食品工程原理课程设计真空双效蒸发器及辅助设备的设计计算

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1、课程设计计算说明书课程设计题目：真空双效蒸发器及辅助设备的设计计算设 计 者： 成 绩：指 导 教 师： 院、系、专业：食品工程学院 08食品科学与工程专业2010 年 6 月 23 日 参考文献冯骉.食品工程原理.北京：中国轻工业出版社，2006高福成.食品工程原理.北京：中国轻工业出版社，2001蔡增基，龙天渝.流体力学泵与风机.北京：中国建筑工业出版社，2004张和平，张列兵.现代乳品工业手册.北京：中国轻工业出版社，2005王静康.化工过程设计.北京：化工工业出版社，2006娄爱娟，吴志泉，吴叙美.化工设计.上海：华东理工大学出版社，2002武建新.乳品技术装备.北京：中国轻工业出版社

2、，2000张和平，张佳程.乳品工艺学.北京：中国轻工业出版社，2007中国食品发酵工业研究院.中国海诚工程科技股份有限公司.江南大学.2004课程设计任务：牛奶浓缩原始数据：加热蒸气压：10pa冷凝器真空度：650mmHg=8.7pa绝对压力：1.3pa原料浓度：11%成品浓度：42%牛奶原料密度：1030kg/m日产量：15T/天日工作时间：10h生产车间在一楼冷凝水使用深井水，平均水温10蒸发设备的流程图料泵预热器一效蒸发器分离器二效蒸发器分离器水力喷射泵井水泵初步确定设备1、 设备采用顺流标准双效蒸发加热器式的浓缩设备。因为用法则后一效蒸发器的压强较前一效的低，帮溶液在各效间的流动不需要

3、用泵来输送，并且由于前一效溶液比后一效沸点高，当溶液由前一效进入后一效蒸发器时，即呈过热状态自行蒸发，可以产生更多的二次蒸汽，使在次一效能蒸发出更多的溶液。外加热器的循环速度大 ，可以用泵强制循环，检修，清洗也方便。2、 I效浓缩设备采用强制循环形式，可以用来提高传热系数，II效浓缩设备采用自然循环形式。3、 离心泵的性能参数即为表征离心泵特性的参数，主要有泵的流量，压头，轴功率和效率。由于离心泵在实际运转中存在着各种形式的能量损失，因此泵由电机获得的轴功并不能全部有效的转化为流体的机械能。4、 冷凝部分采用水力喷射泵，因具兼有冷凝器及抽真空作用，故不用再配置真空装置；结构简单，造价低，整个冷

4、凝器装置功率消耗小，占地面积小。哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 1 页计算及说明结果料泵的计算1、计算值：查表某些流动食品的密度比体积得牛奶的密度为1030kg/m，由图液体食品的粘度与温度关系查得牛奶粘度为1.7mpas,查阅流体常用流速范围表在工业供水1.53.5m/s的流速范围内取u=2m/s。 料液在管路中的压头损失阻力系数管路长径比局部压力损失雷诺数d管内径u流体流速u=2m/s哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 2 页计算及说明结果料液密度kg/m原料的粘度 = =0.59mPS所以，原料为湍流 0.59mPS40152.50.02234.56m哈尔滨商业大学课程设计计算说

5、明书 第 3 页计算及说明结果根据泵喷射设备产品样本P247性能表选用DG6-25三级离心泵其功率：轴功率：2、计算总的局部阻力系数：设牛奶进料槽液面为第一截面，一效蒸发器入口略下一点为第二截面，此过程中，需考虑的阻力系数有2只90标准弯头，管子入口，管子P=80.8344W哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 4 页计算及说明结果出口，一只全开闸阀。查表得，管件局部阻力因素如下：进管口忽然缩小：=0.590的标准弯头： =0.75出管口：=1全开闸阀：=0.17总的局部阻力系数：=0.5+20.75+1+0.17=3.173、计算能量损失：由实际车间、生产设备估算、分析过程，管道高度：L=1

