食品工程原理课程设计-番茄双效并流加料蒸发装置设计

PAGE21食品工程原理课程设计说明书设计题目：番茄双效并流加料蒸发装置设计目录1.设计题目: 32.任务书 32.1设计任务及操作条件 32.2设计项目 33.蒸发工艺设计计算 43.1各效蒸发量及完成液液浓度估算 43.1.1总蒸发量的计算 43.1.2加热蒸汽消耗量和各效蒸发量 43.2多效蒸发溶液沸点和有效温度差的确定 63.3根据有效传热总温差求面积 83.3.1则重新分配温差 93.3.2计算各效料液温度 93.4温差重新分配后各效蒸汽的参数 93.5计算结果列表 114.蒸发器的主要结构尺寸设计 114.1加热管的选择和管数的初步估算 124.2循环管的选择 124.3加热室直径及加热管数目的确定 134.4分离室面积的确定 144.5蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图 175．蒸发装置的辅助设备 185.1汽液分离器 185.2蒸汽冷凝器 186.工艺计算汇总表 197.对本设计进行评述 19参考文献 19设计题目:番茄双效并流加料蒸发装置设计2.任务书2.1设计任务及操作条件含固形物6%（质量分率，下同）的鲜牛乳，拟经双效真空蒸发装置进行浓缩，要求成品浓度为25%，原料液温度为第一效沸点（60℃），加热蒸汽压力为300kPa(表)，冷凝器真空度为93kPa，日处理量为19吨/天，日工作时间为8小时，试设计该蒸发过程。假定采用中央循环管式蒸发器，双效并流进料，效间流动温差损失设为1K，第一效采用自然循环，传热系数为900V/(m2·k)，第二效采用强制循环，传热系数为1800V/(m2·k)，各效蒸发器中料液液面均为1m，各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出，并假设各效传热面积相等，忽略热损失。2.2设计项目2.1写出设计计算书（计算过程及计算结果尽量表格化）。2.2蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。2.3蒸发器的主要结构尺寸设计。2.4主要辅助设备选型，包括气液分离器及蒸汽冷凝器等。2.5绘制蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。2.6对本设计进行评述。3.蒸发工艺设计计算3.1各效蒸发量及完成液液浓度估算3.1.1总蒸发量的计算W=F(1-)F==2735㎏/h则W=2735*(1-)=2078.6㎏/h设两效的蒸发量相等,W1：W2=1:1.1且W1=1180.3Kg/hW2=938.4Kg/h则X1===0.1X2===加热蒸汽消耗量和各效蒸发量据已知条件，定效间流动温差损失为1K，查饱和水蒸气表，列出各热参数值如下表各热参数值蒸汽压力（kpa）温度（℃）汽化热（kJ/kg）Ⅰ效加热蒸汽300133.472168Ⅰ效二次蒸汽19.9602355Ⅱ效加热蒸汽19.8592357Ⅱ效二次蒸汽8.642.32396进冷凝器蒸汽8.041.32398可计算β1==0β2===7.4*10—6K·㎏/JCPF=CPV(1-V)=4178*(1-0.06)=3927.32J/㎏·K在60℃下水的CPV=4178J/㎏·K热利用系数η一般可取0.98V1=(S1+FCPFβ1)*η1=S1η1=0.98S1V2=[S2+（FCPF-CPVV1）β2]*η2=[V1+（3000*3509.52-4178*0.924S1）*6.6*10-6]*0.826=0.67+77.9又知V1:V2=1；1.1则0.98S1+0.67S1+77.9=2078.6㎏/h得S1=1212.5㎏/hV1=0.98S1=1188.3㎏/hV2=898.3㎏/hS2=1188.3㎏/h4)换热面积得计算A1====11.04㎡A2====25.88㎡因为所求换热面积不相等，应根据各有效面积相等的原则重新分配各有效温差。