升膜蒸发器设计计算使用说明

1、食品工程原理课程设计目录一 食品工程原理课程设计任务书 1.设计课题2.设计条件2(3) .设计要求2(4) .设计意义3(5) .主要参考资料4二设计方案的确定3三设计计算43.1. 总蒸发水量53.2. 加热面积初算 5(1)估算各效浓度 5(2)沸点的初算4(3)温度差的计算 6(4)计算两效蒸发水量 V，V2及加热蒸汽的消耗量 Si7(5)总传热系数 K的计算 8(6)分配有效温度差，计算传热面积1.13.3. 重算两效传热面积 1.1(1)第一次重算1.1.3.4. 算结果1.2.四 蒸发器主要工艺尺寸的计算 1.5五简图13(1)工艺流程图13(2)细节图14食品工程原理课程设计任

2、务书.设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算.设计条件：题目1:番茄汁低温浓缩工艺装置的设计 设计任务及操作条件:生产能力：1170kg/h原料固形物含量：10%浓缩要求：使固形物质量分数浓缩至36%液加入温度料：25 c原料最高许可温度：58 C浓缩液经冷凝后出口温度：25 C加热介质：100 C的饱和蒸汽。物料平均比热为3.50 kJ/（kg K）,忽略浓缩热试设计一套双效升膜蒸发系统，满足上述工艺要求。.设计要求：1 .设计一套双效开膜蒸发系统（满足上述工艺要求并包括料液输送系统，蒸发 系统，冷凝水分离排除系统及真空系统）；2 .提交设计计算说明书一份（应包括目录、设计计算任务书、设计方

3、案的确定、 各系统的设计计算及设备选型、简略的技术经济分析、参考文献资料等）；3 .工艺布置简图一幅（可附在设计计算书上）；4 .注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；5 .提交日期：2014年12月30日。（4） .设计意义：1 .蒸发可以除去番茄汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。蒸发还能 提高番茄汁的糖分浓度，增加番茄汁的耐贮藏性。选用开膜蒸发，果汁在蒸 发器内经过一次加热、汽化、分离过程，不进行循环，在蒸发器内停留时间 短，这对热敏性的番茄汁是有利的。 蒸发操作是一个能耗大的过程。 采用多 效蒸发是降低能耗的最有效方法。随着效数的增加，总蒸发量相同时所需新 鲜蒸汽量减少，操作费用

4、降低；但效数越多，设备费用越高，而且随着效数 的增加，所节约的新鲜蒸汽量越来越少。因此本次设计效数选为R效。2 .当料液进入后效时会产生自蒸发，且番茄汁浓度依效序增加，高浓度番茄汁 处于较低温度时对热敏性的番茄汁是有利的。3 .通过课程设计，要求学生综合运用本课程和前修课程基本知识，进行融会贯通，独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，培养学生运用课本知识解决实际问题的能力，从而得到化工工程设计的初步训 练，为以后更为复杂的设计打下良好的基础。（5） .主要参考资料：1 .夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理，天津大学出版社，2005, 12 .华南理工大学化工原理教研组，

5、化工过程及设备设计，华南理工大学出版社.19953 .化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社 .19924 .丛德滋等，化工原理详解与应用，化学工业出版社.2002 , 7,151-1585 .张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社.19976 .张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计 .1996 (6): 6-107 .蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001 , 7, 111-138 .各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告二设计方案的确定一.对果汁进行浓缩的好处：1 .减少包装、运输和贮藏的费用；2 .防止腐败；3 .改善口感。二.

6、确定设计方案：考虑到高温会破坏果汁的品质，故采用真空低温蒸发来对番茄汁进行浓缩操 作；由处理物料(原料)的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考 虑到经济和效率问题，选用双效开膜蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效升 膜式蒸发器蒸发。选用2m长438 x3mm的无缝不锈钢管作加热管三设计计算3.1 总蒸发水量V F(1 ) 1170 (1 010) 845.0kg/h p0.363.2 加热面积初算(1 )估算各效浓度：第一效烝发后：由经验公式：V：而V1解得： VV21F F 11700.101 FV11170VV2 1:1.1V2 V 845.0402.4kg /h442.6kg