6、0m则 =0.5 =0.75=1=0.17=3.17L=10m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 5 页计算及说明结果=（ = = =85.1 J/kg4、计算扬程：对于2所选分析过程，由于一、二截面面积相对进出口截面积甚大，故其速度u、u相对甚小可忽略不计。又因第一截面与大气接触，而第二截面的大气压与外界大气压相差不大，故压力能也可忽略不计。1-2截面图，位压头差估算：Z=8m泵的扬程：H=85.1 J/kgZ=8mH=16.68m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 6 页计算及说明结果=8+=16.68m5、计算流量:Vs=6、选泵类型：根据：H=16.68mVs=再根据食品工程原理P

7、646IS型单极单吸离心泵IS50-32-200型Vs=哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 7 页计算及说明结果两效蒸发分离器计算：两效传热：原料：W=11%；产品：W=42%1、总蒸发水量：q=q 估算q和P设q：q由q+ q。得：q=0.55kg/sq=0.61 kg/s真空度：650Hg=86645Pa2、 再用等压分配得：q=q=0.55kg/sq=0.61kg/s650Hg=86645Pa哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 8 页计算及说明结果1.3P查水蒸气表得蒸汽参数如下：压强/Pa温度/C焓/kj汽化潜热/kj第I效加热蒸气1099.62676.32259.5第I效二次蒸气

8、5.6583.42648.42364.5第II效加热蒸气5.6583.42648.42364.5第II效二次蒸气1.350.22680.52380.5=P=a哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 9 页计算及说明结果3、由于温差损失不计故：tt求 = =0.98 = =0.97 （沸点进料）= =1.4104、取二效热能利用系数均为0.98，则：t=83.4t=50.20.980.971.4100.9604哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 10 页计算及说明结果=0=(0.970.9604-4.1870.96041.410)0.98 =0.86b=0.97 =0.004故：q 5、有效温差

9、分配：00.86b0.004q=哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 11 页计算及说明结果 = C 6、计算结果为：蒸发器的直径：=109.2122.7哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 12 页计算及说明结果查饱和水蒸气表： 第II效：D=0.56kg/sd=0.9m0.61kg/sd=1.01m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 13 页计算及说明结果蒸发空间的容积允许的蒸发体积强度修正系数（0.70.9）：当蒸气压为0.150.1大气压时：=当蒸气压为0.51大气压时：当蒸气压为19大气压时：VV哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 14 页计算及说明结果蒸发器的截面积: 蒸发室高

10、度: 考虑清洗及维修，采用第一效二次蒸汽出口管径二次蒸气出口速度SSH=2.34m5.92m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 15 页计算及说明结果d =0.298取d=0.3m=300mm效加热器进口直径：d=设加热蒸汽进口压为210pa比容： = 取饱和蒸汽速度：V=50m/s进口管截面面积：Sd =0.298=S哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 16 页计算及说明结果d同理效加热器进口直流设备加热蒸汽进口压力为2比容：= 取饱和蒸汽速度为效出口速度：v=40m/s进口管截面积：S= ddd=S=0.0117mdd0.50m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 17 页计算及说明结

11、果所以效加热蒸汽进口管选择热扎无缝钢管其余各管选择管道无缝钢管（参见食品工程原理P694）进料泵: -物料流经整个管路的压力损失h-料桶中料液高度 m h=2m au-料桶中料液流速 m/su-泵出口料液流速 m/s由于：料槽口管直径 所以：ua哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 18 页计算及说明结果取d=du=流体适算流速 取1m/sv可解d=23mm根据管路手册P91不锈钢，耐酸钢无缝钢管选用不锈钢无缝钢管u料液在管路中的压头损失阻力系数管路长径比局部压力损失雷诺数vd=23mmu哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 19 页计算及说明结果d管内径u流体流速料液密度kg/m原料的粘度

12、= =0.59mPS所以，原料为湍流 根据泵喷射设备产品样本P247性能表选用DG6-25三级离心泵40152.54.56mH=6.6m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 20 页计算及说明结果其功率轴功率: 冷凝器的计算（以下公式见食品工厂机械与设计P185）冷却水的进口温度为10，出口温度为30，效蒸发水量2.196103kg/h，压强为1.3104pa，蒸汽温度为50.2。冷却水消耗量：W=q（H-H）/C(t-t)=0.061(2587.4-409.34)/4.18710(30-10)=0.023kg/s26.675WP=80.8344WW=0.023kg/s哈尔滨商业大学课程设计计

