蒸汽喷射器在DL-苹果酸蒸发中的节能应用分析.pdf

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1、390化工机械2013年蒸汽喷射器在DL一苹果酸蒸发中的节能应用分析柳杰’李庆生朱永峰(南京工业大学机械与动力工程学院)●摘要在DL一苹果酸双效降膜蒸发工艺流程的基础上，提出使用蒸汽喷射器对二次蒸汽增压并将混合蒸汽作为I效加热热源的方案。分析表明：该方寨能有效提高二次蒸汽的利用率，可以使DL一苹果酸蒸发能耗降低7％以上。关键词蒸汽喷射器苹果酸降膜蒸发节能中国分类号TQ051．35文献标识码B文章缩号0254-6094(2013)03-0390-03DL一苹果酸作为一种安全无毒的酸味剂广泛应用于食品和饮料行业中，随着其保健作用的发现，需求量也越来越大⋯。工业上DL一苹果酸溶液浓缩以蒸发操作为主

2、，其蒸发量大和能耗高，稳定性和卫生性要求严格。笔者将蒸汽喷射器引入DL一苹果酸产量为5t／h、浓缩浓度为20％一40％的逆流双效降膜蒸发流程中，计算分析了蒸汽喷射器对二次蒸汽的利用效率以及蒸发操作总体能耗的影响。1蒸发工艺流程配套有蒸汽喷射器的DL一苹果酸逆流双效降膜蒸发器蒸发流程如图1所示。物料出口图1配套有蒸汽喷射器的苹果酸蒸发工艺流程·柳杰，男，1987年6月生，硕士研究生。江苏省南京市，210000。第40卷第3期化工机械391原料液经过预热器预热之后进入第1I效蒸发器，通过料液分布器均匀分布到加热管管壁上，在重力的作用下均匀的沿管壁下流并吸收管外加热蒸汽热量蒸发汽化。料液在分离室完

3、成汽、液分离，初步浓缩的料液进入第1效蒸发器再次蒸发浓缩，最终得到所需浓度的浓缩液。生蒸汽通过蒸汽喷射器将第1效产生的部分二次蒸汽增压后作为加热热源进入第1效蒸发器内，混合蒸汽在蒸发管外放热冷凝，冷凝水进入预热器预热物料。第1效蒸发器所产生的二次蒸汽除去被蒸汽喷射器吸人的部分，其余的进入第1I效蒸发器作为加热热源。在第1I效蒸发器的汽液分离室设置有真空泵以降低第1I效的蒸汽压，提高蒸发效率。无蒸汽喷射器的蒸发流程中，物料流程与配套有蒸汽喷射器的工艺流程相同，生蒸汽流程是将图1中的蒸汽喷射器取消，生蒸汽直接进入第1效作为加热热源，第1效产生的二次蒸汽全部进入第1I效作为加热热源。2苹果酸蒸发操

4、作的蒸汽消耗2．1无蒸汽喷射器蒸发流程的蒸汽消耗多效蒸发计算由于未知量较多，相应的关系式也较多，一般采用先给定初值然后迭代计算的方法"]。蒸发计算的主要依据是物料平衡和能量平衡。各效物料平衡计算式为：肚F(·一妻)雕；扣式中，——加料量；形——蒸发量；X。广一初始浓度；x_终了浓度。各效能量平衡计算式为：Wi=[a．+(F。一CWl一⋯一CWi—1)JB]田Hi—CTi％2瓦式中C——水的比热；日。——第i效的加热蒸汽的焓；日：——第i效的二次蒸汽的焓；t。——第i效的溶液温度；a。——第i效的蒸发系数；．IB——自然蒸发系数；(1)(2)71；——各效的热利用系数，取0．97。在多效蒸发计

5、算中，一般是先假设各效的蒸发量和蒸汽压降相同，通过式(1)、(2)计算出相应数据，将计算数据与设定值作比较并对设定值做出修正，进行迭代计算后，得到较为符合的结果。无蒸汽喷射器的蒸发工艺流程相应数据见表1。表1无蒸汽喷射器蒸发流程计算结果参数I效II效加热蒸汽压强／kPa加热蒸汽温度／。C二次蒸汽压强／kPa二次蒸汽温度／℃料液沸点升高／℃料液温度／。C管路损失／。C有效传热温差／。C传热系数／W-m～·K一计算蒸发量／t计算传热面积／m2设计传热面积／m2加热蒸汽时蒸汽耗量／t料液浓度／％生蒸汽耗量／t·h“汽耗比8434957542167655217856Ol1719l200l1001．2

6、91．2l4240451．351．2926／4020／261．351．35／2．50=0．542．2配套蒸汽喷射器的蒸发流程蒸汽消耗配套有喷射器的多效蒸发蒸汽消耗计算也是以式(1)、(2)为基础的。由于蒸汽喷射器的加入，I效的一部分二次蒸汽增压后返回l效，所以I效的蒸发量明显要超过II效。这个计算过程更倾向于先设定I、II效的蒸发量，根据第1效蒸发量和能量守恒计算出I效的加热蒸汽量，其中能量守恒计算式为：Q=[FCo(t—to)+wi]田(3)式中C。——溶液的比热"1；F——物料量；Q——总传热量；i——溶液汽化热；t—t。——溶液温升；形——蒸发量；392化工机械2013年田——热损失补

7、充系数，此处取1．02。然后，根据蒸汽喷射压缩器的引射系数计算出所需的加热蒸汽和返回第1效的二次蒸汽量，再通过式(3)得出第1I效的蒸发量，将这个蒸发量与设定的蒸发量相比较，然后调整初始的设定值，迭代计算，直到得到相吻合的结果。蒸汽喷射器的工作蒸汽为700kPa，引射蒸汽(即I效的二次蒸汽)为34kPa，混合蒸汽为84kPa，引射系数利用索科洛夫法¨o计算，计算结果为0．44。配套蒸汽喷射器的蒸发工艺流程相应