升膜蒸发器设计计算说明书

1、食品工程原理课程设计目录食品工程原理课程设计任务书错误 ! 未定义书签。(1)设计课题2(2)设计条件2(3) .设计要求2(4) .设计意义错误!未定义书签。(5) .主要参考资料错误!未定义书签。二设计方案的确定3设计计算4. 总蒸发水量. 加热面积初算错误!未定义书签。错误!未定义书签。1)估算各效浓度错误!未定义书签。2)沸点的初算43)温度差的计算错误!未定义书签。4)计算两效蒸发水量V1，V2及加热蒸汽的消耗量S1错误(5)总传热系数K的计算错误6)分配有效温度差，计算传热面积错误. 重算两效传热面积1)第一次重算错误!未定义书签。错误!未定义书签。计算结果错误!未定义书签。四蒸发

2、器主要工艺尺寸的计算错误!未定义书签。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务书(1)设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算(2)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原料最高许可温度：58浓缩液经冷凝后出口温度：25加热介质：100的饱和蒸汽。物料平均比热为kJ/(kgK),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。(3) .设计要求：1 .设计一套双效升膜蒸发系统(满足上述工艺要求并包括料液输送系统，蒸发系统，冷凝水

3、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。选用升膜蒸发，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

4、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

5、理,天津大学出版社，2005，12 .华南理工大学化工原理教研组，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

6、费用；2 .防止腐败；3 .改善口感。二.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，选用双效升膜蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效升膜式蒸发器蒸发。选用2m长（|）38x3mm的无缝不锈钢管作加热管。三设计计算总蒸发水量VF(1)1170p(10.100.36)845.0kg/h加热面积初算(1)估算各效浓度第一效蒸发后:FFFVi11700.101170Vi由经验公式:1:V2V845.0解得:V1402.4kg/h442.6kg/h15.24%(暂取15%)(2

7、)沸点的初算查表：T=100C时，P=;T=25C时，P2=设两效蒸汽压强相等PPP2101.333.168498.1616kpaPPiP101.33298.1616-52.2492kpa解得Pi时，查表沸点t 182.19C;t225126C,第二效加热蒸汽T2=t11=C蒸汽压力/KPa温度/C汽化热/(KJ-Kg1)I效加热蒸汽100I效二次蒸汽n效加热蒸汽n效二次蒸汽26进冷凝器蒸汽25(3)温度差的计算T21 16.2 - r16.2 (t 1 273)2Z32301.7 100.20.0162 (82.19 273)2 0 22301.7将该溶液当作蔗糖溶液处理，各效由于溶液的沸点

8、升高引起的温度损失差为:/%1536a/K3g/m1.0611第一效时:0.18C第二效时:2 16J r一一一 一 216.2 (t 2 273)32432.7 100.84 _ _ 20.0162 (26 273)八0.842432.70.50C0.180.500.68C由液柱静压力引起的温度差损失：(取液层高度为2m)第一效：pm1p1等52.24921.061129.8262.65KPa此压强下Tm186.94C,1Tm1t186.9482.194.75C第二效：pm3.76221.15369.82/215.093KPa此压强下Tm253.66C,2Tm2t253.662627.66C

9、4.7527.6632.41取管路引起的损失i21c12112c各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：I效：1111+1=CII效：2222+1=C各效溶液的沸点：I效：t1t11+=cII效：t2t2226+=C各效有效温差为：I效：t1100tl=CII效：t2T2t2最大可能温差T1002575c损失温差：0.180.532.31234.99C有效总温差：tt1t211.88+26.03=37.91C(4)计算两效蒸发水量V,吊及加热蒸汽的消耗量S10.962S1 110.051由题意知料液平均比热为Cf3.5KJ/KgK,查表得水的比热为CW4.220KJ/KgK作第一效热量衡算，

10、得JTt1V(S1FCF)1其中10.9811所以(S1 rs1TF t1 FCf -)0.982258.4(S12301.71170 3.5025 88.122301.7 )同理作第二效热量衡算，得V2vS2 三(FCfr2其中 2 0.980.55所以845.02304.0、， V (1170 3.502432.7 14.220V)88.1255.16 0.982432.7整理得Vi422.34Kg / h代入式可得: 由式可得： 553.42 Kg / hV2 V V1 845.0 422.34422.66Kg /h(5)总传热系数K的计算浓度(kg/m3)(pas)15%-45.910

