（011、
W=180001-1=13695.652kg/h
0.46丿
式中F。
一原料处理量，kg/h；
X0――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Wf18000=6521.739（kg/h）
1+1.1
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二型00!
!
%=17.25%
1F0-Wi18000-6521.739
有关参数
（1）原料液总量：
18000kg/h
（2）进料：
x1=11%「=890
出料：
X2=46%T2=41.40
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（0）
汽化潜热（kg）
I效加热蒸汽
P=67.48
T1=89
笃=2282.845
I效二次蒸汽
P=29.811
T；=69
笃'=2333.054
U效加热蒸汽
P=28.536
T2=68
丫2=2335.565
U效二次蒸汽
P=8.173
T2'=42
丫2'=2397.908
冷凝处蒸汽
P=7.752
T3=41
爲=2400
.3.2估计各效溶液的沸点和有效总温度差
=f嘉
J"m'tc
式中：
厶——温度差损失，0
「一一操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，0
二—液层静压引起的温度差损失，0
「厂一一管路流动阻力引起的温度差，C
.爲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：
£0.0162（T'273）2
f'
r
式中：
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
2
式中：
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）
3
P溶液密度，kg/m
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
常温下果汁沸点升咼」a1=0.145C:
a2=1.48C
0.0162（69+273
233（354
0.1450.118C）
2
0.016242273
2397.908
1.48=0.992（°C）
由于静压强，降膜式蒸发器：
"仁"2=0（C）
打丄爲"=1（C）
两效果汁的沸点分别为
11=爲1爲69=0.1180169=70.118C
t2=22242二0.9920142二43.992C
压力（kPa）
T「C）
汽化潜热
（kJ/kg）
I效加热蒸汽
P=67.48
Ti=89
2282.845
I效料液
P=32.307
t1=70.118
仁=2329.879
I效二次蒸汽
P=29.811
Ti'=69
叮=2333.054
U效加热蒸汽
P=28.536
T2=68
2335.565
U效料液
P=9.070
t2=43.992
?
2=2392.887
U效二次蒸汽
P=8.173
T2'=42
J=2397.908
冷凝处蒸汽
P=7.752
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：
Qii=（Fcpo-Wcpw一W2cpw-••…一W」Cpw）魚」-tjW
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
「itj-tj
Wi二i[D—（FCpo-WQpw-Wzcpw-•••••-WijCpw）^1]
「iri
式中Di----第i效的加热蒸汽量，kg/h，当无额外蒸汽抽出时Di=叫」；
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）；
ti，ty--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W=W,W2-W!
联解而求得。
i=0.98
1=0.98
进料，Cpo=3.91kJ/（kg.C）,CPW=4.187kJ/（kg.C），查课本附录九得
「1=2125.4kJ/kg,对于沸点进料，t。
7
W=1=0.982329.879/2333.054D1=0.98D1（a）
A
同理第二效的热衡算式为：
2=0.98
FCp0-WICpW.
