指蒸发器加热蒸汽的压强(或温度),冷凝器的
操作压强(或温度)的确定,正确选择蒸发的操作条件,对保证产品质量和降低能耗极为重要。
本课程设计是双效并流设计。
第2章工艺流程图及说明
第3章工艺计算及主体设备选型;
3.1估计各效蒸发量和完成液浓度
每小时水分蒸发量:
x0
(常用化工单元设备设计153页)
•••WF10
x2
W180001規13695'
52kg/h
式中Fo—原料处理量,kg/h;
Xo――进I效蒸发器料液的浓度,质量百分比;
X2――出U效蒸发器料夜的浓度,质量百分比;
W――水分蒸发量kg/h;
由《常用化工单元设备设计》P153
取W1:
W2=1:
1.1
18000
故W1==6521.739(kg/h)
11.1
W=18000-6521.739=7173.913(kg/h)
其中,W――第I效的蒸发量,kg/h
W――第U效的蒸发量,kg/h
I效二次蒸汽浓度x暑二18000"
%=17.25%
FoW1180006521.739
有关参数
(1)原料液总量:
18000kg/h
(2)进料:
x1=11%「=89C
出料:
x2=46%T2=41.4°
C
来自《食品工程原理》741页饱和水蒸汽表
二次蒸汽的热参数值如下表
压力(kPa)
T(C)
汽化潜热(kg)
I效加热蒸汽
P=67.48
T1=89
1=2282.845
I效二次蒸汽
P=29.811
T1'
69
「=2333.054
U效加热蒸汽
P=28.536
T2=68
2=2335.565
U效二次蒸汽
P=8.173
T2'
=42
2'
2397.908
冷凝处蒸汽
P=7.752
T3=41
32400
.3.2估计各效溶液的沸点和有效总温度差
fa
tmt0
式中:
——温度差损失,C
――操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高,C
—液层静压引起的温度差损失,C
――管路流动阻力引起的温度差,C
a常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升咼,C
f――校正系数,无因次,其经验计算式为:
f0.0162(T273)2
r
T――操作压强下二次蒸汽的温度,C
――操作压强下二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg
m0gh
PP2
Pm――溶液内部平均压强,Pa
p液面上方的压强,Pa
h溶液液层咼度,m(该题设其液层咼度为6m)
溶液密度,kg/m3
常压下,11%的蔗糖溶液水果原汁沸点变化情况与一般果汁相同故使用内插法
常温下果汁沸点升高al0.145Ca21.48C
由于静压强,降膜式蒸发器:
1=2=0(C)
T「C)
汽化潜热
(kJ/kg)
2282.845
I效料液
P=32.307
t1=70.118
1=2329.879
69
1‘=2333.054
2335.565
U效料液
P=9.070
t2=43.992
2=2392.887
T3=41
2400
33加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算
第i效的焓衡算式为:
QiDj(FCp。
WlcpwW2Cpw••…WiCpw)(tiiti)Wr
有上式可求得第i效的蒸发量Wi,若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发
器的热损失时,尚需考虑热利用系数一般溶液的蒸发,可取得0.94-0.7△x
(式中△x为溶液的浓度变化,以质量分率表示)。
第i效的蒸发量W的计算式为
riti1ti
Wii[Di-L(FCpoWiCpwW2cpw.....⑷心⑷)^打
riri
式中Di----第i效的加热蒸汽量,kg/h,当无额外蒸汽抽出时Di=Wii;
ri----第i效加热蒸气的汽化潜热,kJ/kg;
r----第i效二次蒸气的汽化潜热,kJ/kg;
Cp0----原料液的比热,kJ(kg.C);
Cpw----水的比热,kJ(kg.C);
1,ti1--分别为第i效及第i-1效溶液的沸点,C;
i------第i效的热利用系数无因次,对于加热蒸汽消耗量,可列出各效焓衡算式并与式WW1W2Wn联解而求得。
i=0.98
第一效的焓衡量式为:
Wi1(也FCp0$」)
1=0.98
进料,Cpo=3.91kJ/(kg.C),CpW=4.187kJ/(kg.C),查课本附录九得
ri=2125.4kJ/kg,对于沸点进料,toti
D1r1
W1=1工=0.982329.879/2333.054D1=0.98D1(a)
r1
同理第二效的热衡算式为
=0.98
WICpW
t1t2
(70.118-43.992)
(b)
=0.98[W12392.887/2397.908+(180003.91-W14.187)/2397.908]
=0.933W1+751.477
又W1+W2=13695.652(d)
联立(a),(b),(c)式,解得:
W1=6696.42kg/h;
W2=6999.23kg/h
D1=6833.08kg/h
3.4蒸发器的传热面积估算
式中Qi---第i效的传热速率,W
Ki---第i效的传热系数,W/(mi.C)
ti---第i效的传热温度差,C
Si-----第i效的传热面积,mi
在双效蒸发中,为了便于制造和安装,通常采用各效传热面积相等的蒸发器,即
Q1=D1r1=6833.082329.8791000/3600=4.42106W
t1T-t18970.11818.882C
Q1
4.42106
2
S1
212.80m
K1t1
110018.882
Q2=W1r2=6696.422392.8871000/3600=4.45
106W
t2
Tt2
6843.992
24.008°
q2
4.45106
S2
218.06m
K2t2
85024.008
误差为
S
1min
212.80
1-
0.0240.05误差很小,
在误差允许范围之内
max
218.06
故计算得各效蒸发面积合理。
其各效溶液浓度无明显变化不必再算考虑到各种损失,安全系数取1.1
故s仁1.1S1=1.1212.80=234.08m2
S'
=1.1S2=1.1218.06=239.87m
效数
1
冷凝器
加热蒸汽温度(C)
89
67
42
操作压强Pi1(KPa)
67.48
27.307
8.173
溶液沸点tiC
70.118
43.992
完成液浓度(%)
17.25
46
蒸发水量WKg/h
6696.42
6999.23
生蒸汽量DKg/h
6833.08
传热面积Sm
234.08
239.87
第4章.工艺尺寸计算
■
4.1加热管及加热室的选择
4.1.1加热管的选择和管数确定
根据《常用化工单元设备设计》162页,蒸发器通常采用38x2.5mm不锈
无缝钢管,根据设计任务管长L=9m当加热管的规格和长度确定后,可由下式初步估算所需管子数
式中S——传热面积,m2;
••n
d°
(L0.1)
d。
——加热管直径,m;
L――管子长度,m。
因加热管固定在管板上,考虑管板厚度所占据的传热面积则计算口的管长
应用(L-0.1)m
4.1.2加热室壳体直径的计算:
管心距一般为外径的1.25-1.5倍,则选用正方形排列,管心距取1.2538=48mm加热室内和加热管数采用作图法,具体做法是先计算管束中心线上的管数nc,管
子按正方形排列时:
nc1=1.19、.22118根nc21.19,22618根
Ditnc12b'
b'
(11.5)d0取b'
1.5b01.53857mm
式中D——壳体直径,m;
t管间距,m;
nc――沿直径方向排列的管子数
b'
——最外层管中心到壳体内壁的距离,
内径D1Btb12e48171257/1000880mm
D
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