7、/ h15.24% (暂取 15%)(2)沸点的初算P2=3.1684kpa查表：T=100 C时，P=101.33kpa ; T=25 C时,设两效蒸汽压强相等P P P2 101.33 3.1684 98.1616kpaP98.1616Pi P 101.33-52.2492kpa22解得Pi时，查表沸点t1 82.19C; t 2 25 1 26C,第二效加热蒸汽T2 = t 1 1=82.19-1=81.19 C蒸汽压力/KPa温度/C汽化热/ (KJKg-1)I效加热蒸汽101.331002258.4I效二次蒸汽52.249282.192301.7n效加热蒸汽50.081.192304

8、.0n效二次蒸汽3.7622262432.7进冷凝器蒸汽3.1684252435.0(3)温度差的计算i 16J r一一一 一 216.2 (t 1 273)2301.7 1030.2 _20.0162 (82.19 273)2301.70.2将该溶液当作蔗糖溶液处理，各效由于溶液的沸点升高引起的温度损失差为:/%1536a/K0.20.84g/ m31 . 06111.1585第一效时:0.18 C第二效时:16-r一一一 一 216.2 (t 2 273)32432.7 1030.84 _ _ 20.0162 (26 273)2432.70.840.50 C20.180.500.68 C由

9、液柱静压力引起的温度差损失：(取液层高度为2m)第一效：PmlPligh2T52.24921.06119.8262.65 KPa此压强下 Tmi86.94 C, iTmit i 86.9482.194.75 C第二效：pm3.76221.15369.82 / 215.093KPa此压强下 Tm253.66,2 Tm2 t253.662627.66C124.7527.6632.41 C取管路引起的损失121ci 2112c各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：I效：i14.75+0.18+1=5.93 CII 效：222227.66+0.50+1=29.16 C各效溶液的沸点：I效：ti t

10、 i182.19+5.93=88.12 CII 效：t2 t 2226+29.16=55.16 C各效有效温差为：I效II 效：t2t1100 t1100-88.12=11.88 CT2t281.19-55.16=26.03 C最大可能温差：T 100 25 75 c损失温差:0.18 0.5 32.31 2 34.99 C有效总温差：tt1 t211.88+26.03=37.91 C(4)计算两效蒸发水量V, 乂及加热蒸汽的消耗量6由题意知料液平均比热为Cf3.5 KJ / Kg K ,查表得水的比热为Cw 4.220KJ/Kg K作第一效热量衡算，得(SirsriFCFi其中i 0.98所

11、以Vi FCf店)0.98riri2258.4 c(S ii70 3.50230i.725 88.i2)230i.70.962S 110.05同理作第二效热量衡算,V2VS2 二 rS2(FCfLT 2其中2 0.98所以845.02304.0、，V (ii70 3.502432.7 i4.220V)88.i255.i6 0.982432.7整理得Vi422.34Kg / h代入式可得： S 553.42 Kg / h422.66Kg /h由式可得：V2 V Vi 845.0 422.34(5)总传热系数K的计算查表得不锈钢管的导热率为i7.4W/m K浓度.3(kg /m )(pa s)i5

12、%i06i.i5.9 i0 436%ii58.52.i8 i0 2第一效时:UlReluvRev4d2du ll 3600S14d2 Vduv vicp11700.7850.032 21061.10.03236000.0325.90.38105.91061.110 40.3810 m / s 360021927553.42Z2z_z0.7850.032958.436000.1995 m/ s0.19952.82410958.421666410 4 39404 20.55由管内沸腾传热系数，的关联式有:i (1.3128d) Re l0.23 Rv0.34dPr i0.9v(一)l0.55(1.

