大学真空浓缩毕业设计说明书任务名称：真空浓缩设备的设计设计人：指导教师：班级组别：设计时间：2013.4.1-2013.6.5成绩:目录1、设计说明书 (2)2、设计方案的确定 (3)3、方案说明 (4)4、物料衡算 (5)5、热量衡算 (5)6、工艺尺寸计算 (9)7、附属设备尺寸计算 (15)8、主要技术参数 (17)9、计算结果汇总 (17)10、设备流程及装备图 (18)11、参考文献 (21)第1章真空浓缩装置设计进料为2吨/小时的单效真空浓缩装置，用于浓缩天然乳胶的生产。
已知进料浓度为30%，成品浓度为60%，蒸发器真空度为0.085MPa。
加热蒸汽的压力为0.143MPa。
1.1原始数据：1、原料：浓度为30%的天然乳胶2、产品：浓度为60%的天然乳胶3、生产能力：进料量二吨每小时，一天工作10个小时4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力为0.143MPa。
5、压力条件：蒸发器为0.085 MPa的真空度1.2设计要求内容：1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。
2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、传热面积等。
3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺寸等。
4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用5、流程图及装配图绘制1.3设计要求1、设计说明书一份；2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等；3、蒸发器流程图和装配图第2章设计方案的确定2.1蒸发器的确定选用降膜式蒸发器。
在降膜式蒸发器内，溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，液膜传热热阻较小，即使在较低的传热温度差(如5～10℃)下，传热系数也较大。
由于溶液不循环，在蒸发器中的停留时间短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发。
而且，整个溶液的浓度，也不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，故由于溶液蒸汽压降低所引起的温度差损失就相对小些。
此外，因是膜状流动，故液柱静压强引起的温度差损失可以略去不计。
所以在相同操作条件下，这种蒸发器的有效温度差较大。
由于蒸发管很长，料液沸腾时所生成的泡沫极易在管壁上因受热而破裂，因此降膜蒸发器又适用于蒸发易生成泡沫的料液，同时也适用于蒸发粘度较大的料液。
因为天然乳胶粘度大，又是热敏性物料，所以选择降膜式蒸发器。
另外降膜式蒸发器的造价相对于其他蒸发器相对较低。
所以综合考虑后选择降膜式蒸发器。
1.蒸发器的效数：单效真空蒸发。
虽然知道双效比单效节能，但是天然乳胶必须在低温条件下生产，为了保证质量只得选用单效。
对于天然乳胶这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。
2.操作压力：直接饱和蒸汽加热，压力为0.143MPa。
3.辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器第3章方案说明本流程采用直接蒸汽加热，单效降膜式蒸发器蒸发。
使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。
3.1设备流程：1）物料：天然乳胶通过预热管预热，然后由顶部液体分布器均匀进入加热管内，由上而下靠自身重力拉成薄膜状，通过壳层的热源使其内部水分产生蒸发。
料液聚集到倾斜的底部，与蒸发产生的二次蒸汽一起进入分离室。
蒸汽从顶部经捕集器净化后吸出，浓缩液流由分离室底部流出，由分离室出来的物料浓度达到所要求60％。
2）加热蒸汽：Ⅰ效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给。
一效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。
3）本流程采用直接蒸汽加热，单效降膜式蒸发器。
使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。
真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持天然乳胶的沸腾，需要不断供给热量。
必须顺速排除二次蒸汽；如不及时排除二次蒸汽，又会凝结成水回到天然乳胶中去。
本操作中将二次蒸汽引入冷凝器冷却。
4.1蒸发水量的计算:每小时处理量：∵⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=n x x F W 01 （常用化工单元设备设计153页 4-2）h Kg x x F W /1000)60301(2000)1(10=-⨯=-= 式中0F —原料处理量，kg/h ；x 0——进蒸发器料液的浓度，质量百分比；x 1——出蒸发器料夜的浓度，质量百分比； W ——水分蒸发量kg/h ；4.2成品产量：F 1=0F -W=2000-1000=1000 kg/h日处理量：每天10小时：2000×10=20 吨/日5.1有关参数（1） 总蒸发量：1000 kg/h （2） 进料： 1x =30% 1T =110℃出料： 2x =60% 2T =95℃ （3） 真空度分配：蒸发器： 1P =0.85×105P a （查得此压力下饱和蒸汽温度 1T =95℃）来自《食品工程原理》841页饱和水蒸汽表二次蒸汽的热参数值如下表5.2加热蒸汽消耗量的计算加热蒸汽用量可通过热量衡算求得（查食品工程原理719页 11-10）Ql Dhw h W F W H Fh DH ++-+=+10)(' 式中：H ——加热蒸汽的焓，kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓，kJ/kg ; h0 ——原料液的焓，kJ/kg ; h1 ——完成液的焓，kJ/kg ; hw ——加热室排出冷凝液的焓，kJ/h ; Q ——蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h ; QL ——热损失，可取Q 的某一百分数，kJ/kg ;若原料由预热器加热至沸点后进料（沸点进料），即t0=t1，并不计热损失，则式可写为：r Wr D '=或 r r W D '=式中：D/W 称为单位蒸汽消耗量，它表示加热蒸汽的利用程度，也称蒸汽的经济性。