11、36%_22.18102查表得不锈钢管的导热率为17.4W/mK第一效时:ulReluv4d2dull3600Si7d2V1170Z2Z0.7850.0321061.10.03236000.3810m/s36000.38101061.15.9104553.422192720.1995m/s0.7850.0322958.43600duV v0.0320.1995958.4_2216662.824104lCP5.91043940八4.2由管内沸腾传热系数，的关联式有:i(1.3128d)Rel0.23Rev0.34Prld0.9l025v(_)()(1.31280.032)-05-219270.2

12、30.032216660.344.20.9(1061.1958.4)0.25(2.824105.91044-)2049188W/(mC)饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得:2301.13(r一)1/4vLt/2258.41031.13(_2319.8958.420.68213、z2.82410-4211.886291W/(m2C)传热外表面的总传热系数K由下公式计算:d01d0K1K1同理可得,ulRelRevPrl62910.0030.03817.40.03222578.38W/(mC)第二效时:F24d2ldqlS236000.0324d2duvvuiCp360010.038-4=3.88

13、104491880.0321170422.340.7850.03221158.50.2230m/s36000.22302.1810T379422.340.7850.0322971.036000.0320.1503971.043.502104133360.1503m/s_22.18103353cc133由管内沸腾传热系数i的关联式有:10.230.340.91、0.25/vi(1.3128d)ReiRevpr1()()dvi(1.3 128 0.032)0.550.03243790.23133360.341330(如竺产5(3.502102)971.02.1810212571W/(m2C)饱和水

14、蒸气的传热系数由下公式可求得：232911n113jgv、1/4113z23041039.8971.020.6747301.13()1.137)vLt23.50210226.034918W/(m2C)传热外表面的总传热系数K由下公式计算：1 1bd01d0K20did149180.003 0.03817.4 0.0321 0.03812571 0.0325.03 104K21989.89W/(m2C)(6)计算传热面积为与加热蒸汽耗量符号S区分，故以下面积符号采用ScQiSr1553.422258.410002S111.33mKit1Kit12578.3811.883600cQSi422.34

15、2304.01000.2S25.22m2 K2t2K2t21989.8926.033600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t1t2Si titi t2S1 t1S11.3311.885.2226.0311.8826.0311.33 11.887.1418.850C7.14m25.22 26.037.1419.030C校正各效沸点、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=Kg第一效二次蒸汽温

16、度T1t2t2 1 74.19 1 75.19CF f 1170 0.1F V 1170 402.415.24%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=Kg,1= 2=0.98V(S1Tf) 11(2258.42331.95S111703.52575.37)2331.950.98=S1S2r-士 (FCF2845.0 M2304.02432.7(1170 3.504.220VQ75.3755.162432.70.98-V1解得：V2 s428.6kg/h845.0428.6416.4kg/h542.9kg/hS1r1542.92258.4

17、10002S17.01m2Kit12578.3818.853600cS2r2428.62321.4010002S227.30m2K2t21989.8919.033600两效的传热面积比较接近，故不在重算考虑留适当设计余量，通常加大1015%取S1S28.3m2计算结果蒸发器序号加热面积m2蒸发水量kg/h加热蒸汽消耗量kg/h第一效第二效总和四蒸发器主要工艺尺寸的计算(1)加热室传热管数目42根S8.3ndL3.140.0322管子采用正三角形排列nc1.1而1.17428根采用胀管法，取t二t=x38=57mmMb=b=x38=57mm加热室的直径Dt(nc1)2b57(81)257513m

18、m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3600U分离室体积，m3;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/m3s,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1.11.5m3/m3428.63600 0.2435120.408 m3V-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 3.94m3。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效次IR二次蒸汽温度（C）二26二次蒸汽流量（kg/h）二次蒸汽密度（kg/m3）于下表:*确定需考虑的原则:DH:D12H1.8在允许的条件下分离室的直径应尽量与加热室相同根据V - D2H4H:D1.5D1.50m,H2.25m五.简图(1)工艺流程图(2)细节图双效升膜蒸发器：蒸发器选取理由：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环传热效率高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发金属丝除沫器:心金屏除沫器选取理由：选用金属丝除沫器，利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫，二次蒸汽通过多层金属丝网，液滴黏附于金属丝网,二次蒸汽