方法如下：Δt1′=,Δt2′=又知A1=，A2=则相比可得Δt1′=,Δt2′=温差相加得，=Δt1′+Δt2′=则A=3.2多效蒸发溶液沸点和有效温度差的确定=(T1-Tk′)-式中——有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃T1——第一效加热蒸汽的温度，℃Tk′——冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃——总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃=′+″+′″，式中′——由于溶液的蒸汽压下降而引起的温差损失，或因沸点升高引起的温差损失，℃″——由于蒸发器中溶液的静压强而引起的温度差损失，℃′″——由于管路流体阻力产生压强而引起温度差损失，℃①校正法求Δ′Δ′=fΔ0′=0.0162Δ0′，式中Δ0′——常压下由于溶液蒸汽压下降引起的温差损失，℃f——校正系数，无因次Ti————操作压强下水的沸点，也是二次蒸汽的饱和温度，ri——操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kgX1=0.1时，Δ0′=0.60℃f=0.0162==0.76X2=0.25时，Δ0′=0.94℃f=0.0162==0.67则可得Δ1′=fΔ0′=0.76*0.6=0.46℃Δ2′=fΔ0′=0.68*0.94=0.63℃则Δ′=Δ1′+Δ2′=0.67+0.63=1.09℃同时由上面计算可得各效料液温度t1=T1′+Δ1′=60+0.46=60.46℃t2=T2′+Δ2′=42.3+0.63=42.93℃②由蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失Δ″平均压强按静力学方程估算Pm=P′+式中Pm——蒸发器中液面与底部平均压强，PaP′——二次蒸汽的压强，Paρ——溶液的平均密度，㎏/m3L——液层高度，mg——重力加速度，m/s2Δ″=tpm-tp式中tpm——根据平均压强求水的沸点，℃tp——根据二次蒸汽压求得溶液沸点，℃所以在Ⅰ效蒸发器中，Pm1=P1′+=19.9+=24.9kPa查得tpm1=62.7℃由于牛乳的沸点和水相近，则取二次蒸汽压强下水的沸点为溶液沸点，得Δ1″=62.7-60=2.7℃同理，Pm2=P2′+=8.6+=13.7kPatpm2=51.5℃得，Δ2″=51.5-42.3=9.2℃则Δ″=Δ1″+Δ2″=2.7+9.2=11.90℃③各效间由流动阻力引起的温差损失Δ″′取经验值为1K，则′″=2℃最后得=′+″+′″=1.09+11.9+2=14.99℃则=(T1-Tk′)-=（133.47-42.3）-14.99=76.18℃3.3根据有效传热总温差求面积A=则=16.3m23.3.1则重新分配温差Δt1′===49.7℃Δt2′===26.5℃重复上述计算步骤；1）X1===0.1X2===计算各效料液温度因末效完成液浓度和二次蒸汽压力均不变，各种温差损失可视为恒定，故末效溶液的温度仍为49.7℃则第二效加热蒸汽的温度，也是第一效二次蒸汽的温度T2=49.7+26.5=76.2℃3.4温差重新分配后各效蒸汽的参数各热参数值蒸汽压力（kpa）温度（℃）汽化热（kJ/kg）Ⅰ效加热蒸汽300133.472168Ⅰ效二次蒸汽41.476.22316Ⅱ效加热蒸汽38.275.22311Ⅱ效二次蒸汽8.642.32396进冷凝器蒸汽841.32398可计算β1===（-）3.2*10-5K·㎏/Jβ2===1.4*10—5K·㎏/JCPF=CPV(1-V)=4184*(1-0.06)=3932.9J/㎏·K在76.2℃下水的CPV=4184J/㎏·K热利用系数η一般可取0.98V1=(S1+FCPFβ1)*η1=【S1+3000*3502.8*（-）5.3*10-6】η1=0.924S-55.71V2=【S2+（FCPF-CPVV1）β2】*η2=【V1+（2735*3932.9-4184*0.98S1）*1.4*10-5】*0.98=0.90S1+147.6得S1=1163.5㎏/hV1=1140。2㎏/hV2=938.4㎏/hS2=1140.2㎏/h与第一次计算结果比较︱1-︱=0.04︱1-︱=0.04相对误差均在5﹪以下，故各效蒸发量的计算结果合理，其各效溶液浓度无明显变化，不需重新计算，蒸发面积重新计算：A1====13.6㎡A2====14.3㎡误差1-=1-=0.05=0.05则结果合理，则取平均传热面积为A=13.6㎡3.5计算结果列表效数ⅠⅡ加热蒸汽温度Ti，℃133.4772.6操作压力Pi，kPa30033.4溶液温度Ti，℃6042.3完成液浓度Xi，﹪1025蒸发量Vi，㎏/h1140.2938.4消耗蒸汽量Si，㎏/h1163.51140.2传热面积Ai，㎡13，614．34.蒸发器的主要结构尺寸设计本设计采用的是中央循环管式蒸发器，蒸发器主体为加热室和分离室，加热室由直立的加热管束所组成。管束中间位一根直径较大的中央循环管。