食品工程原理課程設(shè)計葡萄汁雙效濃縮工藝裝置設(shè)計

1、食品工程原理課程設(shè)計題目：葡萄汁雙效濃縮工藝裝置的設(shè)計任務(wù)書姓名：李云諾學(xué)號：學(xué)食品科學(xué)技術(shù)院：學(xué)院專業(yè)班級：食工1404指導(dǎo)教師：劉友明胡楊職稱：副教授授課老師中國武漢2016年12月目錄前言.21.設(shè)計概論與設(shè)計方案.31.1設(shè)計名稱.31.2設(shè)計條件.31.3設(shè)計任務(wù).33.總平面設(shè)計的簡要說明.44.工藝設(shè)計的思路及內(nèi)容的說明.44.1生產(chǎn)工藝流程.44.2設(shè)備選擇.54.2.1設(shè)備的選摘要求.54.2.2設(shè)備的采納范圍.54.3設(shè)計內(nèi)容.54.4工藝流水線設(shè)計簡圖.64.5雙效降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計計算.74.5.1雙效降膜式蒸發(fā)器工作原理圖.74.5.2各效蒸發(fā)量與完成液濃度預(yù)計.74

2、.5.3估量二次蒸汽壓強(qiáng)及溶液沸點.84.5.4估量各效溫度差損失.84.5.5加熱蒸汽耗費(fèi)量及各效蒸發(fā)量.104.5.6蒸發(fā)器傳熱面積的計算.104.5.7分配有效溫度差.114.5.8各種溫度差損失.114.5.9重算加熱蒸汽耗費(fèi)量及各效蒸發(fā)量.124.6設(shè)計計算結(jié)果列表.166.結(jié)論.177.參照文件.181.設(shè)計概論與設(shè)計方案1.1設(shè)計名稱葡萄汁雙效濃縮工藝裝置的設(shè)計設(shè)計條件1)辦理物料量：3600/h2)生產(chǎn)要求：每日10000kg（10噸）3)物料溫度：25葡萄原料加澄清劑離心銷售4)原料固形物含量：11.0%5)濃縮液固形物含量：36.0%6)原料最高允許溫度：78沖洗壓迫過濾低

3、溫收藏7)物料均勻比熱為3600J/(kg)（略濃縮熱）8)加熱蒸汽壓：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.33KPa9)冷凝器的絕壓：20KPa破碎（加入護(hù)果膠酶辦理蒸發(fā)濃縮殺菌色劑）10)加熱蒸汽液在飽和溫度下除去（忽視熱損失）。4.工藝設(shè)計的思路及內(nèi)容的說明4.1生產(chǎn)工藝流程滅酶冷卻分配灌裝4.2設(shè)備選擇4.2.1設(shè)備的選摘要求1)便于設(shè)備保護(hù)和噴淋洗凈；2)高效節(jié)能，切合生產(chǎn)要求，生產(chǎn)率高；3)水果在提高中盡量不被破碎以防引起污染，影響產(chǎn)質(zhì)量量，但適合的碰撞和摩擦有益于除去表皮污物、農(nóng)藥殘留以及殘次果中腐化變質(zhì)部分；4)便于擴(kuò)大生產(chǎn)；5)結(jié)構(gòu)簡單、噪音小、成本低、占地面積小。4.2.2設(shè)備的采納范圍各種

4、各種類號的泵、挑選沖洗設(shè)備、輸送設(shè)備、壓迫設(shè)備、離心設(shè)備、降膜式蒸發(fā)器、加熱裝置、滅菌設(shè)備。4.3設(shè)計內(nèi)容主要經(jīng)過雙效蒸發(fā)系統(tǒng)以每小時2000Kg的流量將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的葡萄汁濃縮到68%，原料在第一效的沸點下加入，加熱蒸汽壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，冷凝器為20KPa。時期各加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出，忽視熱損失，而后計算出相關(guān)關(guān)系，選擇適合的設(shè)備。4.4工藝流水線設(shè)計簡圖4.5雙效降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計計算雙效降膜式蒸發(fā)器4.5.1雙效降膜式蒸發(fā)器工作原理圖4.5.2各效蒸發(fā)量與完成液濃度預(yù)計x總蒸發(fā)量WF(10)3600(10.11)2500kg/hx10.36因本設(shè)計為雙效并流蒸發(fā)系統(tǒng)，故可設(shè)：

