食品工程原理课程设计多效蒸发详解.docx
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食品工程原理课程设计多效蒸发详解
食品工程原理课程设计
一、设计题目蔗糖水溶液三效并流加料蒸发装置的设计。
二、设计任务及操作条件
1、处理能力，见表1。
2、设备型式：
中央循环管式蒸发器。
3、操作条件
（1）蔗糖水溶液的原料液浓度、完成液浓度，见表1，原料液温度为第一效沸
点温度。
（2）加热蒸汽压力为200kPa（绝压）.冷凝器压力为15kPa（绝压）；
222
（3）Ki=1500Vy^（m2•C）,&=1000弘（m2•C）,5=800%（m2•C）
（4）各效蒸发器中料液液面高度为：
1．5m；
（5）各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。
假设各效的传热面积相等，并忽略热损失。
（6）每年按300天计，每天24小时连续运行。
（7）厂址：
大庆地区。
三、设计项目
1、设计方案简介：
对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。
2、蒸发器的工艺计算：
确定蒸发器的传热面积。
3、蒸发器的主要结构尺寸。
4、主要捕助设备选型，包括气液分离器及蒸气冷凝器等。
5、绘制蔗糖水溶液三效并流加料蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图
6、对本设计进行评述。
表1处理量、原料液及完成液浓度等
蔗糖水溶液处理
量（万吨/年）
原料的蔗糖浓度
（质量%
完成液的蔗糖浓
度（质量%
设计人（学号）
5
13
59
1
12.5
58.5
2
12
58
3
11.5
57.5
4
11
57
5
4.5
13
59
6
12.5
58.5
7
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8
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57.5
9
11
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10
4
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58.5
12
12
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57.5
14
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15
3.5
13
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16
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58.5
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57.5
19
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20
3
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2
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13
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57.5
39
57
40
设计说明书封面（见下页）
食品工程原理课程设计说明书
设计题目：
设计者：
班级
姓名
学号
指导教师：
设计成绩：
日期
注意：
要列出参考文献。
参考文献格式:
[1]陈文麟.大豆油的特性及应用发展[J].中国商办工业，1998,10（3）:
40-41
[2]陈陶声.油脂生产技术[M].北京:
化学工业出版社，1993.46-52.
设计举例
在三效并濂加料的蒸发蛊中*毎小时将10000kg12爺的N理0H水溶液浓缩到30%o原料議件第】效的沸点下加人热发器。
弟I效的加热蒸汽压力为500kP*绝压），冷擬器的绝压为20kPa.各效蒸发黠的总传热系数分别为
K严1800M（后化人為=1200耳7尙讥：
人危=600盼（卅代）
原料液的比热容为3门7kJ/（kfP）.佔计蒸发器中溶液的液商高度为1,2m.在三效中液体的平均密度曲别为1120k妙r?
J290唧亦及I460k^'jn\,各效加热蒸汽的冷凝液存饱和縊度下排岀，忽略热揽失。
试讣算蒸发器的传热面积（设各效的传热面枳相等人蒸发器主要结构尺寸的确定和辅
助设备的选型从略。
并流加料三效蒸发的物料衡算和热量術算的亦為图如渕4-15所示,
L.T；恥/叭'盯
曲4-15并流饶料三效焦发的物斜衡算和热绘衡算示意图
【设计计算】
1.估计各吹蒸发量和完成液浓度
总蒸发屋炉二F（J-?
卜10000X（［十=6（XX）kg/h
因并流加料，热发中无额外蒸气引出•可设
J7,：
Wi：
rt=i：
l.l：
1.2
=JT（+IF，+旳=3.3/
Fx^
10000x0.12*
X,-1叭•
10000-1818.2"U-J4b/
10（）00x012
环=l・lxl818.2=2000.0kg/h盼l・2xl818.2=2181.8kg/hy2"TTw{-W2=io000^18农1二刃丽=°"舛1
x,=0.30
2.估计各效溶欣的溪点和有效总浅度垄设各效间压力降相等•则总压力差为
S1P=P,-7^=500-20=480kPa
各效间的平均压力差为
AP.=—=^=160kPa
由乞效的压力差可求得各效無发室的压力，即
尺=F（-AP,=500-160=340kPa
P；-F^2AP；=500-2x!
