广西大学化工原理课程设计说明书设计题目：蔗糖汁溶液四效并流蒸发装置的设计设计者：学院：轻工与食品工程学院专业：轻化工程班级：轻化022班姓名：李昌武学号：020*******指导老师：周龙昌龙云飞设计日期：2005年7月18日前言1. 设计目的课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，设计的目的是综合运用本课程和前修课程的基本知识，完成以某项单元操作为主的一次化工设计实践。
通过课程设计，使我们了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，学会综合运用已学知识系统地分析和解决工程实际问题。
2. 设计原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点：⑴满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。
由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。
设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。
⑵满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用。
⑶保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。
同时，塔设备应具有一定刚度和强度。
3. 设计依据根据广西大学《化工原理课程设计任务书》进行本设计。
四效蒸发系统设计任务书（一）设计题目蔗糖汁溶液四效并流蒸发装置的设计。
（二）设计条件（三）设计项目（1）对工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。
（2）蒸发系统热力计算：确定各效蒸发器的传热面积。
（3）蒸发器主要结构尺寸设计。
（4）绘制蒸发流程图及蒸发器结构总图一张。
（5）对本设计的评目录一.确定设计方案1．1 蒸发器的确定根据糖渣汁的物理性质，其在浓缩过程中黏度变化大、流动性差等特点，以及蒸发产品的浓度要求，采用降膜式蒸发器。
液体分布器采用旋流式分布器，料液通过泵加压后进入旋流式分布器，利用离心力使料液均布于管的四周。
此蒸发流程采用四效并流降膜式常压蒸发流程。
料液从蒸发器顶部加入，在顶部有液体分布结构，以使每根加热管都能不断地、均匀地受液。
二次蒸汽与浓缩液一般呈并流而下，料液沿管内壁因二次蒸汽的作用使之呈膜状流动，液膜利用重力作用下流，使黏度较大的溶液的蒸发成为有利因素。
操作过程中，料液停留时间短；由于呈薄膜状，流体流速较大，因此蒸发给热系数相应较大；压降小，因此换热器工艺侧的压力和温度几乎接近常数，可不用或少用显热；由于工艺流体仅在重力作用下流动，而不是靠高温差来推动，所以允许用更经济的低温差。
降膜式蒸发器还具有浓缩比大、黏度范围大、传热效果好、蒸汽和水的耗量小、处理量大等特点。
1．2 气液分离器的确定气液分离器又称为除沫器，其作用一是使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，二是将浓缩液与二次蒸汽分离。
根据糖渣汁的物性，同时考虑到压强降及蒸汽气速范围，在高分离效率的条件下，选用旋流式气液分离器。
旋流式气液分离器不但使料液均匀地分配到每根传热管中，而还能使液体在整根管壁面上形成稳定而均匀的膜，其具有布液均匀，成膜稳定，操作弹性大，压降小，不易堵塞等优点。
1．3 蒸汽冷凝器的确定由于二次蒸汽为水蒸汽无需回收，则采用直接式冷凝器。
同时考虑到冷凝器的结构的适宜性、用水量及水的接触面积、压强降等因素，选用多层多孔板式蒸汽冷凝器。
其具有冷凝效果好，设备结构简单，操作方便，造价低等优点。
多层多孔板式蒸汽冷凝器由于多层板的作用，使冷却水呈雨滴分散，从而使冷却水与二次蒸汽的接触面积大大增加，达到很好的冷凝效果。
二．工艺设计计算蒸发的工艺计算主要是在已知料液流量、温度、浓度及最终完成液的浓度、加热蒸汽压和冷凝器中的压强的前提下，通过计算确定：加热蒸汽消耗量、溶剂蒸发量以及蒸发器传热面积，最后确定出设备尺寸。
蒸发工艺计算基本步骤：（1）根据生产任务算出总的蒸发水量，然后分配到各效，求出各效的蒸发水量。
（2）由加热蒸汽压强和末效压强，根据溶液的蒸汽压、液柱静压及流动阻力所引起的温度损失，算出总的有效温度差，再根据各效传热面积相等的原则，将总的有效温度差分配致各效，找出蒸发操作的温度条件。
（3）选用各效传热系数的经验值。
（4）按传热速率方程算出各效穿热面积。
2．1估算各效蒸发水量和完成液浓度总蒸发水量W=F（1-X0/X4）=43200*(1-0.136/0.60)=33048 kg/h对于该并流操作的四效蒸发，因有自蒸发现象，可按如下比例进行估算：W1：W2：W3：W4=1：1.1：1.2：1.3而在蒸发过程中，总蒸发水量为各效蒸发水量之和：W=W1+W2+W3+W4=4.6W1解得各效蒸发器蒸发水量分别为：W1=43200/4.6=7263kg/hW2=1.1*7263=7989kg/hW3=1.2*7263=8716kg/hW4=1.3*7263=9442kg/h则相应各效溶液的浓度分别为：X1=FX0/(F-W1)=43200*0.136/(43200-7263)=0.163X2=FX0/(F-W1-W2)=43200*0.136/(43200-7263-7989)=0.210X3=FX0/(F-W1-W2-W3)=43200*0.136/(43200-7263-7989-8716)=0.318X4=0.602．2估算各效溶液的沸点和有效温度差进入第一效蒸发器加热蒸汽压力为1.5atm（绝压），温度为80℃；第四效的蒸汽压力为0.14atm（绝压）。
