食品工程原理課程設(shè)計(jì)葡萄汁雙效濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)

食品工程原理課程設(shè)計(jì)葡萄汁雙效濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)食品工程原理課程設(shè)計(jì)題目：葡萄汁雙效濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名：李云諾學(xué)號(hào)：20學(xué)院：食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級(jí)：食工1404指導(dǎo)教師：劉友明胡楊職稱：副教授講師中國·武漢年12月目錄前言................................................................21.設(shè)計(jì)概論與設(shè)計(jì)方案...............................................31.1設(shè)計(jì)名稱.....................................................31.2設(shè)計(jì)條件.....................................................31.3設(shè)計(jì)任務(wù).....................................................33.總平面設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要說明............................................44.工藝設(shè)計(jì)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)備的選擇要求............................................54.2.2設(shè)備的選取范圍............................................54.3設(shè)計(jì)內(nèi)容.....................................................54.4工藝流水線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖...........................................64.5雙效降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)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)量與完成液濃度估計(jì)................................74.5.3估算二次蒸汽壓強(qiáng)及溶液沸點(diǎn)................................84.5.4估算各效溫度差損失........................................84.5.5加熱蒸汽消耗量及各效蒸發(fā)量...............................104.5.6蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算.....................................104.5.7分配有效溫度差...........................................114.5.8各種溫度差損失...........................................114.5.9重算加熱蒸汽消耗量及各效蒸發(fā)量...........................124.5.10重算傳熱面積...........................................134.5.11加熱管的選擇...........................................134.5.12復(fù)核總傳熱系數(shù).........................................134.6設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果列表............................................166.結(jié)論............................................................177.參考文獻(xiàn)........................................................181.設(shè)計(jì)概論與設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)名稱葡萄汁雙效濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件1)處理物料量：3600㎏/h2)生產(chǎn)要求：每日10000kg（10噸）3)物料溫度：25℃4)原料固形物含量：11.0%5)濃縮液固形物含量：36.0%6)原料最高許可溫度：78℃7)物料平均比熱為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：20KPa10)加熱蒸汽液在飽和溫度下排除（忽略熱損失。4.工藝設(shè)計(jì)的思路及內(nèi)容的說明4.1生產(chǎn)工藝流程4.2設(shè)備選擇4.2.1 設(shè)備的選擇要求1)便于設(shè)備維護(hù)和噴淋洗凈；2)高效節(jié)能，符合生產(chǎn)要求，生產(chǎn)率高；3)水果在提升中盡量不被破碎以防引起污染，影響產(chǎn)品質(zhì)量，但適當(dāng)?shù)呐鲎埠湍Σ劣欣谇宄砥の畚?、農(nóng)藥殘留以及殘次果中腐爛變質(zhì)部分；4)便于擴(kuò)大生產(chǎn)；5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪音小、成本低、占地面積小。4.2.2 設(shè)備的選取范圍。4.3設(shè)計(jì)內(nèi)容主要經(jīng)過雙效蒸發(fā)系統(tǒng)以每小時(shí)Kg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(diǎn)下加入加熱蒸汽壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓冷凝器為20KPa。擇合適的設(shè)備。4.4工藝流水線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖4.5雙效降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)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)量與完成液濃度估計(jì)總蒸發(fā)量WF(1x0)3600(10.11)2500kg/h0.36因本設(shè)計(jì)為雙效并流蒸發(fā)系統(tǒng)，故可設(shè)：W1:W2=1:1.1W=W1+W2聯(lián)立以上兩式，解得：1W1=2500W2=2500從而得：

2.11.12.1

=1190kg/h=1309kgh

Fx0F

0.113600

0.11384.5.3 估算二次蒸汽壓強(qiáng)及溶液沸點(diǎn)暫且忽略各種溫度差損失，認(rèn)為蒸汽經(jīng)過各效的壓強(qiáng)降相等：ppk

101.32040.65kpa2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(duì)壓強(qiáng)為20kpa,查得相應(yīng)水蒸氣的溫度，由經(jīng)驗(yàn)值可知因流動(dòng)阻力而損失的溫度差為1C，故第二效二次蒸汽溫度，查得相應(yīng)的汽化潛熱/，壓強(qiáng)為P2=21.04KPa.4.5.4 估算各效溫度差損失 因溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失對(duì)于第一效：二次蒸氣溫度T1=85.89，此溫度下的水的汽化熱為ar1=2293.05kj/kg，常壓下22.51%的蔗糖沸點(diǎn)升高'0.35，故a2'16.2(273.285.89)2

0.350.32C1 22293050對(duì)于第二效：二次蒸汽溫度T2=61.1，此溫度下的水的汽化熱為r2=2352.5103kj/kg,a常壓下68%的蔗糖沸點(diǎn)升高'4.58，故：a2'16.2(273.261.1)22 2352500