13、算说明书 第 21 页计算及说明结果所以冷却水的体积流量：V=0.064m/h计算喷射系数：uo=kPb为工作介质之压力差，其中：Pb2.02105 +1.31042.15105PaPc为喷射器所造成的压力差：Pc1.01105-1.31048.8104paK取0.85所以：uo=0.850.44计算喉管与喷嘴的截面积取扩散室速度系V=0.064m/hPb2.15105PaPc8.8104paK取0.85uo=0.44哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 22 页计算及说明结果数30.9所以f2/f1=1.03Pb/Pc=0.39冷却水通过喷嘴的流速W1C其中C取0.95，H =P-10Po=

14、(2.3105-101.3104)/1.01105=0.92mW1 =0.95 =4.03m/s喷嘴截面积：f= 30.9f2/f1=0.39C取0.95H=0.92mW1=4.03m/s哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 23 页计算及说明结果=0.5710m喉部截面积: f2=0.39f1 =0.22因其截面积足够小，所以不须改为多喷嘴式。所以: d2=0.84103m排水管直径d3 =d2=0.84103m=0.95 103mf=0.5710m f2=0.22d2=0.84103md3 =0.95 103m哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 24 页计算及说明结果K排水管截面积与喉部

15、截面积之比。静压水柱高：H=10Pvm/760 = =8.55m动压损失水柱高：HH=H=9.35m综上所述，应采用75TSW4型水力喷射泵（参见食品工厂机械与设备P184）热量衡算：第一效传热量：H=8.55mHH=9.35m75TSW4型水力喷射泵哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 25 页计算及说明结果第二效传热量：传热系数k的确定：第一效沸腾温度：此时料液的粘度： = =第I效为强制循环K=2000（参考基础化学工程P157 表3-2）第二效料液粘度：QQK=2000哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 26 页计算及说明结果 = = =0.969cp且第二效为自然循环：K=1500

16、蒸发器传热面积有效温差的分配：任一效的传热速率方程：第一效传热面积：第二效传热面积：SS哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 27 页计算及说明结果各效的有效传热面积 = =34.2第一效加热器尺寸：设计采用的热管，管长3000mm考虑20%的安全传热面积：则: 所以管子数：根取管间距: t=1.2=S=34.2mnt=45.6mm哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 28 页计算及说明结果管壳设计：列管排列按照正三角形排列，按管上排列满管子计算，排7层可达到196根管子对角线上的管子数：b=2a+1=2根所以换热器壳体内径D=t（b-1）+2e =45.6(15-1)+238 =714.4m

17、m取外加热器外壳：即得一效加热器外径: 724.4mm=0.72m第二效加热器尺寸计算：采用: m，管长3000mm管子b=15根D=714.4mm哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 29 页计算及说明结果考虑20%的安全传热面积：所以管子数: = =108根取管间距:t=1.2d=管壳设计：管子按正三角形排列，管排满管子，排6层可达到133根对角线上的管子数：根换热器壳体内径：nt=45.6mmb=13根哈尔滨商业大学课程设计计算说明书 第 30 页计算及说明结果取外加热器外壳:故取二效加热器外径:623.2+8=630mm排列圈数与根数表同心圆数 根数1 72 143 214 285 356 427 498 56D=623.2mm工艺设备明细表效数12蒸发水量W kg/h2012.9862214.284加热蒸汽温度T/99.683.4二次蒸汽温度/83.450.2加热蒸汽潜热2259.52364.5二次蒸汽潜热2364.52380.5加热蒸汽焓2676.32648.4二次蒸汽焓2648.42680.5加热蒸汽量D（kg/h）2434.72117.1溶液浓度X/%16.927.5压强P/Pa传热系数K20001500传热面积A/m247.227.9蒸发器直径d/m0.91.01二次蒸汽出口管径d出/mm0.2980.50进口管截面积S/m20.0110.11738