升膜蒸发器设计计算说明书

《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.................错误!不决义书签。(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!不决义书签。(5).主要参照资料.....................................错误!不决义书签。二设计方案的确定..................................................3三设计计算........................................................4.总蒸发水量..........................................错误!不决义书签。.加热面积初算........................................错误!不决义书签。（1）估计各效浓度..................................错误!不决义书签。（2）沸点的初算....................................................4（3）温度差的计算..................................错误!不决义书签。（4）计算两效蒸发水量V1，V2及加热蒸汽的耗资量S1....错误!不决义书签。（5）总传热系数K的计算............................错误!不决义书签。（6）分配有效温度差，计算传热面积..................错误!不决义书签。.重算两效传热面积..................................错误!不决义书签。（1）第一次重算....................................错误!不决义书签。计算结果..........................................错误!不决义书签。四蒸发器主要工艺尺寸的计算........................错误!不决义书签。五简图-----------------------------------------------------------------------------------------------------13（1）工艺流程图-------------------------------------------------------------------------------1----------13（2）细节图-----------------------------------------------------------------------------------------------14一《食品工程原理》课程设计任务书．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℃原料最高赞同温度：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/(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。(3).设计要求：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，冷凝水分别消除系统及真空系统）；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、简单的技术经济解析、参照文件资料等）；工艺部署简图一幅（可附在设计计算书上）；注意收集、阅读参照资料，形成设计方案；提交日期：2014年12月30日。(4).设计意义：1.蒸发能够除去番茄汁中的大量水分，减少包装、储蓄和运输花销。蒸发2还能够提高番茄汁的糖分浓度，增加番茄汁的耐储蓄性。采用升膜蒸发，果汁在蒸发器内经过一次加热、汽化、分别过程，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，操作花销降低；但效数越多，设备花销越高，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Ⅱ效。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。经过课程设计，要修业生综合运用本课程和前修课程基本知识，进行贯通融会，独立思虑，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责问题的能力，从而获取化工工程设计的初步训练，为今后更为复杂的设计打下优异的基础。(5).主要参照资料：夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学初版社，2005，1华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计,华南理工大学初版社.1995化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学初版社.1992丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业初版社.2002，7,151-158张承翼李春英，化工工程制图，化学工业初版社.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，华南理工大学初版社，2001，7，111-13各样化学工程学报、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：减少包装、运输和储蓄的花销；防范腐败；改进口胃。二.确定设计方案：考虑到高温会破坏果汁的质量，故采用真空低温蒸发来对番茄汁进行浓缩操作；由办理物料（原料）的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考3虑到经济和效率问题，采用双效升膜蒸发系统，依照设计要求，采用并流双效升膜式蒸发器蒸发。采用2m长φ38×3mm的无缝不锈钢管作加热管。三设计计算总蒸发水量VF(1F)1170(10.10)845.0kg/hP0.36加热面积初算（1）估计各效浓度:第一效蒸发后：FF11700.101FV11170V1由经验公式：V1:V21:而V1V2V845.0解得:V1402.4kg/hV2442.6kg/h15.24%（暂取15%）2）沸点的初算查表：T=100℃时，P=；T=25℃时，P2=设两效蒸汽压强相等PPP2101.333.168498.1616kpaP1PP98.1616101.3352.2492kpa22解得P1时，查表沸点t182.19℃；t225126℃，4第二效加热蒸汽T2=t1—1==℃蒸压力温度汽化热/（KJ·Kg-1)汽/KPa/℃Ⅰ效加热蒸汽100Ⅰ效二次蒸汽Ⅱ效加热蒸汽Ⅱ效二次26蒸汽进冷凝器25蒸汽（3）温度差的计算①将该溶液看作蔗糖溶液办理，各效由于溶液的沸点高升引起的温度损失差为：/％1536/Kg/m31．0611第一效时：116.2T216.2(t1273)20.20.0162(82.19273)2a2301.71030.2r2301.70.18℃第二效时：216.2T2a16.2(t2273)20.840.0162(26273)20.84r2432.71032432.70.50℃120.180.500.68℃5②由液柱静压力引起的温度差损失:（取液层高度为2m）第一效：pm1p11gh52.24921.06119.8262.65KPa22此压强下Tm86.94℃，1Tmt186.9482.194.75℃11第二效：pm3.76221.15369.82/215.093KPa此压强下Tm253.66℃，2Tm2t253.662627.66℃124.7527.6632.41℃③取管路引起的损失121℃12112℃④各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：Ⅰ效:Ⅱ效:

11112222

++1=℃++1=℃各效溶液的沸点：Ⅰ效:t1t11℃+=Ⅱ效:t2t22℃26+=各效有效温差为：Ⅰ效:t1100t1=℃Ⅱ效:t2T2t2最大可能温差：T1002575℃损失温差：0.180.532.31234.99℃有效总温差：tt1t211.88+26.03=37.91℃（4）计算两效蒸发水量V1，V2及加热蒸汽的耗资量S1由题意知料液平均比热为CF3.5KJ/KgK，6查表得水的比热为CW4.220KJ/KgK作第一效热量衡算，得rsTt1V(S1FCF)1其中10.981r1Fr1因此V1(S1rsFCFTFt1r1)10.98r1----------------①同理作第二效热量衡算，得VVVSrs2(FCCV)t1t22其中20.98212r2FW1r2因此845.0V2304.0V(11703.504.220V)88.1255.160.9812432.7112432.7----------------②整理得V1422.34Kg/h代入①式可得：S1553.42Kg/h由②式可得：V2VV1845.0422.34422.66Kg/h（5）总传热系数K的计算查表得不锈钢管的导热率为17.4W/mK浓度(kg/m3)(pas)15％5.910436％2.18102第一效时：7ulF11700.3810m/s0.0322d2l36000.7851061.136004dull0.0320.38101061.121927Rel5.9104luvS1553.420.1995m/s0.0322d2v36000.785958.436004duvv0.0320.1995958.421666Rev2.824104vlC5.91043940P4.2Prl0.55l由管内沸腾传热系数i的关系式有：(1.3lRel0.23Rev0.34Prll0.25(vi128d)0.9( ))d

vl(1.31280.032)0.55219270.23216660.344.20.9(1061.1)0.25(2.8241044)0.032958.45.91049188W/(m2℃）饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：rg232258.41039.8958.420.682131v1/41.13（401.13()2.82410-4211.88）vLt16291W/(m2℃）传热表面面的总传热系数K由下公式计算：11bd01d0K10did10.0030.03810.038=3.8810-4629117.40.032491880.032K12578.38W/(m2℃）同理可得，第二效时：8ulF21170422.340.2230m/s0.0322d2l36000.7851158.536004dull0.0320.22301158.5Rell2.18102379uvS2422.340.1503m/s0.0322d2v36000.785971.036004duvv0.0320.1503971.0Revv3.50210413336lp2.181023353133Prl0.55l由管内沸腾传热系数i的关系式有：(1.3128d)lRev0.34Prl0.25viRel0.23l0.9( )( )dvl(1.31280.032)0.553790.23133360.341330.9(1158.5)0.25(3.5021024)0.032971.02.181012571W/(m2℃）饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：rg231/423041039.8971.020.674731v)1.13（401.13(3.50210-4226.03）vLt24918W/(m2℃）传热表面面的总传热系数K由下公式计算：11bd01d0K20did10.0030.03810.0385.03104491817.40.032125710.032K21989.89W/(m2℃）9（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SS1Q1S1r1553.422258.410002K1t1K1t12578.3811.88360011.33mS2Q2S2r2422.342304.010002K2t2K2t21989.8926.0336005.22m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SS1t1S2t211.3311.885.2226.032t1t211.8826.037.14mt1S1t111.3311.8818.850CS7.14t2S2t25.2226.0319.030CS7.14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，因此t255.16℃第二效加热蒸汽温度为t2t255.1619.0374.19℃该温度下对应的汽化热r=Kg第一效二次蒸汽温度T1t2t2174.19175.19℃1FF11700.115.24%FV11170402.4由1和T1得第一效沸点T1=T1175.19℃该温度下对应的汽化热r=Kg，1=2=0.9810V1(S1rsFcFTFT1)1(2258.4S111703.52575.37)0.98r1r12331.952331.95=S1----------------①rs2T1t2V2VV1S2r2(FCFCWV1)r22845.0V12304.0V12432.7----------------②V1428.6kg/h①②解得：V2845.0428.6416.4kg/hS1542.9kg/hSS1r1542.92258.410007.01m21K1t2578.3818.8536001S2S2r2428.62321.4010007.30m2K2t21989.8919.033600两效的传热面积比较凑近，故不在重算考虑留合适设计余量，平时加大取SS8.3m210~15%,12计算结果蒸发器加热面积蒸发水量加热蒸汽耗资量kg/h序号m2kg/h11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S8.3n3.1442根dL0.0322管子采用正三角形排列nc1.1n1.1428根采用胀管法，取t=t==×38=57mm取b===×38=57mm加热室的直径Dt(nc1)2b57(81)257513mm圆整后，取加热室直径D为550mm.（2）分别室分别室体积计算式为:V

W3600U分别室体积，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;蒸发体积强度，m3/m3s,即每立方米分别室每秒钟产生的二次蒸汽量其中，U为蒸发体积强度，一般赞同值为1.1～1.5m3/m3s，在此取1.2m3/m3s。将工艺计算中二次蒸气的温度和流量以