r Q Wr D L'+=Dr Q 05.0L =故r Wr D 95.0'=由本书查附录 得：当P=0.1473 MPa(表)时，T=110℃，r=2232kJ/kg当Pc=85KPa(真空度)时，Tc ＇＝95℃ r ＇＝2270.9 kJ/kg故kg/h5.3传热面积的确定（查食品工程原理721页）蒸发器传热量：h kJ D /239024922329.1070Q 0=⨯=⨯=γ 有效温度差：1595110T 101=-=-=∆T T ℃降膜式 K m h kJ K ⋅⋅=21/3500 ∴蒸发器加热面积：21112.531530002390249S m T K Q =⨯=∆⋅=1070.92232 95 . 0 2270.91000 = ⨯ ⨯ =D 0709 . 1 1000 1070.9= = W D第6章工艺尺寸计算6.1加热器的尺寸根据《常用化工单元设备设计》162、164页，采用φ38×2.5mm 不锈钢管，管长L=4 m ∴1284033.014.312.53n 011=⨯⨯==L d S π（根） 式中 S ——传热面积，2m ； 0d ——加热管直径，m ； L ——管子长度，m 。
取管间距为1.25H d 的同心圆排列：在φ185.8～280.8之间的管板内，加一根φ200mm 中央抽气管，所以排列总管数为130根。
∴蒸发室加热面积：2I 88.534033.014.3130S m =⨯⨯⨯= 加热室壳体直径的计算：()e b t D 21+-= 式中 D ——壳体直径，m ； t ——管间距，m ；b ——沿直径方向排列的管子数e ——最外层管中心到壳体内壁的距离，取mm d e H 5.473825.125.1=⨯== 管子在管板上的排列间距：mm d H 5.473825.125.1t =⨯== 中心排列管子数：1226b =⨯=（根）内径()()mm e b t D B 5.6175.4721125.47211=⨯+-⨯=+-= 根据《常用化工单元设备设计》163页 取外壳壁厚δ=10mm外径mm D B 5.637102.6172D 11H =⨯+=+=δ 将外径圆整到700mm6.2蒸发室直径的确定蒸发室：360040111⋅'⋅⋅=ωπV W d m （参考《化工设计》第19卷第5期 1991年10月25日）式中 1W ——蒸发水量 [kg/h] 1V ——二次蒸汽比体积 []kg m /3'0ω——二次蒸汽上升速度 []s m /查《食品工程原理》841页饱和水蒸气表并用计算得95℃饱和水蒸汽的密度31/5039.0m kg =ρkg m V /98.15039.011311===ρs m /04.25039.026.426.43310==='ρω∴m 586.0360004.2414.398.11000d 1=⨯⨯⨯=取m d 6.01=6.3蒸发室的截面积F=42d π蒸发室：F 1=46.014.32⨯=0.28㎡6.4蒸发室的高度根据《常用化工单元设备设计》163页取蒸发室高径比H/D=2 ∴蒸发室：m d H 2.16.02211=⨯=⨯=6.5循环管尺寸上循环管直径取 m d d 12.06.02.02.011=⨯=='下循环管直径取 m n d d B38.0130033.0222=⨯=⋅=" 式中 B d ——加热管内径； n ——加热管根数。
6.6连接管直径的确定1、加热蒸汽进口管径d md m =πmF ⨯4式中：F m ——进口管截面积，㎡3600⨯=m mm DV F ωV m ——加热蒸汽的比容，m 3/kg根据加热蒸汽压力为0.143Mpa ，由《食品工程原理》饱和水蒸汽表查得3/8254.0m kg =ρV m = 1/0.8254=1.2115m 3/kg由《食品工厂机械与设备》得：加热蒸汽进口压力为3大气压，取饱和蒸汽的速度为30米/秒，蒸汽进口压力为1大气压，取饱和蒸汽的速度为25米/秒，故本题加热蒸汽进口压力为1.43大气压，取饱和蒸汽的速度为26.075米/秒。
m ω——饱和蒸汽速度，26.075m/s 故 201382.03600075.262115.19.1070m F m =⨯⨯=m d m 1327.014.301382.04=⨯=由《食品工程原理》P852：取整后选用mm d m 140=，壁厚mm 5.4,内截面积为201347.0m所以实际饱和加热蒸汽的速度：s m F V D m m m /75.26360001347.02115.19.107036001=⨯⨯=⨯=ω2、二次蒸汽出口的管径：二次蒸汽出口的温度为95℃，由《食品工程原理》841页饱和水蒸汽表查得3/5039.0m kg =ρkg m V m /9845.15039.0113===ρ由《食品工厂机械与设备》在减压真空状态下，管的出口处二次蒸汽速度为100～160米/秒，取 v 1=100m/s 所以 d 1=11136004v V W π=360010014.39845.110004⨯⨯⨯⨯=0.084m取整后选用mm d 891=，壁厚mm 5.3,内截面积为200528.0m 的普通无缝钢管6.7分离室直径与高度的确定分离室的直径与高度取决于分离室的体积，而分离室的体积又与二次蒸汽的体积流量及蒸发体积强度有关。