设各效的压强降相等，则总压差为△P=P0-P4=1.5*101.325-0.14*101.325=152-14=138KP a则各效的平均压差为△Pi =△P/4=138/4=34.5KPa有各效压强差，可求得各效蒸发室的压强，即P`1=P0-△P1=152-34.5=117.5KP aP`2=P0-2△P1=152-2*34.5=83KP aP`3=P0-3△P1=152-3*34.5=48.5KP aP`4=14KP a由各效的二次蒸汽压强，从《化工原理》上册附录4和5查得相应的二次蒸汽的温度和汽化热如下：（1）各效由于溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失△`采用校正系数法。
根据各效二次蒸汽温度和各效完成液的浓度，查《食品工程原理》716页表11-1得在常压下各效的沸点升高为：△`a1=0.23℃△`a2=0.32℃△`a3=0.62℃△`a4=3.5℃校正系数法公式为：f=0.0162(T`+273)2/R`△`=f△`a各效的温度差损失计算如下：第一效：f1=0.0162（T`1+273）/ r`1=0.0162*(103+273)2/2248=1.02△`1=f1△`a1=1.02*0.23=0.23℃第二效：f2=0.0162（T`2+273）/ r`2=0.0162*(94+273)2/2272=0.96△`2=f2△`a2=0.96*0.32=0.31℃第三效：f3=0.0162（T`3+273）/ r`3=0.0162*(80+273)2/2306=0.88△`3=f3△`a3=0.88*0.62=0.54℃第四效：f4=0.0162（T`4+273）/ r`4=0.0162*(52+273)2/2375=0.72△`4=f4△`a4=0.72*3.5=2.52℃则四效由于溶液蒸汽压下降所引起的温度差损失△`= △`1+△`2+△`3+△`4=0.23+0.31+0.54+2.52=3.6℃（2）各效由于溶液静压强所引起的温度差损失△``取蒸发器中溶液液面高度h=1.5m。
各效溶液平均密度根据《甘蔗提汁》第一分册240页附表所得：ρ1=1065 kg/m3ρ2=1086 kg/m3ρ3=1136 kg/m3ρ4=1295 kg/m3各效溶液的平均压强计算公式为：P m=P`+pgh/2各效溶液的平均压强计算如下：P m1= P`1+ρ1gh/2=117.5+（1065*9.81*1.5）/2=125KP aP m2= P`2+ρ2gh/2=83+（1086*9.81*1.5）/2=91KP aP m3= P`3+ρ3gh/2=48.5+（1136*9.81*1.5）/2=57KP aP m4= P`4+ρ4gh/2=14+（1295*9.81*1.5）/2=24KP a根据各效溶液的平均压强，由《化工原理》上册查得对应的各效水的沸点为：T`pm1=105℃T`pm2 =96℃T`pm3=83℃T`pm4=62℃各效由于溶液静压强所引起的温度差损失计算公式：△``= T`pm- T`各效由于溶液静压强所引起的温度差损失计算如下：△``1= T`pm1- T`1=105-103=2℃△``2= T`pm2- T`2=96-94=2℃△``3= T`pm3- T`3=83-80=3℃△``4= T`pm4- T`4=62-52=10℃则由于溶液静压强所引起的总温度差损失为：△``=△``1+△``2+△``3+△``4=2+2+3+10=17℃（3）由于管路流动阻力引起的温度差损失△```由于管路流动阻力使其压强降低，蒸汽的饱和温度也相应降低，由此而引起温度差损失。
根据经验，各效间因管路阻力引起的温度差损失为1℃。
所以，由于管路流动阻力引起的温度差损失△```=0+1+1+1=3℃。
故该蔗糖汁四效并流蒸发流程总温度差损失为：△=△`+△``+△```=3.6+17+3=23.6℃（4）各效溶液的沸点和总有效温度差溶液的沸点计算公式为：△i=△`i+△``i+△```it i=T`i+△`i各效蒸发器温度差损失计算如下：△1=△`1+△``2+△```3=0.23+2+0=2.23℃△2=△`2+△``2+△```2=0.31+2+1=3.31℃△3=△`3+△``3+△```3=0.54+3+1=4.54℃△4=△`4+△``4+△```4=2.52+10+1=13.52℃则得各效溶液的沸点分别为；t1=T`1+△1=103+2.23=105.2℃t2=T`2+△2=94+3.31=97.3℃t3=T`3+△3=80+4.54=84.5℃t4=T`4+△4=52+13.52=65.5℃有效总温度差计算公式为：△t = (T1-T`k)-△由《化工原理》上册附录4查得压强为152KP a时蒸汽的饱和温度为111℃，汽化热为2228 kJ；冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度为52℃。
则有效总温度差△t=（111-52）-23.6=35.4℃2．3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算根据焓平衡原理，第i效的焓衡算公式为：Q i=D i r i=(Fc po-W1c pw-W2c pw-………-W I-1c pw)(t i-t i-1)+W i r`i在焓衡算式中需要计入溶液的浓缩热及蒸发器的热损失，要考虑热利用系数。