5、W1:W2=1:1.1W=W1+W2聯(lián)立以上兩式，解得：W1=2500W2=250012.11.1=1190kg/h=1309kgh2.1從而得：x1Fx0Fw136001360011900.11384.5.3估量二次蒸汽壓強(qiáng)及溶液沸點暫時忽視各種溫度差損失，以為蒸汽經(jīng)過各效的壓強(qiáng)降相等：101.320pip40.65kpapk2由各效的壓強(qiáng)差求得各效蒸發(fā)室的壓力為：plpip101.3340.6560.68kpa由pl從食品工程原理中查的相應(yīng)的二次蒸汽的溫度和汽化潛熱：T185.89Cr12293.05kJ/kg已知冷凝器絕對壓強(qiáng)為20kpa,查得相應(yīng)水蒸氣的溫度Tk60.1C，由經(jīng)驗值可知

6、因流動阻力而損失的溫度差為1C，故第二效二次蒸汽溫度T261.1C，查得相應(yīng)的汽化潛熱r22352.5kj/kg，壓強(qiáng)為P2=21.04KPa.4.5.4估量各效溫度差損失因溶液蒸汽壓降落引起的溫度差損失對于第一效：二次蒸氣溫度T1=85.89C，此溫度下的水的汽化熱為r1=2293.05kj/kg，常壓下22.51%的蔗糖沸點高升216.2(273.285.89)0.350.32C10.35，故a對于第二效：二次蒸汽溫度T2=61.1C，此溫度下的水的汽化熱為r2=2352.53kj/kg,10常壓下68%的蔗糖沸點高升4.58，故：a16.2(273.261.1)2235250024.58

7、53.52C因蒸發(fā)器內(nèi)液層靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失本設(shè)0計采納降膜式蒸發(fā)器，無靜壓效應(yīng)，故12因流動阻力引起的溫度差損失依據(jù)經(jīng)驗值，取效間蒸汽因流動阻力效應(yīng)溫度差降低1C，及1C12總的溫度差損失1212125.84C預(yù)計各效料液沸點及有效溫度差85.860.32086.21C各效溶液沸點分別為tT111tT22261.13.52064.62C第二效加熱蒸汽溫度為T2=T1-1=85.89-1=84.89C查得相應(yīng)加熱蒸汽的汽化潛熱r2=2295.48103kj/kg.查得pi=101.33kpa飽和水蒸氣的溫度T1=100C,對應(yīng)的汽化潛熱r1=2258.4103kj/kg.所以，有效總溫差為

8、t(T1Tk)(10060.1)34.06C現(xiàn)將各數(shù)據(jù)列于本表中項目第一效第二效加熱蒸汽壓強(qiáng)p(kpa)101.33-溫度T(kpa)10084.89汽化熱r(kj/kg)2258.42295.48二次蒸汽壓強(qiáng)p(kpa)60.6821.04溫度T(C)85.8961.1汽化熱r(kj/kg)2293.042352.5溫度差損失(C)0.320(C)00(C)11溶液沸點t（C）86.2164.62有效溫度差t（C）13.7920.27總有效溫度差t（C）34.0610.962293.05第二效：查得葡萄的定壓比熱容容3.60Kj/(Kgk),水的定壓比熱容為4.187，故葡萄汁的：Cp04.

9、187(10.2251)3.600.22514.05Kj/(Kg.K)W11Ft1t2WrWCC22p01pwrr22W12295.480.9620004.050W4.18786.2164.62wW1W22352.512352.5又由于:聯(lián)立以上三式得：W1=789.40Kg/hW2=789.79Kg/hD=884.43Kg/h本設(shè)計應(yīng)驗算由焓變衡算求得的W1與初設(shè)值的相對偏差，但依據(jù)經(jīng)驗知第一次計算結(jié)果常常不切合要求，故暫不驗算。先計算傳熱面積，若計算出是傳熱面積不相等，在重新調(diào)理各效有效溫度差，為第二效重復(fù)計算作準(zhǔn)備。4.5.6蒸發(fā)器傳熱面積的計算2C)查得降膜式蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K值范圍

10、為：1200-3500W/（m2C）故我先假設(shè)第一效、第二效的K值均為2500W/（mS1Q1K1t1Dr1K1t1844.432258.410003600250013.79215.37mS1Q2K2t2W1r1K2t2798.402295.4810003600250020.27210.04m相對偏差1SminSmax110.0434.65%3%15.37，相對偏差大于規(guī)定值，故重復(fù)計算。4.5.7分配有效溫度差S1S1t1S2t215.3713.7910.0420.27t234.06212.20mtS1t115.3713.791t12.2017.37CtS2t210.0420.272S12.

