食品工程原理课程设计-升膜蒸发器的设计

1、食品工程原理课程设计说明书升膜蒸发器的设计姓名： 唐 学号： 2011 班级： 目 录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc376012507 一 食品工程原理课程设计任务书 PAGEREF _Toc376012507 h 3 HYPERLINK l _Toc376012508 (1)设计课题：桃汁浓缩工艺装置的设计计算 PAGEREF _Toc376012508 h 3 HYPERLINK l _Toc376012509 (2)设计条件： PAGEREF _Toc376012509 h 3 HYPERLINK l _Toc376012510 (3).设计要求： P

2、AGEREF _Toc376012510 h 3 HYPERLINK l _Toc376012511 (4).设计意义 PAGEREF _Toc376012511 h 3 HYPERLINK l _Toc376012512 (5).主要参考资料 PAGEREF _Toc376012512 h 4 HYPERLINK l _Toc376012513 二 设计方案的确定 PAGEREF _Toc376012513 h 4 HYPERLINK l _Toc376012514 三 设计计算 PAGEREF _Toc376012514 h 4 HYPERLINK l _Toc376012515 3.1.

3、总蒸发水量 PAGEREF _Toc376012515 h 4 HYPERLINK l _Toc376012516 3.2.加热面积初算 PAGEREF _Toc376012516 h 4 HYPERLINK l _Toc376012517 （1）估算各效浓度: PAGEREF _Toc376012517 h 4 HYPERLINK l _Toc376012518 （2）沸点的初算 PAGEREF _Toc376012518 h 5 HYPERLINK l _Toc376012519 （3）温度差的计算 PAGEREF _Toc376012519 h 5 HYPERLINK l _Toc376

4、012520 （4）计算两效蒸发水量，及加热蒸汽的消耗量 PAGEREF _Toc376012520 h 7 HYPERLINK l _Toc376012521 （5）总传热系数K的计算 PAGEREF _Toc376012521 h 8 HYPERLINK l _Toc376012522 (6)分配有效温度差，计算传热面积 PAGEREF _Toc376012522 h 10 HYPERLINK l _Toc376012523 3.3.重算两效传热面积 PAGEREF _Toc376012523 h 10 HYPERLINK l _Toc376012524 （1）.第一次重算 PAGEREF

5、 _Toc376012524 h 10 HYPERLINK l _Toc376012525 3.4 计算结果 PAGEREF _Toc376012525 h 12 HYPERLINK l _Toc376012526 3.5蒸发器主要工艺尺寸的计算 PAGEREF _Toc376012526 h 12 HYPERLINK l _Toc376012527 （1）加热室 PAGEREF _Toc376012527 h 12 HYPERLINK l _Toc376012528 (2)分离室 PAGEREF _Toc376012528 h 12 HYPERLINK l _Toc376012529 四.简

6、图（见附图） PAGEREF _Toc376012529 h 13一 食品工程原理课程设计任务书(1)设计课题：桃汁浓缩工艺装置的设计计算(2)设计条件： 题目1：桃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：4200kg/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%料液加入温度：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3.50 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，冷凝水分离排除系统

7、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。须打印）；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：2013年12月27日。(4).设计意义蒸发可以除去桃汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。蒸发还能提高桃汁的糖分浓度，增加桃汁的耐贮藏性。选用升膜蒸发，果汁在器内经过一次加热、汽化、分离过程，不打循环，在器内停留时间短，这对热敏性的桃汁是有利的。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

8、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效。本次设计选择的蒸发流程为并流加料，此种加料方式前效压强较后效高，料液可借此压差自动地流向后一效而无需泵输送。同时，由于前效中溶液的沸点比后效高，当料液进入后效时会产生自蒸发，且桃汁浓度依效序增加，高浓度桃汁处于较低温度时对热敏性的桃汁是有利的。 (5).主要参考资料夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，1 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.1995化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.

9、1992丛德滋等, 化工原理详解与应用, 化学工业出版社. 2002，7, 151-158张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 1997张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-10蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13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.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桃汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，桃汁黏度大、不易生泡沫

10、，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383mm的无缝不锈钢管作加热管。三 设计计算3.1.总蒸发水量3.2.加热面积初算（1）估算各效浓度:有经验公式：,（暂取15%） （2）沸点的初算查表T=100时，p=101.33kpa;T=25时，=3.1684kpa设两效蒸汽压强相等， 查得.假设效间流动温差损失为1蒸 汽压力P/kpa温度T/汽化热/（kJkg-1)效加热蒸汽101.33100 2258.4效二次蒸汽52.249282.192301.7效加热蒸汽 50.081.19 2304.0效二次蒸汽 3.7622262432.7

11、 进冷凝器蒸汽 3.168425 2435.0（3）温度差的计算各效由于沸点升高而引起的温度差损失根据各效的二次蒸汽温度T和各效完成液的组成，各效的沸点升高及密度如下表（桃汁近似由糖液代替）i/1536a/K0.20.84g/106111.1585则各效由于溶液的沸点升高引起的温度差损失为：第一效时：=0.178第二效时：由液柱静压力而引起的温度差损失=52.2492+62.65（kpa）=3.7622+15.12(kpa)由查得86.94，由查得=53.66由流动阻力而引起的温度差损失由经验值均取1，各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：4.75+0.178+1=5.928 27.66+

12、0.5+1=29.16各效溶液的沸点：82.19+5.928=88.118 26+29.16=55.16各效有效温差为：100-88.118=11.882 81.19-55.16=26.03有效总温差11.882+26.03=37.912（4）计算两效蒸发水量，及加热蒸汽的消耗量由题意知，物料平均比热=3.50KJ/kgk,查表得水的比热为做第一效热量衡算，得， (取0.98) 同理做第二效热量衡算，得，(取=0.98) 整理得，代入式，得，（5）总传热系数K的计算查表得不锈钢管的导热率为浓度151061.1361158.5第一效时，管内沸腾传热系数的关联式有： =774024.8 )饱和水蒸

13、气的传热系数由下公式可求得：=6292.14传热外表面的总传热系数K由下公式计算： =)第二效时：管内沸腾传热系数的关联式有：=218404.6）饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：=4917.49传热外表面的总传热系数K由下公式计算： =算得)(6)分配有效温度差，计算传热面积3.3.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=55.16第二效加热蒸汽温度为77.306(r=2314.07KJ/kg)第一效二次蒸汽温度为%由得第一效沸点为：=78.466 对应汽化热为2311.4kJ/kg=0.9575-340解得：(为与加热蒸汽耗量符号S区分，故以下面积符号采用)两效的传热面积比较接近，故不再重算。考虑留适当设计余量，通常加大1015%,取3.4 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20.21514.581936.9第二效20.21518.721514.58总和40.43033.33451.483.5蒸发器主要工艺尺寸的计算（1）加热室传热管数目管子采用正三角形排列采用胀管法，取取b=1.5d0 b=1.5d0=1.538=57mm加热室的直径取加热室直径D为800mm(2)