4.5853.52C1 2 因蒸發(fā)器內(nèi)液層靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失本設(shè)計(jì)采用降膜式蒸發(fā)器，無靜壓效應(yīng)，故''1 2

01 2 因流動(dòng)阻力引起的溫度差損失根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，取效間蒸汽因流動(dòng)阻力效應(yīng)溫度差降低1，及1 2 總的溫度差損失' ' 12121' ' 估計(jì)各效料液沸點(diǎn)及有效溫度差1 1 1各效溶液沸點(diǎn)分別為tT'01 1 1' tT22261.13.52064.62' 第二效加熱蒸汽溫度為T2=T1-1=85.89-1=84.89查得相應(yīng)加熱蒸汽的汽化潛熱r2=2295.48103kj/kg.查得=101.33kpa飽和水蒸氣的溫度T1=100,對(duì)應(yīng)的汽化潛熱r1=2258.4103kj/kg.項(xiàng)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)項(xiàng)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(diǎn)t（）86.2164.62有效溫度差（）13.7920.27總有效溫度差（）34.061 0.962293.05第二效：查得葡萄的定壓比熱容容3.60Kj/(Kg·k),水的定壓比熱容為4.187，故葡萄汁的：Cp04.187(1/(Kg.K)WW 11FW

WC

t1t22 2r2

p0 1

0.96W12295.484.050W4.18786.2164.62wW1W2又因?yàn)?

2352.5 1 2352.5

聯(lián)立以上三式得：W1=789.40Kg/h=789.79Kg/hD=884.43Kg/h本設(shè)計(jì)應(yīng)驗(yàn)算由焓變衡算求得的W1與初設(shè)值的相對(duì)誤差，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知第一次計(jì)算結(jié)果往往不符合要求，故暫不驗(yàn)算。先計(jì)算傳熱面積，若計(jì)算出是傳熱面積不相等，在重新調(diào)節(jié)各效有效溫度差，為第二效重復(fù)計(jì)算作準(zhǔn)備。4.5.6 蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算查得降膜式蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K值范圍為：1200-3500W/（m2)故我先假設(shè)第一效、第二效的K值均為2500W/（m2）S1

Q1

844.432258.4100015.37m23600250013.79S1

Q2K2t2

W1r1K2t2

798.402295.48100010.04m23600250020.27相對(duì)偏差

1SminSmax

110.0434.65%3%15.37

，相對(duì)偏差大于規(guī)定值，故重復(fù)計(jì)算。4.5.7 分配有效溫度差1SS1t1S2t215.3713.7910.0420.2712.20m21t2

34.06tS1t115.3713.7917.37C1

12.20tS2t210.0420.2716.69C2 S 12.204.5.8 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(diǎn)均無變化。即/Kgt264.62C故第二效加熱蒸汽溫度為64.6216.69查《食品工程原理》附表得出相應(yīng)的汽化熱：2304.50Kj/Kg第一效二次蒸汽溫度為：2查《食品工程原理》附表得出相應(yīng)的汽化熱：2301.98Kj/Kg壓強(qiáng)為：P152.23KPaXFXX

0.14

0.2330第一效完成液濃度為： 1

F

798.40常壓下23.48%的蔗糖沸點(diǎn)升高故溶液壓強(qiáng)下降引起的溫度差損失為：2328.2,16.2 0.3660.33C1 2301980,, ,,,10C11C因此：