11、2016.69C4.5.8各種溫度差損失因冷凝器壓強(qiáng)及完成液的濃度沒有變化，故第二效二次蒸汽的參數(shù)及溶液沸點均無變化。即T261.1Cr22352.5kKj/Kgt264.62C故第二效加熱蒸汽溫度為T264.6216.6981.31C查食品工程原理附表得出相應(yīng)的汽化熱：r22304.50Kj/Kg.第一效二次蒸汽溫度為：T1T2282.31C查食品工程原理附表得出相應(yīng)的汽化熱：r12301.98Kj/Kg壓強(qiáng)為：P152.23KPaF020000.140.2330XX第一效完成液濃度為：1FW12000798.40常壓下23.48%的蔗糖沸點高升故溶液壓強(qiáng)降落引起的溫度差損失為：2273.2

12、82.31,16.20.3660.33C12301980,10C11C所以：,12121210060.10.333.5234.05C前面重新分配的有效溫度差t117.37C，t216.69C，故t17.3716.6934.06C，此與34.05C無明顯差別，故以為前面與t1相關(guān)的參數(shù)不做變動。,第一效溶液沸點為：t1T11182.310.33082.64C溫度差重新分配后的各數(shù)據(jù)以下所示：項目第一效第二效101.33-加熱蒸汽壓強(qiáng)P（KPa）溫度T()10081.31汽化熱r（Kj/Kg）2258.42304.50二次蒸汽壓強(qiáng)P（KPa）52.2321.04溫度T()82.3161.1汽化熱r

13、（Kj/Kg）2301.982352.5，（）0.333.52溫度差蒸汽，（）00，（）11溶液沸點t（）82.6464.62有效溫度差ti（）17.3616.69總有效溫度差t（）34.064.5.9重算加熱蒸汽耗費(fèi)量及各效蒸發(fā)量W1=1(Dr1/r1)=0.96D2258.4/2301.98W2=2W1r2/r2+(Fcp0-w1cpw)t1-t2/r2=0.96W12304.50/2352.5+(20004.05-w14.187)82.64-64.62/2352.5W=W1+W2聯(lián)立以上三式解得：W1=800.49Kg/hW2=787.71Kg/hD=849.93Kg/h校核各項蒸發(fā)量：

14、w1=1-798.4/800.49=0.263w2=1-787.71/789.793由焓衡算獲取的蒸發(fā)量與初設(shè)值的相對偏差在工程計算可以接受的范圍內(nèi)。因初設(shè)值與計算值相差甚微，故前面與蒸發(fā)量相關(guān)的參數(shù)不再重復(fù)。重算傳熱面積S1=Q1/K1t1=Dr1/K1t1=849.932258.51000/3600250017.372=12.278mS2=Q2/K2t2=W1r1/K2t2=800.492304.51000/3600250016.692=12.281m相對偏差=1-Smin/Smax=1-12.278/12.281=0.023迭代計算結(jié)果合理，去傳熱2面積為12.281m加熱管的選擇采納2

15、52mm長,為8m的黃銅管作為加熱管，則管數(shù)為：n=s/dL=12.281/0.0218=23.2624復(fù)核總傳熱系數(shù)以下公式所用符號意義以下：ai-一管內(nèi)葡萄汁沸騰傳熱系數(shù)，W/(m2）；ai一管外側(cè)蒸汽冷凝傳熱系數(shù)，W/(m2）；uL一葡萄汁粘度，Pas;L一葡萄汁密度，Kg/m3;CpL一葡萄汁比熱容,Kj/(Kg.K);g一重力加速度m/s2;M一單位時間內(nèi)管子周邊上流過的溶液質(zhì)量；n一管數(shù)；r一飽和水蒸汽的冷凝潛熱,Kj/Kg;L一降膜式加熱管的高度,m;一冷2凝水的導(dǎo)熱系數(shù),w/(m);一冷凝水的密度,Kg/m3;一冷凝水的黏度,Pas;t一水蒸汽飽和溫度與加熱管壁面溫度之差,。査

16、書得以下參數(shù):(部分?jǐn)?shù)據(jù)參照蔗糖和水的參數(shù)性質(zhì),可能影響計算結(jié)果)86.21時：=0.6821W/(m2)u=0.6810-3PasL=958.4Kg/mL=0.2824X10-3Pas=0.062N/m2)=0.062N/mL=0.6622W(mR=2304.5KJ/Kg=0.6615W/(m2)=980.1kg/m2=1.05X10pas-364.62時：L=0.6755W/(m)uL=24.5210Pas2-3r=2258.4Kj/KgL=1308.8Kg/m3=0.062N/m=0.6615W/(m2)L=0.6622W/(m2)=980.1Kg/m3r=2304.5Kj/Kg=1.0