13、3 128 0.032)219270.0320.230.34216660.94.21061.1 0.252.824 10 4( 958.4 )( 5.9 10 4 )2 0 -49188 W/(m C)饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得:2 301.13( rg v )1/4vL t12258.41031.13(2.8249.8_231958.4 20.68213、441042 11.886291W/(m2 C)传热外表面的总传热系数K由下公式计算:d。Ki0.003 0.038629117.4 0.0321 0,0384-=3.88 10-449188 0.0322K1 2578.38W/(

14、m C)同理可得，第二效时:uiF24d2 l36001170422.340.7850.032 21158.50.2230 m/ s 3600Reldull0.0320.22302.1810尸379RevPrlS24d2duv vuCp3600422.340.7850.032 2971.036000.032 0.1503 971.0_43.502 10133360.1503 m/ s_22.18 103353 cc1330.55由管内沸腾传热系数i的关联式有:i (1.3128d) , R l0.23 Rv0.34 Pr“产5) vl 0.55 -rc0.230.340.9 ,(1.3 128

15、 0.032) 37913336133(0.0321158.5971.0)0.25 (3.502 102.18 1012571 W/(m2 C)饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得:2 301.13(a一一)1/4vL t21.13(2304 1039.8971.020.67473 J3.50210-42 26.032 0 -4918W/(m C)传热外表面的总传热系数K由下公式计算:K211 bd 01 d 010.003 0.0381 0.038. “ 45.03 104918 17.4 0.032 12571 0.032K2 1989.89W/(m2 )(6)计算传热面积为与加热蒸汽耗量符

16、号S区分，故以下面积符号采用ScQ1553.42 2258.4 10002S1 11.33mK1 t1 K1 t12578.38 11.88 3600c QS2422.34 2304.0 1000. 2S2 5.22 m2K2 t 2K2 t 21989.89 26.03 36003.3重算两效传热面积(1 )第一次重算由于两效传热面积相差太大，故应调整各效的有效温度差，并重复上述计算 步骤再算重新分配有效温度差7.14 mS1tlS2 t 211.3311.885.2226.0311.33 11.887.145.22 26.037.14tt11.8826.0318.850C19.030C校正

17、各效沸点、蒸发水量和传热量因第二效完成液沸点不变，所以t2 55.16 C第二效加热蒸汽温度为t2t2 55.16 19.03 74.19 C该温度下对应的汽化热r=2321.40KJ/Kg第一效二次蒸汽温度 T, t2t2 1 74.19 1 75.19 C1 FV 1170402.415.24%由1和T,得第一效沸点T=T1175.190.1875.37 C该温度下对应的汽化热r=2331.95KJ/Kg ,1= 2=0.98V(S11、 / 2258.4)(1 2331.95S111703.52575.37、八 co)0.982331.95=0.94916-86.68S2S22(FCF

18、CWV)-12845.0V12304.0 V1(11702432.7 13.504.220V1)75.3755.16 八” 0.982432.7解得:V1V2S1428.6kg/h845.0 428.6 416.4kg/h542.9kg/hS1SiS2K1 t1S2 r2K2 t542.9 2258.4 10002578.38 18.85 3600428.6 2321.40 10001989.89 19.03 3600两效的传热面积比较接近，故不在重算7.01m2-27.30m2考虑留适当设计余量，通常加大 1015%,取S1S28.3m23.4计算结果蒸发器序号加热面积m2蒸发水量kg /

19、h加热蒸汽消耗量kg /h第一效8.3428.6542.9第二效8.3416.4428.6总和16.6845.0971.5四蒸发器主要工艺尺寸的计算(1)加热室传热管数目42根dL 3.14 0.032 28.3管子采用正三角形排列nc1.1 ,n 1.1 42 8根采用胀管法，取t=1.5d 0t=1.5d 0=1.5 X38=57mmM b =1.5d 0b =1.5d 0=1.5 X38=57mm加热室的直径D t(nc 1) 2b57 (8 1) 2 57513mm圆整后，取加热室直径 D为550mm.(2)分离室分离室体积计算式为W3600 UV 分离室体积，m3;W 某效蒸发器的二次蒸汽 流量，kg/h;-某效蒸发器的二次蒸汽 密度，kg/m3;U 蒸发体积强度，m3/m3 s,即每立方米分离室每秒 钟产生的二次蒸汽量;其中，U为蒸发体积强度，一般允许值为1.11.5 m3/m3428.63600 0.2435120.408 m3将工艺计算中二次蒸气的温度和流量以及根据温度所查得的二次蒸气的密度列v-W-23600 2U416.436000.0245123.94 mi为方便起见，各效分离室的尺寸均取一致,所以体积V取最大值V 3.9