60=180kPa
P；=P；=20kPa
山各效的二次蒸气压力，从于册中可査得相应的二次蒸气的温度和乂化潜热列于下表中“
效数
1
n
III
二次蕉代出力X上％
340
180
20
…次於气沮世人&：
1377
116.6
601
（即卜一效钏热撅汽的温度）
二次帶｛的代化衲嚓k；»kJ/kg
71CC
2214
2355
（即卜•一效如热找出怕气化潜•咚）
乙ij3
（1）各效山于溶液洸点血引起的迅厦芒损失根据各效一次蒸P温度（也即相同压力下水的沸点）和务效完成液的浓度/,山WOH水溶液的杜林线图可査得各效溶液的沸点g分别为
以I=143瓦
⑴=125T
g=78%：
则各效由于溶液蒸气压下降所引起的温度差损失为
$=5-r；=143-137.7=5.3%：
△；=（舷-巧=125-116.6=8.4%：
型二Q一八二78-60.1=：
17.9T
所以=5.3+8.4+17.9=31.6T
（2）苗于液柱静压力而引起的沸点升高（温度差损失）为简便廿，以液层中部点处的压力和沸点代表张个液层的平均压力和平均温度，则艰据流体静力学方祥■浹层的平为压力为
卩十+警
所以九=比+笔鮭=340+L120x9.81x1.2=珈石kP«
啓卄竺宀180+L•晳尘竺=187.4册
乙匕
P"兀+呼=20+1：
换豊.81x丄?
=©kPa
由平均压力可査得对应的饱和温度为
n=138.5^.7；,=118.It；.7>=67.9覽
“丿
所以
=7；厂P；二138.5-137.7=0.8^
■I
△7=T*-7；=118.1-116.6=f.5工
A；二儿。
一几=67・9一60.1=7.8*
%"=0・8+1.5+7・8=10.代
（3）由流动is力而引起的温度差损失r取经验值r,即虫：
=羊=代，则H=3T*
故蒸发装置的总的温度差损失为
比二出十+&T=31.6+10.1+3^44.7T
（4）各效料液的温茨和有效总漩羞山各效二次蒸气压力X及温度差损失A,即可由下式估算各效料液的温度4,
z”+4
△i=4；*4；+47=5.3+0.8*1=7.]*€
企"；+亦丄M.4*1.5+1二10.9^
=人；+△'；+△：
=17.9+7.8+1^26.7^；
各效料掖的温度为
li=T,+^,=137.7+7.1=144.8七
h=^+^2=116.6+10.9=127.5^
G=r}+為=60.1+26.7=86.8逛
存效总温度差
乩=（斥「几）-翠
由手研可杳得500kBi饱和蒸汽的温度为151,7X、气化潜热为2113kj/kg.所以
矽=（—几）-工△二151.7-60.1-44.7-46.9T
3.加热義汽涓耗量村各效蒸发水最的初步计算
第1效的热量衡算或为
对于沸点进料，厂S考陳到溶液浓绵热的影响，热利用系数计茸式为%二093-0.7△和式中g为第d效蒸发器中料液溶质质遇分数的变化：
帀=0.98-0.7x（0.1467-0.12）=0.9613
所以昭=引晋=0.96130卑|二0.9426（«）
第II效的热虽衡算式为
即2=04爷^十（％J禺斗）七匕
加=0.98-0・7g^0.98-0,7x（01947-0.1467）=0.9468
=0.9468x
=0.9468x■>■（Jf）000x3.774187）l44-^~^7,?
j
=0.8735叭+278.9.