17、5x10-3pas第一效：按進(jìn)口條件計算管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)i：M=WLdnL=20000.021240.681033600=5161.061.064.05100.6810=326.9331450C=1450PLLL0.67551.06C即i=PLLMLL1.060.4所以i=7.691013gCM33LL?PLL2LLL1330.6533310409.810.67554.05100.6810=7.69100.451630.681020.6755=4418W/m20=1.13r2g134Lt=1410958.49.810.68210.2824103817.37=720W/

18、m2查書取管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Rsi=8.60810m/W,忽視管壁熱阻，則總傳熱系32數(shù)為：K=11132525=582.6W/m1d0d08.60810R0di720214418210di2第二效：按進(jìn)口條件計算管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)iMW=LdnL=1199.510.021240.681033600=8.591.061.064.051030.68103=7.711450C=1450PLLL0.66321450=1.06CPLL25%25002500309.7故第二安全系數(shù)：100%=87.61%25%2500計算K值與初設(shè)值相差太大，故所設(shè)的K值不切合要求，需要重設(shè)K值，重復(fù)計算。由于時間的關(guān)系，本

19、小組的能力以及其余的要素，再此就不再計算了。其中全部計算只作為參照。4.6設(shè)計計算結(jié)果列表效次序一效第二效冷凝器81.31加熱蒸汽溫度T（C）10060.1操作壓力P(KPa)52.2321.042082.6464.62葡萄汁溫度t（C）濃縮液濃度x（%）0.23300.68800.49787.71蒸發(fā)量W(Kg/h)蒸汽耗費(fèi)量D(Kg/h)849.93傳熱面積S（m）12.28112.28125.輔助部門設(shè)計的簡要說明本設(shè)計主要采納的是雙效蒸發(fā)降膜式濃縮設(shè)備來濃縮葡萄汁，所以時期存在原料的采買、設(shè)備的保護(hù)、生產(chǎn)的安全等一系列問題，則需要相關(guān)的一些說明。1.葡萄原料的收集，必定要注意收買的葡萄

20、的成熟度、腐化率、含糖量、品種、榨汁量、固形物含量和價格等問題。收買回來的葡萄盡可能直接加工，加工不了的要放入冷庫進(jìn)行收藏辦理，防范腐敗。2.采納適合的沖洗挑選運(yùn)送設(shè)備，防范過程中果肉的損壞；破碎和壓迫時防止葡萄籽的破碎以防范葡萄汁的口胃降落；加熱和加壓過程中要控制好溫度和壓力，防范葡萄汁中更多的營養(yǎng)物質(zhì)損失。3濃縮好的葡萄汁裝罐殺菌包裝后要進(jìn)行低溫收藏，延長保質(zhì)期。4設(shè)備生產(chǎn)線要進(jìn)行按期保護(hù)，管道設(shè)備的密封性，泵的效率，還有停產(chǎn)后沖洗裝置的優(yōu)異運(yùn)轉(zhuǎn)。5.冷卻設(shè)備冷卻后的排出水可用于加熱沐浴水、暖氣供水、加熱過程中的水循環(huán)系統(tǒng)等，重復(fù)利用，減少資源浪費(fèi)等。6.廢水的辦理，廢水假如沒有達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，需加設(shè)污水辦理設(shè)備來處理后排放。7安全第一，成立衛(wèi)生室，準(zhǔn)備好一些常用藥品和醫(yī)療設(shè)備，裝備專業(yè)人事負(fù)責(zé)，可以及時辦理廠房內(nèi)發(fā)生的一些事故造成的人生安全問題。6.結(jié)論1.數(shù)據(jù)本源的威望性擁有重要作用，直接關(guān)系到計算結(jié)果的正確性、適用性、靠譜性還有設(shè)備的選擇等。2.兩效的K值應(yīng)不一樣樣，第一效應(yīng)高一些，第二效應(yīng)低一些，這個經(jīng)驗法規(guī)對于今后的生產(chǎn)實質(zhì)擁有重要指導(dǎo)作用。本設(shè)計為了簡要計算采納次此方法，這也是計算的一大缺點。3.食品生產(chǎn)數(shù)據(jù)較化