「2
=0.98[W2392.887/2397.908+（180003.91-W4.187）（70.118-43.992）
/2397.908]
=0.933W+751.477（b）
又W+W2=13695.652（d）
联立（a）,（b）,（c）
式,解得：
W1=6696.42kg/h;W>=6999.23kg/h
D1=6833.08kg/h
3.4蒸发器的传热面积估算
Qi---第i效的传热速率，W
Ki---第i效的传热系数，W/（mi.C）
厶ti---第i效的传热温度差，CSi-----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
Kr=ti
Qi=Diri=6833.082329.8791000/3600=4.42106W
£=T-t1=89—70.118=18.882C
Q2=Wir2=6696.422392.8871000/3600=4.45106W
:
t2=T-t2=68-43.992=24.008C
误差为1_鱼胡_空昱二0.0240.05误差很小，在误差允许范围之内
Smax218.06
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'1=1.1S1=1.1212.80=234.08m2
2
S'=1.1S2=1.1218.06=239.87m
效数
1
2
冷凝器
加热蒸汽温度（C）
89
67
42
操作压强P/（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
2
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
S
…n=
兀do（L—0.1）
n2
S
■dc（L-0.1）
239.87
3.143810”8.9
=226根
式中S——传热面积，m2;
do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：
%1=1.19.221=18根nc21.19、226=18根
Di=tnc-12b'b'=（1-1.5）d0取b'=1.5b0=1.538=57mm
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。
作二tb-12e=4817-1257/1000=880mm
D2B=tb-12e=4817-1257/1000=880mm
根据《常用化工单元设备设计》163页
为了工程上安装方便，取实际内径为1000mm
4•2接管尺寸的确定
式中V；-----流体的体积流量m/h；u—流体的适宜流速
m/s，估算出内径后，应从管规格表格中选用相近的标准管。
4•2•1溶液进出口
于并流加料的三效蒸发，第一效溶液流量最大，若各效设备尺寸一致的话,
0.8m/s；
=0..085m
根据第一效溶液流量确定接管。
取流体的流速为’_[4V_4"8000
D0二二
■u36001079.113.140.8
所以取巾90X2.5mn规格管。
4•2•2加热蒸气进口与二次蒸汽出口
各效结构尺寸一致二次蒸汽体积流量应取各效中较大者。
取流体的流速为
40m/s，
=0.582m
所以取巾610X6.0mn规格管。
4•2•3冷凝水出口
冷凝水的排出一般属于液体自然流动，接管直径应由各效加热蒸气消耗量较大者确定。
取流体的流速为0.1m/s
=0.1555m
所以取巾168X4.0mm规格管。
第5章蒸发装置的辅助设备
5•1气液分离器
蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体，虽在分离室得到初步的分离，但是为了防止损失有用的产品或防止污染冷凝液，还需设置气液分离器，以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，故气液分离器或除沫器。
其类型很多，我们选择惯性式除沫器，起工作原理是利用带有液滴的二次蒸汽在突然改变运动方向时，液滴因惯性作用而与蒸汽分离。
取流体的流速为25m/s
在惯性式分离器的主要尺寸可按下列关系确定：
D=D;
D:
D2:
D3=1:
1.5:
2H=D3
h=0.4~0.5D1
D0-
二次蒸汽的管径，mD
1除沫器内管的直
径，m
D2
除沫器外管的直径，mD
3除沫器外壳的直
径，m
H
-除沫器的总高度，mh
除沫器内管顶部与器顶的
距离，
m
D°=伫=」4汽669642二=0.221m则取相近标准管子
二u.36000.33143.1425
住2456.5mm，贝UDo=245
Di=245mmD2=367.5mmD3=490mmH=490mmh=98mm
选取二次蒸汽流出管：
「2456.5mm除雾器内管：
：
•:
亡779.0mm
除雾器外罩管：
「5309.0mm
5•2蒸汽冷凝器
蒸汽冷凝器的作用是用冷却水将二次蒸汽冷凝。
当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或会严重地污染冷却水时，应采用间壁式冷却器。