, , ,, ,, ,,, ,,,

121212

34.05C前面重新分配的有效溫度差17.37C，t2，故t，此與t1有關(guān)的參數(shù)不做變動(dòng)。, , ,,第一效溶液沸點(diǎn)為：0.330, , ,,溫度差重新分配后的各數(shù)據(jù)如下所示：項(xiàng)目第一效第二效加熱蒸汽壓強(qiáng)P（KPa）101.33--溫度T(℃)10081.31汽化熱（Kj/Kg2258.42304.50二次蒸汽壓強(qiáng)P（KPa）52.2321.04溫度T(℃)82.3161.1汽化熱（Kj/Kg2301.982352.5溫度差蒸△（℃）0.333.52△（℃）00△（℃）11溶液沸點(diǎn)t（℃）82.6464.62有效溫度差△ti（℃）17.3616.69總有效溫度差△t（℃）34.064.5.9 重算加熱蒸汽消耗量及各效蒸發(fā)量W1η(Dr1/r1)=0.96×·2258.4/2301.98W2η2[W1r2/r2+(F·cp0w1·cpw)·t1-t2/r2=0.9[W12304.50/2352.5+(×4.05-w1·.187)·82.64-64.62/2352.5]W=W1W聯(lián)立以上三式解得：W1=800.49Kg/hW2=787.71Kg/hD=849.93Kg/h校核各項(xiàng)蒸發(fā)量：εw=1-798.4/800.49=.26％≤3％εw=1-787.71/789.7％≤3％由焓衡算獲得的蒸發(fā)量與初設(shè)值的相對(duì)誤差在工程計(jì)算能夠接受的范圍內(nèi)。因初設(shè)值與計(jì)算值相差甚微，故前面與蒸發(fā)量有關(guān)的參數(shù)不再重復(fù)。4.5.10 重算傳熱面積S1=Q1/K1△t1=Dr1/K1△t1=849.93×2258.5×1000/3600×2500×17.37=12.278m2S2=Q2/K2△t2=W1r1/K2△t2=800.49×2304.5×1000/3600×2500×16.69=12.281m2相對(duì)偏差ζ=1-Smin/Smax=1-12.278/12.281=0.02％<3％迭代計(jì)算結(jié)果合理，去傳熱面積為12.281m24.5.11 加熱管的選擇采用Φ25×2mm,長(zhǎng)為8m的黃銅管作為加熱管，則管數(shù)為：n=s/dL=12.281/ ×0.021×8=23.26≈244.5.12 復(fù)核總傳熱系數(shù)以下公式所用符號(hào)意義如下：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，Pa·s;ρL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(shí)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;λ一冷凝水的導(dǎo)熱系數(shù),w/(m2·℃);ρ一冷凝水的密度,Kg/m3;μ一冷凝水的黏度,Pa·s;△t一水蒸汽飽和溫度與加熱管壁面溫度之差,℃。査書得以下參數(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(jì)算結(jié)果)86.21℃時(shí)：LLλ=0.6821W/(m2·℃)u=0.68×10-3Pa·sρ=958.4Kg/m3;ρ=1040Kg/m3;LLμ=0.2824X10-3Pa·sσ=0.062N/m=0.062N/mL=0.6622W(m2·℃)R=2304.5KJ/Kg =0.6615W/(m2·℃)-32 -3=980.1kg/m2=1.05X10pa·s64.62-32 -3λL=0.6755W/(m·℃)uL=24.52×10Pa·s3r=2258.4Kj/KgρL=1308.8Kg/mσ=0.062N/mλ=0.6615W/(m2·℃)32 3λL2 3按進(jìn)口條件計(jì)算管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)i：M= WL dnL

= 0.021240.68103

3600

=516 1450CPLL

1.06

=1450

1.063 4.05100.683

=326.9 L

C

1.06 M即i=PL L < L L1

1.06

0.4333 g

C

M因此i=7.6910L L2

PL L

L L L1 33

3

0.65=7.6910310409.810.67554.05100.6810

5160.4 0.681032

0.6755 =4418W/m2·℃1r2g340=1.13 Lt13 2 342258.410958.49.810.6821=1.13 0.2824103817.37 =720W/m2·℃3 2查書取管內(nèi)側(cè)污垢熱阻=8.6083 2K=1

1d0d0

118.60810325 25

=582.6W/m2·℃0 di第二效：

0di

720 21 441821按進(jìn)口條件計(jì)算管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)iM= WL dnL

= 1199.510.021240.68103

3600

=8.59 1450CPLL

1.06

=1450

1.063 4.05100.683

=7.71 L

1450=CPLL

1.06<M L L1

1.06

0.4333 g

C

M因此i=7.6910L L2

PL L

L L L1 33

3

0.65==7.6910310409.810.66224.051024.5210

8.590.4 2.2132

0.6632 =866W/m2·℃1r2g340=1.13 Lt13 2 342304.510980.19.810.6605=1.13 1.05103816.69 =520W/m2·℃取管內(nèi)側(cè)污垢熱阻=8.608103m2℃/W,忽略管壁熱阻則總傳熱系數(shù)K=1

1d0d0

118.60810325 25

=309.7W/m2·℃0 di

0di

520 21 86621故第一安全系數(shù)：2500582.2100%=67.71%>25%2500故第二安全系數(shù)：2500309.7100%=87.61%>25%2500計(jì)算K值與初設(shè)值相差太大，故所設(shè)的K值不符合要求，需要重設(shè)K值，重中所有計(jì)算只作為參考。4.6設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果列表效次第一效第二效冷凝器加熱蒸汽溫度T（）10081.3160.1操作壓力P(KPa)52.2321.0420葡萄汁溫度t（）82.6464.62濃縮液濃度x（%）0.23300.68800.49787.71蒸汽消耗量D(Kg/h)849.93傳熱面積S（m2）12.28112.2815.輔助部門設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要說明本設(shè)計(jì)主要采用的是雙效蒸發(fā)降膜式濃縮設(shè)備來濃縮葡萄汁，因此期間存在原料的采購、設(shè)備的維護(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.葡萄原料的采集，一定要注意收購的葡萄的成熟度、腐爛率、含糖量、品了的要放入冷庫進(jìn)行保藏處理，防止腐敗。2.選用合適的清洗篩選運(yùn)送設(shè)備，防止過程中果肉的損壞；破碎和壓榨時(shí)防止葡萄籽的破碎以防止葡萄汁的口感下降；加熱和加