对于第IU效嗣理可碍
小=0.98-07Ax5=0.98-0.7x（0.30^0.1941）=0.9059
旳i[芳+妙3三Pl
=0.9059x［勞着+（10000x3.77-4.187W；・4.187恥）卑答=0.6861W.+0.06555W}4590,2
（d）
X+H7,=6000
联解式（a）至式（d）•町得
F,=1968.9k"h
=l998.5kg/h^3=2（J32.5加hD、=2088.8kft/h
4•瘪发器传热面积的估算
Q、7x2088.8x2113x]tf/3600=1.226x[ifW
U=F（-4）=151.7-144.8=6.9T
耳1・226x亠铭72
5J800x6.9宀"
@=W\r；=1968.9x2155x1073600=1.179xl0nW
Af2=T,-/2=7^-<2=137.7-127.5=ia,2t：
cq2
1.179xlrfzaz
Sj=K^=
Q\=WzrS=
■1200x10.2一96・3m
=1998.5x2214x1073600=1.229xltfW
△“=r,-G=r；-G=116.6-8（5.8=29.8r
浜并为1-•芒i亠豁兀3g误羞较人，应调整各效的有效混差尽复上述计算过倍
5.疽效温差的再分凰
。
久十94.7x494-96.3x10.2+68.7x29.8
4药=4^9=79.1m
更新分配有效温度差得，
Z=书X=^x6.9=8.6T
A的=售△_=需:
x10.2=12.4记
*二书△"二塞x29.8=25.9七
6・重复上述计算步蝶
⑴计算各效料液浓度由所求得的各效蒸发量，可求各效料液的浓度，即用010000x0.12八…、
®_尸F=］（）000-1968.9=0*149
=0.200
g_10（XX）x0.12
W-带2"10000-I968.9-1998.5
%）=0.30
（2）计負各效料液的温度因末效完成液浓度和二次裁气圧力均不变•各科温度差扔失可视为恒定，故末效溶液的温度仍为86.8无•即
/,=86.8^
则第山效加热燕汽的温度（也即第II效二次蒸气温度）为
T、=T\=t.+Af；=86.8+25.9=112.7T
由第D效二次蒸气的温^（112.7^）及笫II效斜液的浓盛（0.200）査杜林线戛・可得第II效料絞的沸点为1221。
由液杆胖压力及流动祖力而引起的温度弄损失可视为不变，故第II效料液的温度为
t2=c.u+a；+^；=122+1.5+L0=124.5T：
同网T.=r；二珀+△巧=124.5+12.4=136.9尤
由第i效二次按气的温度（136.9=）及第1效料液的浓度（6149）查扌丄林线图，可得第n效料液的沸点为142T3则第I效料液的温度为
耳=+△；+217=142+0.8+!
0=143.8%：
第I效料液的温度也可由下式计算
“=八-△仆151,7-8.6=143.1无
丸明溶液的各种温度差损失变化不大，不需垂新il僧，故有效总温度差不变，即
九246・9七
温度差重新分配后仔效温度情况列于下表：
效床
［
11
JII
刖热绥杵溫反
ri«!
5L7
7^=136.9
^-^27
冇效温哎差・它
△“三8.6
"二12.4
△借三25.9
«t=J438
汝=124.5
fj=86.8
（3）各效的热量衡算
T、=136.9匕门=2157kj/kg
為=112.7忙<=2225kj/kg
r.=60.1Vr；=2355kj/kg
第1效
ViM.98-0.7*=O.9S-O.7x（0.149-0.12）=0960
略=砂芳"960D1^=0.940/；,（c）
第H效
兀^0.98-0.7^x2=0.98-0.7x（0.2（）0-0.149）=0.9443
叭=处［*（斤。
・-略S］
59443x［需叭X10000x3.77-4.18?
%）1警話竺］
-0.8811肥+308.8（y）
第【II效
^=0.98-0.7^3-0.98-0.7x（0.30-0.200）=0.91
•仏［¥丄4（®-略％-，］
=O.9lx［^W2+（100«）x3.77-4.187lF（-4a87r2）^~^|
=0.7988^2+0.061OW2+549.2（g）
又巧+晒+矿3=6000（h）
联解式（
）至式⑷•可得
W.=I939.6kg/h
禺=2017.8kyh
=2042.6k“h
0=2063.4垢/h与第…次计算结果比较，其相对误差为
i^!
l=0015
-牆和0加6
«2032.3°ms
—TS臣6=0-°°50
i卜算相对谋差均住0.05以下，故各效旅发昂的计算结果合却。
其各效溶液浓度无明显变化，不需巫新计算。
（4）熬发器传热面积的计箕
0二〃“=2063x2113Xltf/3600=1.211x106W
△时=8.61；
=1800x8.6=78*2rn
Q2=旳r：
=1939.6x2157Xltf/3600=1.162xitf
cQ11.162x1$2
S3=K^=i200xl2T4=78J,n
=巴r；=2€17.8x2225xltf/3«X）=1.247x1（?
W
△4=25.9弋
Q,L247x!
（t
6（X）x25.9
=80,3m2
S7Go
误芳为1-亡"■黑二0.027v0.05•送代计算结異介先，戢平均传热面积S=78.9nf
7.计算结果列表
效次
1
11
in
冷駐雜
加热然汽温度T..V.
1517
136.0
112.7
60.1
操作&.力p：
khi
327
163
20
20
協液独度（拂点儿•七
143.8
124.5
86.8
14.9
20
30
蒸发虽肌上g/h
J939.6
2017.8
2（M2.6
蒸崔消耗蚤O上0h
2063.1
传热面积&启
78、9
78、9
78,9
J
il
ill
效次
冷凝器
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