升膜蒸發(fā)器設(shè)計計算說明書

1、食品工程原理課程設(shè)計目錄一 食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書2(1)設(shè)計課題2(2)設(shè)計條件2(3).設(shè)計要求2(4).設(shè)計意義3(5).主要參考資料3二 設(shè)計方案的確定3三 設(shè)計計算43.1.總蒸發(fā)水量43.2.加熱面積初算4（1）估算各效濃度4（2）沸點的初算4（3）溫度差的計算5（4）計算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量6（5）總傳熱系數(shù)K的計算7（6）分配有效溫度差，計算傳熱面積93.3.重算兩效傳熱面積9（1）第一次重算93.4 計算結(jié)果11四 蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計算11五 簡圖-13（1）工藝流程圖-13（2）細(xì)節(jié)圖-14一 食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書(1)設(shè)計課題：番茄汁濃縮工藝裝置

2、的設(shè)計計算(2)設(shè)計條件： 題目1：番茄汁低溫濃縮工藝裝置的設(shè)計設(shè)計任務(wù)及操作條件：生產(chǎn)能力：1170kg/h原料固形物含量：10%濃縮要求：使固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃縮至36%液加入溫度料：25原料最高許可溫度：58濃縮液經(jīng)冷凝后出口溫度：25加熱介質(zhì)：100的飽和蒸汽。物料平均比熱為3.50 kJ/(kg·K)，忽略濃縮熱試設(shè)計一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，滿足上述工藝要求。(3). 設(shè)計要求：1.設(shè)計一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)（滿足上述工藝要求并包括料液輸送系統(tǒng)，蒸發(fā)系統(tǒng)，冷凝水分離排除系統(tǒng)及真空系統(tǒng)）；2.提交設(shè)計計算說明書一份（應(yīng)包括目錄、設(shè)計計算任務(wù)書、設(shè)計方案的確定、各系統(tǒng)的設(shè)計計算及設(shè)備選

3、型、簡略的技術(shù)經(jīng)濟分析、參考文獻(xiàn)資料等）；3.工藝布置簡圖一幅（可附在設(shè)計計算書上）；4.注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計方案；5.提交日期：2014年12月30日。(4). 設(shè)計意義：1.蒸發(fā)可以除去番茄汁中的大量水分，減少包裝、貯藏和運輸費用。蒸發(fā)還能提高番茄汁的糖分濃度，增加番茄汁的耐貯藏性。選用升膜蒸發(fā)，果汁在蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)過一次加熱、汽化、分離過程，不進(jìn)行循環(huán)，在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間短，這對熱敏性的番茄汁是有利的。蒸發(fā)操作是一個能耗大的過程。采用多效蒸發(fā)是降低能耗的最有效方法。隨著效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時所需新鮮蒸汽量減少，操作費用降低；但效數(shù)越多，設(shè)備費用越高，而且隨著效數(shù)的增加，所節(jié)約

4、的新鮮蒸汽量越來越少。因此本次設(shè)計效數(shù)選為效。 2.當(dāng)料液進(jìn)入后效時會產(chǎn)生自蒸發(fā)，且番茄汁濃度依效序增加，高濃度番茄汁處于較低溫度時對熱敏性的番茄汁是有利的。3.通過課程設(shè)計，要求學(xué)生綜合運用本課程和前修課程基本知識，進(jìn)行融會貫通，獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工單元操作的設(shè)計任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生運用課本知識解決實際問題的能力，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓(xùn)練，為以后更為復(fù)雜的設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。(5). 主要參考資料：1.夏清、陳常貴主編，姚玉英主審，化工原理,天津大學(xué)出版社，2005，1 2.華南理工大學(xué)化工原理教研組，化工過程及設(shè)備設(shè)計,華南理工大學(xué)出版社.19953.化工設(shè)備的選擇與工藝

5、設(shè)計，中南工業(yè)大學(xué)出版社. 19924.叢德滋等, 化工原理詳解與應(yīng)用, 化學(xué)工業(yè)出版社. 2002，7, 151-1585.張承翼 李春英，化工工程制圖，化學(xué)工業(yè)出版社. 19976.張桂昭，三效逆流加料蒸發(fā)器的設(shè)計，化工設(shè)計. 1996（6）：6-107.蔣迪清等，食品通用機械與設(shè)備，華南理工大學(xué)出版社，2001，7，111-138.各類化學(xué)工程學(xué)報、期刊、化工設(shè)備手冊及其化工機械設(shè)備產(chǎn)品廣告二 設(shè)計方案的確定一對果汁進(jìn)行濃縮的好處：1.減少包裝、運輸和貯藏的費用；2.防止腐??；3.改善口感。二.確定設(shè)計方案：考慮到高溫會破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來對番茄汁進(jìn)行濃縮操作；由處理物料

