化工原理课程设计

设计地点厦门市实习时间 2012.09.03-07

学院生物工程学院班级食工1011

姓名学号。成绩指导老师王美贵谢远红王瑞芳。

目录。第一部分。

一、设计任务和原始数据2

二、设备型式的简要论述2

三、工艺流程的确定及说明2

第二部分。一、蒸发器工艺设计计算。

一）估算各效蒸发量和完成液浓度3

二）估算各效溶液沸点和有效温度差3

三）估算多效加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量5

四）估算传热面积6

(五）重新计算6

二、计算结果汇总表8

三、蒸发器的主要尺寸9

第三部分。辅助设备的选择10

第四部分。设计过程分析讨论10

附录。参考文献12

第一部分。一、设计的任务要求和原始数据。

本次设计的任务是根据所提供的原始数据和要求设计甘蔗糖厂四效真空蒸发装置，确定蒸发器的操作条件，蒸发器的型式及蒸发流程；进行工艺计算，确定蒸发器的传热面积及结构尺寸。

一）设计要求：1.采用**循环管式蒸发器（即标准式蒸发器）

2.采用各效蒸发器的传热面积相等。

3.原料液采用沸点进料。

4.加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。

5.各效均无抽。

6.各效有效温度差不宜少于（5-7）℃

7.加热管长度不得大于2m

二）原始数据：

二、设备型式的简要论述。

**循环管式蒸发器有悠久的历史，传统上称它为标准式蒸发器。**循环管式蒸发器在外观上是一个圆柱式容器，其主体是加热室和分离室。加热室是由直立的加热管束所组成，管束中间为一根直径较粗的**循环管。

**循环管的直径约为器体直径的1/4~1/8,其截面积约等于全部加热截面积的35~40%,在糖厂循环管内装有出汁管，管端有漏斗、浓度较高的糖汁从出汁管压到下一效蒸发器。糖汁从器底送入，顺加热管上升，从循环管下降，循环速度约0.4~0.

5m/s。分离室是气液分离的空间，又名蒸发室。**循环管式蒸发器结构简单、紧凑，适应性强 ,操作可靠，传热效果好，至今工业上仍广泛使用，对于较粘的液体易结垢或在浓缩过程中会产生结晶的溶液都可以采用，但由于溶液的不断循环，使加热管内的溶液始终接近完成液的组成，故有溶液黏度大、沸点高等缺点。

此外，这种蒸发器的加热室不易清洗 ,由于结构的限制，溶液的循环速度较低，粘性大的溶液循环效果较差。**循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重，腐蚀性较小的溶液。本次课程设计的蒸发对象为庶糖溶液，蔗糖溶液粘度不大，且考虑到其相关性质选择**循环管式蒸发器作为本次设计的设备型式比较合适。

三、工艺流程的确定及说明。

1）根据甘蔗糖液的粘度不高的特性，采用并流法操作。并流加料法的优点为：后效蒸发室的压强要比前效的低，故溶液在效间的输送可以利用效间的压强差，而不必另外用泵。

随着压强的降低，各效中溶液的沸点也随着降低，这样，糖汁便在温度较低的情况下进行蒸发，因而可减少蔗糖的转化和焦化，以及还原糖分解等有害影响。在并流加料法中，前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽，后一效的加热室即为前一效的冷凝室。此外，由于后效溶液的沸点比前效的低，故前效的溶液进入后效时，会因过热而自动蒸发，因而可以多产生一部分二次蒸汽。

采用多效蒸发的目的是为了充分利用热能，减少生蒸汽的消耗，从而提高蒸发装置的经济性。但随效数的增多，虽然能够节约较多的生蒸汽，同时设备费用也随之增加，所以综合考虑采用四效。四效真空蒸发方案可使用蒸汽机的低压废气作为热源，第一效蒸汽压力比较低，各效真空度比较高。

这样，糖汁便在温度较低的情况下进行蒸发，因而可减少蔗糖的转化和焦化，以及还原糖分解等有害影响。使用低压蒸汽作加热蒸汽，各效的二次蒸汽温度也相应较低，且又是四效，热损失比较小，且设备简单。

2）工艺流程图：

第二部分。一、蒸发器工艺设计计算。

一）估算各效蒸发量和完成液浓度：

w=f（1-x0/x4）＝6400×(1-10%/58%)＝5296.55 kg/h

并流加料，蒸发中无额外蒸汽引出。

w1: w2: w3: w4=1:1.1:1.2:1.3

而w=w1+w2+w3+w4=4.6w1

各效蒸发量w1=1151.42 kg/h w2=1266.57 kg/h

w3=1381.71kg/h w4=1496.85 kg/h

各效浓度 x1=fx0/（f-w1）=6400ⅹ10%/（6400-1151.42）=12.19%

x2=fx0/（f-w1-w2）=6400ⅹ10%/（6400-1151.42-1266.57）=16.07%

x3 =fx0/（f-w1-w2-w3）

x4 =fx0/（f-w1-w2-w3-w4）

二）估算各效溶液沸点和有效温度差：

1、各效二次蒸汽压强。

按四效经验公式估算，则各效间平均压强差为：

pi=(p1-pk)/n=｛200-[(760-625)/760]ⅹ101.33｝/4=45.5 kpa

则各效二次蒸汽压强为：

p1ˊ= p1-δpi=200-45.5=154.5 kpa

p2ˊ= p1-2δpi=200-2ⅹ45.5=109 kpa

p3ˊ= p1-3δpi=200-3ⅹ45.5=63.5 kpa

p4ˊ= p1-4δpi=200-4ⅹ45.5=18 kpa

查《化工原理》上册附录十得各参数，具体如下表：

表1 2、各效的各种温度差损失。

各效中由于溶液的蒸汽压下降、液柱静压强及流动阻力引起的温度差损失δi′、δi″、δi〞′

1)由于溶液的蒸汽压下降造成的温度差损失。

表2δiˊ=0.2+0.3+0.4+2.2=3.1℃

(2)由于液柱静压强引起的温度差损失。

根据设计要求，l〈 2 m, 所以取l=1.8m pmi =pi +（g l/2）/3

表3δi″=0.6+0.8+1.3+4.2=6.9℃

3)由于流体阻力产生的温度差损失。

按经验值取δi″′=1℃ ∴i″′=1+1+1+1=4 ℃

4)总温度差损失 ∑δiˊ+∑i″+∑i″′

5)各效溶液的沸点和有效总温度结果列表于下。

表4由《化工原理》附录十查得р1=200 k pa t1=120.2℃ γ1=2204.6kj/kg

k=18kpa tk=57.3℃

多效蒸发中总的有效传热温度差为∑δt=δt理论-∑δ

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