当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝器。
二次蒸汽与冷凝水直接接触进行热交换，其冷凝效果好，被广乏采用。
现采用多孔板式蒸汽冷凝器：
5•2•1由计算可知，进入冷凝器的二次蒸汽的体积流量可计算得到冷凝器的直径D
机组号
项目
I效蒸发器
U效蒸发器
进料浓度
4.5%
6.31%
进料温度C
61.1
-
进料量kg/h
4716
2047.68
二次蒸汽压力MPa
0.021
0.008
蒸汽温度C
61.1
41.4
出料浓度
6.31%
28%
出料量kg/h
2047.68
716
计算结果汇总表
料液处理量，kg/h
4716
蒸发水量,kg/h
4000
产品产量,kg/h
716
蒸汽用量，kg/h
2047.68
冷凝水用量，kg/h
78700
I效蒸发器直径,m
1.6
U效蒸发器直径,m
1.8
I效蒸发器传热面积，m
13.68
U效蒸发器传热面积，m
70.56
I效蒸发器高度,m
3.2n
U效蒸发器高度，m
3.6
加热管尺寸,mm
©32x1.5L=3000
上循环管直径，m
0.32
下循环管直径，m
0.52
加热蒸汽进口管径，mm
2191
I效二次蒸汽出口进入U效的管径，mm
245
U效二次蒸汽的出口管径，mm
325
分布器
旋液式
捕集器
惯性捕集器
冷凝器
水喷式冷凝器
设备流程及装备图
（一）设备流程图
顺流式双效真空降膜浓缩设备流程图
1-平衡槽2-冷凝水泵3-二效蒸发器4-一效蒸发器5-杀菌器6-保温管
7-物料泵8冷凝水泵9-岀料泵10-酸、碱洗涤液贮存槽11-热压泵12-冷却水泵
13-水力喷射器14-物料预热器15-水箱16-分气缸17-回流阀18-岀料阀
（二）一效蒸发器简图
300（600）1
\auz^4
Qa1
■1210（1810）-
1
物料入口
2
上不凝气体出口
3
物料入口
4
加热蒸汽入口
5
物料出口
6
真空压力表接头
7
下不凝气体出口
8
加热蒸汽冷凝水出口
9
二次蒸汽物料出口接分离器
10
物料出口
11
加热蒸汽入口
12
物料入口
13
真空压力表接头
14
加热蒸汽，冷凝水出口
设计者
指导者1
日期
比例
；备注
梁福宜
陈海光;
2006.1
1：
120
一效蒸发器简图
（三）惯性捕集器
2
\7
第6章参考文献
[1]贾绍义，柴诚敬主编•化工原理课程设计[M].天津：
天津大学出版社，2002.
[2]蕲明聪，程尚模，赵永湘•换热器[M].重庆：
重庆大学出版社，1990.
[3]魏兆灿.塔设备设计[M].上海：
上海科学技术出版社，1988.
[4]聂清德编.化工设备设计[M].北京：
化学工业出版社，1991.
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机械工业出版社，1997.
⑹时钧主编.化学工程手册[M].北京：
化学工业出版社，1996.
[7]匡国柱.化工单元过程及设备课程设计[M].北京：
化学工业出版社，2006.
[8]陈英南，刘玉兰主编.常用化工单元设备的设计[M].广东：
华东理工大学，2005.
[9]任晓光.化工原理课程设计知道.化学工业出版社
第7章设计评述
化工原理是在研究化学工业共性的基础上发展起来的。
本课程属于技术基础课程，主要研究化工生产中的物理加工过程，按其操作原理的共性归纳成若干个“单元操作”，研究对象由过程和设备两部分组成，通过学习本课程不仅使学生掌握如流体输送、液体搅拌、过滤、沉降、传热、蒸发、精馏、吸收、干燥等典型化工单元操作的知识，而且让我们掌握一般工程处理方法。
本次做的是蒸发操作。
蒸发操作大量用于化工、制药、食品、生物等生产。
由此可见蒸发在现实生产生活中的作用极其重要。
鉴于蒸发的重要性，我们专门做了有关蒸发课程设计的的说明书。
在老师的辛勤指导下，我们顺利地完成了蒸发课程设计。
双效蒸发器是一种基于低温操作和能耗节省的浓缩设备，已广泛应用于中药行业中，尤其适用于热敏性物料的低温真空浓缩，是目前中药提取液浓缩过程的常用设备。
在做课程设计的过程中，我们明白了理论与实际结合的重要性，课程设计让我们有机会把所学的知识运用在实践中去，真正有用的解决实际问题。
从这次课
程设计的过程中，我学到了如何选择一种合适的双效蒸发的设备等。
在这次课程
设计作业的过程中由于在设计方面我们没有经验，理论基础知识掌握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，女口：
在计算的时候可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准确；这些都暴露出了前期我在这些方面知识的欠缺和经验的不足。
对于我来说，收获最
大的是方法和能力；那些分析和解决问题的能力。
最重要的是，我学到了如何去独立完成一项与实际结合的设计，培养了我综合应用化工原理课程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在今后的学习过程中我会更加努力。
真的很感谢有这样的一次机会！
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