室内溶液比热容为cp0，二次蒸汽的汽化潜热为r’，热量损失为QL，根据能量守恒可知：
D?Fcp0(t1?t0)?Wr'?QLr （2-2-1）
式（2-2-1）即加热蒸汽消耗量的计算公式。从公式可以看出，加热蒸汽放出的热量用于三个方面：将料液从t0加热到沸点，将其汽化，以及弥补热损失。设计中热损失忽略不计，并采取沸点进料（t0=t1），则得：
D?Wr' （2-2-2） r水的汽化潜热随温度或压强的变化不大，可取r?r'，从而D?W， 即加热蒸汽量为：
D?1.3334kg/s
2·3 传热面积计算
由传热速率方程得到蒸发室的加热面积为：
S?QDr （2-3-1） ?K?tmK(T?t1)式中：
S——传热面积，m2；
Q——传热量，J ；
K——传热系数，K?1500W/(m2?K)；
?tm——加热蒸汽与操作液沸点之差，℃；
T——加热蒸汽温度，℃；
t1——操作液沸点，℃；
式（2-3-1）中D、K已知，可查得200kPa的压强下T?120.2C，50kPa的压强下由于溶液的蒸汽压降低而导致的沸点升高?'和液体静水压引起的沸点升高?''t1'?81.2oC；
的存在，操作液实际沸点为：
ot1?t1'??'??'' （2-3-2）
?'的计算：
吉辛科公式：?'?式中：
f?0' （2-3-3）
?0'——操作液浓度对应蔗糖溶液在0.1Mpa下的沸点升高(可由附表1查出)
f——校正系数，其值为：
0.0162?(273?t')2f? （2-3-5）
r式中 r ——操作压强下水的汽化潜热，kJ/kg。 可查得50kPa下t’=81.2℃，r=2304.5kJ/kg，则：
0.0162?(273?81.2)2f??0.8819
2304.5代入式（2-3-3）可得：
?'?0.8819?1.2oC?1.0583oC
?''的计算：
pm?p??gH2 （2-3-6）
式中 ?——液体的密度，kg/m3;
H——总液层的高度，m。
设计中：
液面的高度：H＝1.8m；
番茄汁的密度可由糖溶液物性的经验拟和式求出，
??1005.6?0.2473t?3.726x?2.0315?10?3t2?1.8453?10tx?0.01809x(kg/m)式中 t——温度，℃；
x——糖的质量分数,%。
?323 （2-3-7）
操作压强为50kPa，对应水的沸点为81.2℃，可近似认为t=81.2℃，且已知x为40，则有：
??1144.1151kg/m
3则：
pm?p??gH21144.1151kg/m3?10m/s2?1.8m?50000Pa?
2?60297.0350Pa分别由压强p和pm查取水的相应沸点为t和tm，则静压效应的沸点升高?''近似为
?''?tm?t
即 ?''?85.6C?81.2C?4.4C 则：
ooo (2-3-8)
t1?t1'??'??''?81.2oC?1.0583oC?4.4oC ?86.6583oC代入公式（2-3-1）可得：
S??QDr?K?tmK(T?t1)
1.3334kg/s?2304.5?1000J/kg 2oo1500W/(m?K)(120.2C?86.6583C)?59m22·4 计算结果列表
表2-4-1衡算及传热计算结果
项目 蒸发水量 （kg/s） 加热蒸汽量 （kg/s） 传热面积 （m2） 3.蒸发器主体工艺设计
我们选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下。 3·1 加热管的选择和管数的初步估计 3·1·1 加热管的选择和管数的初步估计
沸腾加热管多采用?25～75mm的管子，长度一般在0.6~2m，管长与管径之比为
数值 1.3334 1.3334 59 20~40，材料为不锈钢或其他耐腐蚀材料。
管径与长度的选择应根据溶液结垢难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑，
易结垢和易起泡沫溶液的蒸发易选用粗短管，反之，则采用细长管。根据我们的设计任务和番茄汁的性质，我们选用以下的管子：
管长 L＝1.3m，管径?50*2.5mm
可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n，
S59m2n???289??d?L3.14?0.05m?1.3m （3-1-1）
式中：
S——蒸发器的传热面积，m2，由前面的工艺计算决定（优化后的面积） d——加热管外径，m L——加热管长度，m 3·1·2 循环管的选择
中央循环管的截面积一般为总加热管束截面积的40％～100％。循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减小的原则考虑的，假设中央循环管的截面积一般为总加热管束截面积的70％，则：
d20.05m2?289?3.14??0.5672m2 （3-1-2） 总加热管束截面积：S'?n???44中央循环管的截面积：S循环＝0.7S'＝0.7?0.5672m?0.3970m （3-1-3） 中央循环管的直径：d循环＝224S循环4?0.3970m2＝?0.7111m （3-1-4） ?3.143·1·3 加热室高度及直径的确定
加热室高度略低于液面高度，设为1.7m。 中央循环管的直径一般为加热室直径的1/4～1/5，设计中取1/4。则：
加热室直径：d加热室＝4?d循环＝4?0.7111m?2.8444m （3-1-5） 3·1·4 分离室直径与高度的确定 分离室尺寸确定原则：
（1）对于中央循环管式蒸发器，其分离室一般不能小于1.8m，以保证足够的雾沫分离高度。分离室的直径也不能太少，否则二次蒸汽流速过大，导致雾沫夹带现象严重。一半分离室高度为加热室高度的1.1～1.5倍。
（2）在条件允许的情况下，分离室的直径尽量与加热室相同，这样可使结构简单制造方
便。
（3）高度和直径都适于施工现场的安放。
根据以上原则，设分离室高度为加热室高度的1.5倍，分离室直径与加热室相同，则： 分离室高度：H分离＝1.5?H加热?1.5?1.7m?2.55m （3-1-6） 分离室直径：d分离＝d加热＝2.8444m （3-1-7） 3·2 接管尺寸的确定
流体进出口的内径按下式计算：d?式中：
4Vm （3-2-1） ?U?Vm——流体的质量流量，kg/s；
U——流体的适宜流速，m/s ，
不同流体的适宜流速可由附表2查出。估算出内径后，应从管规格表格中选用相近的标准管。
3·2·1 料液进出口
设计中料液进出口使用相同管径，根据操作番茄汁的性质计算出原料进口的内径。由附表2可设原料番茄汁流速为0.5m/s，则
U1?0.5m/s
由式（2-3-7）可求得番茄汁的密度
?1?1144.1151kg/m3
§2·1 物料衡算中已计算出原料的质量流量，即
Vm'?1.6667kg/s
代入式（3-2-1）可求得：
番茄汁原料进口内径d1?4?1.6667kg/s?0.0609m
3.14?0.5m/s?1144.1151kg/m3根据热轧无缝钢管的规格（GB8163-87）,选用?68?3.5mm的热轧无缝不锈钢管。 3·2·2 加热蒸汽进口与二次蒸汽出口
由§2·1 物料衡算中计算表明，单位时间内加热蒸汽泵送量与二次蒸汽产生量相等。加
单效中央循环管蒸发器.
