食品工程原理课程设计多效蒸发详解.docx

1、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)；2 2 2(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

2、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）51359112.558.521258311.557.54115754.51359612.558.5

3、71258811.557.59115710413591112.558.51212581311.557.5141157153.513591612.558.51712581811.557.519115720313592112.558.52212582311.557.5241157252.513592612.51211.51121312.51211.5111.51312.51211.51158.527582857.5295730593158.532583357.5345735593658.537583857.5395740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

4、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） : 40-412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10 000 kg 12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500 kP*绝压），冷擬器的绝 压为20 kPa.各效蒸发黠的总传热系数分别为K严1 800 M（后化人為=1 200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

5、为1,2 m.在三效 中液体的平均密度曲别为1 120 k妙r? J 290唧亦及I 460 kjn,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 10 000X (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( +

6、IF，+ 旳=3.3/Fx10 000x0.12 *X, - 1 叭10000- 1 818.2 U-J4b /10()00x0 12环= llxl 818.2 = 2 000.0 kg/h 盼 l2xl 818.2 = 2 181.8 kg/h y2 TTw-W2 = io 0001 8 农1二刃丽=舛 1x, =0.302.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 = 480 kPa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 = 340 kPaP； -

7、F2AP； =500-2x !60= 180 kPaP； = P； = 20 kPa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1nIII二次蕉代出力X上34018020次於气沮世人&：137 7116.660 1（即卜一效钏热撅汽的温度）二次帶的代化衲嚓k； kJ/kg7 1CC2 2142 355（即卜一效如热找出怕气化潜咚）乙i j3（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=125Tg = 78%：则各效由

8、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 + L 120x9.81x1.2 =珈石kP啓卄竺宀180 + L晳尘竺=187.4册乙 匕P兀 + 呼=20 + 1：换豊.81 x丄? = kPa由平均

9、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 = 0.8I7 = T* - 7； = 118.1 - 116.6= f.5工A；二儿。一几=679一60.1 =7.8*% = 08+1.5 + 78=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” +4i=4

10、； *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 = 127.5G = 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500 kBi饱和蒸汽的温度为151,7X、气化潜热为2 113 kj/kg.所以矽=(几)-工二 151.7-60.1 -44.7-46.9T3.加热義汽涓耗量村各效蒸发水最的初步计算第1效的

11、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(0.146 7-0.12)=0.961 3所以 昭=引晋=0.961 30 卑|二0.9426 ()第II效的热虽衡算式为即2 = 0 4爷十( J禺斗)七匕加=0.98-07g 0.98-0,7x (0 194 7-0.146 7) =0.946 8= 0.946 8x= 0.946 8x (Jf)000x 3.77 4 187)l44- 7,?j=0.873 5叭 +278.9 .对于第IU效嗣理可碍小=0.98 -0 7Ax

12、5=0.98 - 0.7 x (0.300.194 1)= 0.905 9旳i 芳+ 妙3三Pl=0.905 9x 勞着+(10 000x3.77-4.187W； 4.187恥)卑答 =0.686 1 W. +0.065 55 W 4 590,2(d)X + H7, = 6 000联解式(a)至式(d) 町得F, =1 968.9 kh= l 998.5 kg/h 3=2(J32.5 加h D、=2 088.8 kft/h4瘪发器传热面积的估算Q、7x2 088.8x2 113x tf/3 600= 1.226x if WU = F( - 4)= 151.7- 144.8 = 6.9T耳 1

13、226 x 亠铭 7 25 J 800 x 6.9宀 = W r； = 1 968.9 x 2 155 x 1073 600 = 1.179xl0nWAf2 = T, - /2 = 7 - 2 = 137.7- 127.5= ia,2t：c q21.179x lrf z a zSj = K =Q = Wz r S = 1 200 x 10.2 一963 m=1 998.5x2 214 x 1073 600 = 1.229 x ltf W“ = 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

14、温差的再分凰。 久十 94.7x4 9 4-96.3 x 10.2 + 68.7x29.84 药 = 49 =79.1 m更新分配有效温度差得，Z =书 X =x6.9 = 8.6TA 的=售_ =需:x 10.2= 12.4记* 二书二塞 x29.8 = 25.9七6重复上述计算步蝶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0 10 000x0.12 八、 _ 尸 F = （）000- 1 968.9 =0*149= 0.200g _ 10 (XX) x 0.12W-带2 10 000- I 968.9 - 1 998.5%) = 0.30(2)计負各效料液的温度 因末

15、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. + A f； =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(

16、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，即九2 469七温度差重新分配后仔效温度情况列于下表：效床11JII刖热绥杵溫反ri!5L77 =136.9-2 7冇效温哎差它 “三 8.6二 12.4借三25.9t = J43 8汝=124.5f j = 86.8(3)各效的热量衡算T、= 136.9匕 门=2 1

17、57 kj/kg為=112.7忙 =2 225 kj/kgr. =60.1V r； = 2 355 kj/kg第1效Vi M.98-0.7* =O.9S-O.7x (0.149-0.12) =0 960略=砂芳960D 1 = 0.940/；, (c)第H效兀 0.98-0.7x2=0.98-0.7 x (0.2()0-0.149)=0.944 3叭=处*(斤。-略S5944 3x需叭 X10 000x3.77-4.18?% )1 警話竺-0.881 1肥 +308.8 (y)第【II效=0.98-0.73 -0.98-0.7 x (0.30-0.200)=0.91仏丄 4(-略 - ，= O

18、.9lxW2 +(10 0)x3.77-4.187lF(-4a87r2)|= 0.798 8 2 +0.061 OW2 +549.2 (g)又 巧+晒+矿3 = 6 000 (h)联解式(?)至式可得W. = I 939.6 kg/h禺=2 017.8 kyh= 2 042.6 k“h0 =2 063.4 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 2 032.3 msTS臣 6 =0-50i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“ =2 063x2 113X ltf/3 6

19、00= 1.211 x 106 W时=8.61；= 1 800x8.6 = 78*2rnQ2 =旳 r： = 1 939.6 x 2 157 X ltf/3 600 = 1.162 x itfc Q1 1.162x1$ 2S3 = K = i 200xl2T4=78J ,n=巴 r； = 2 17.8x2 225 x ltf/3 X)= 1.247x 1(? W 4 =25.9 弋Q, L247x !(t6(X)x25.9= 80,3 m2S 7G o误芳为1 -亡 黑二0.027 v0.05送代计算结異介先，戢平均传热面积S = 78.9 nf7.计算结果列表效次111in冷駐雜加热然汽温度T.V.151 7136.0112.760.1操作&.力p：,khi3271632020協液独度(拂点儿七143.8124.586.814.92030蒸发虽肌上g/hJ 939.62017.82 (M2.6蒸崔消耗蚤O上0h2 063.1传热面积&启78、978、978,9Jilill效次冷凝器