6、（原料）的性質(zhì)及設(shè)計要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考慮到經(jīng)濟和效率問題，選用雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計要求，采用并流雙效升膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)。選用2m長38×3mm的無縫不銹鋼管作加熱管。三 設(shè)計計算3.1總蒸發(fā)水量3.2加熱面積初算（1）估算各效濃度:第一效蒸發(fā)后：由經(jīng)驗公式：: 1:1.1而 解得: （暫取15%）（2）沸點的初算查表：T=100時，P=101.33kpa；T=25時，=3.1684kpa設(shè)兩效蒸汽壓強相等解得時，查表沸點；，第二效加熱蒸汽=1=82.19-1=81.19蒸 汽壓力/KPa溫度/汽化熱/（KJ·Kg-1)效加熱蒸汽101.33100225

7、8.4效二次蒸汽52.249282.192301.7效加熱蒸汽50.081.192304.0效二次蒸汽3.7622262432.7進(jìn)冷凝器蒸汽3.1684252435.0（3）溫度差的計算將該溶液當(dāng)作蔗糖溶液處理，各效由于溶液的沸點升高引起的溫度損失差為：/1536/K0.20.84 g/106111.1585第一效時：第二效時：由液柱靜壓力引起的溫度差損失: （取液層高度為2m）第一效：此壓強下，第二效：此壓強下，取管路引起的損失各效料液的沸點和有效總溫差各效溫度差損失：效: 4.75+0.18+1=5.93 效: 27.66+0.50+1=29.16各效溶液的沸點：效: 82.19+5.9

8、3=88.12 效: 26+29.16=55.16各效有效溫差為：效: 100-88.12=11.88 效: 81.19-55.16=26.03最大可能溫差：損失溫差：有效總溫差：（4）計算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量 由題意知料液平均比熱為，查表得水的比熱為作第一效熱量衡算，得 其中所以 -同理作第二效熱量衡算，得 其中所以 -整理得 代入式可得： 由式可得：（5）總傳熱系數(shù)K的計算查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為濃度151061.1361158.5第一效時： 由管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有： 49188飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得： 傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計算： ）同理可得，第二

9、效時： 由管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有： 飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計算： ）（6）計算傳熱面積 為與加熱蒸汽耗量符號S區(qū)分，故以下面積符號采用3.3重算兩效傳熱面積（1）第一次重算由于兩效傳熱面積相差太大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，并重復(fù)上述計算步驟再算重新分配有效溫度差校正各效沸點、蒸發(fā)水量和傳熱量因第二效完成液沸點不變，所以第二效加熱蒸汽溫度為該溫度下對應(yīng)的汽化熱r=2321.40KJ/Kg第一效二次蒸汽溫度由和得第一效沸點該溫度下對應(yīng)的汽化熱r=2331.95KJ/Kg， =0.9491-86.68 - -解得：兩效的傳熱面積比較接近，故不在重算

10、考慮留適當(dāng)設(shè)計余量，通常加大1015%,取3.4 計算結(jié)果蒸發(fā)器序號加熱面積蒸發(fā)水量加熱蒸汽消耗量第一效第二效8.38.3428.6416.4542.9428.6總和16.6845.0971.5四 蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計算（1）加熱室傳熱管數(shù)目 管子采用正三角形排列采用脹管法，取t=1.5d0 t=1.5d0=1.5×38=57mm取=1.5d0 =1.5d0=1.5×38=57mm加熱室的直徑 圓整后，取加熱室直徑D為550mm.（2）分離室分離室體積計算式為:其中，U為蒸發(fā)體積強度，一般允許值為，在此取。將工藝計算中二次蒸氣的溫度和流量以及根據(jù)溫度所查得的二次蒸氣的密度

11、列于下表：效次二次蒸汽溫度（）75.1926二次蒸汽流量（kg/h)428.6416.4二次蒸汽密度（kg/m3)0.24350.0245為方便起見，各效分離室的尺寸均取一致，所以體積V取最大值。確定需考慮的原則：在允許的條件下分離室的直徑應(yīng)盡量與加熱室相同根據(jù) 取 得 五.簡圖（1）工藝流程圖（2）細(xì)節(jié)圖雙效升膜蒸發(fā)器：蒸發(fā)器選取理由：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間短 ，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。金屬絲除沫器： 除沫器選取理由：選用金屬絲除沫器，利用液體的慣性使氣液分離，以除去液沫，二次蒸汽通過多層金屬絲網(wǎng)，液滴黏附于金屬絲網(wǎng)，二次蒸汽透過，易于達(dá)到99%以上的除沫效率。填料式冷凝器： 1.冷水 2.二次蒸汽 3.冷凝水 4.不凝氣 5.噴嘴 6.填料冷凝器選取理由：選用填料式冷凝器，冷凝器中裝有一定高度的填料層，填料層由許多瓷環(huán)或其他材料充填而成，瓷