分离室是汽液分离的空间。4.1加热管的选择和管数的初步估算根据经验加热管选用Φ57×3.5㎜，L=1.00m当加热管的规格与长度确定后，由下式可初步估算所需的管子数n′;n′===85根式中；A——蒸发器的传热面积，㎡，由前面工艺计算而定；d0——加热管外径，mL——加热管长度，m4.2循环管的选择中央循环管式蒸发器的循环管截面积可取加热管截面积的40﹪——100﹪。按经验，选取80﹪进行计算，加热管的总面积可按n计算，循环管内径以D1表示，则；D12=0.8n′di2所以D1=di==412㎜即循环管的内径D1=412mm查《食品工程原理》P440的管子规格表，选择近似的标准管子，可取外径D=468㎜，壁厚取28㎜则循环管的规格为Φ468×28㎜得循环管面积S=D12==0.14㎡又有，S=0.8ndi2则；n===89根则n=89与所估计的n′=85很接近，因此循环管的规格可以确定为Φ468×28㎜4.3加热室直径及加热管数目的确定加热室的内径取决于加热管和循环管的规格，数目及管板上的排列方式，此设计选择用三角形的排列方式为准。中央循环管式蒸发器管心距t为相邻两管中心线间的距离，t一般为加热管外径的1.25～1.5倍。由加热管的规格Φ57×3.5㎜，根据《食品工程原理课程设计指导》P12表1-2，不同加热管尺寸的管心距，可选取t=70㎜。选择三角形排列进行计算；一根管子在管板上按正三角形排列时所占据的管板面积为Fmp=t2sin=0.866t2=0.866*(70*10-3)2=4.24*10-3㎡式中；=60°；t——管心距，m当加热管为n时，在管板上占据的总面积；F1===0.45㎡式中；F1——管数为n时在管板上占据总面积——管板利用系数，一般在0.7～0.9，这里取=0.8；当循环管直径为D1时，则管板的面积为F1===0.25㎡式中；F1——循环管占管板的面积，㎡2t——中央循环管与加热管之间的最小距离，m.设加热室直径为D0,则；===0.71㎡求得D0=0.951m=951mm,经过圆整取D0=950mm管子排列示意图如下，实际尺寸与示意图尺寸之比为10:14.4分离室直径与高度的确定计算分离室的体积V；V=式中；V——分离器的体积，m3V——二次蒸汽量，kg/h——某效二次蒸汽的密度，kg/m3U——蒸汽体积强度，m3/(m3.s),一般允许值为U=1.1～1.5m3/(m3.s)，在本设计中取U=1.2m3/(m3.s)。又知，V1=1140.2kg/h，=0.280kg/m3(查《食品工程原理》)则V1==0.94㎡V2=938.4kg/h，=0.024kg/m3V2==0.9㎡由于各效的二次蒸汽量不同，其密度也不同，所得分离室体积也不相同，通常末效较大。为方便起见，各效分离室尺寸取一致，分离室体积取其中较大者。因此在本设计中选取V=0.94㎡在确定了分离室的体积，其高度与直径符合V=,确定高度与直径应考虑以下原则；①=1～2,且H>1.8m②分离室的直径应尽量与加热室直径相同。考虑以上条件，经试验几组数据，取H=2.0m,D=1.2m,这组数据比较合理。4.5接管尺寸的确定流体进口接管的内径按此式计算式中；——流体的体积流量，m3/hu——流体的适宜流速，m/s4.5.1溶液的进出口内径对于并流的双效蒸发，第一效溶液量最大，则可根据第一效的流量确定接管。溶液的进出口适宜流速按强制流动的情况考虑，同时为设计方便，进出口直径选取相同。本设计进口处番茄酱的密度=1220kg/m3,进料的质量流量=2735kg/h，取=1.0m/s(《食品工程原理设计指导书》P13)，则==0.03m则查《食品工程原理》P440管子规格表，取相近的标准管4.5.2加热蒸汽与二次蒸汽出口加热蒸汽第一效的蒸汽量较大，则S1=1163.5kg/h，取=30m/s，蒸汽进入时Pab=300kPa,得=1.70kg/m3，则==0.01m，则取相近标准管子若各效结构尺寸一致，则二次蒸汽体积流量应取各效中较大者，则以第一室产生的二次蒸汽计算，则，V1=1030.8kg/h,在Pab=33.4kPa下，得=0.210kg/m3，取=30m/s，则==0.24m,则取相近标准管子4.5.2冷凝水出口冷凝水排出属于液体自然流动，接管直径应以各效加热蒸汽消耗量较大者确定，在本设计中，第一效加热蒸汽消耗量较大，即S1=1163.5kg/h，又=1000kg/m3，取=0.10m/s，则==0.065m,则取相近标准管子4.6蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。蒸发装置流程图中央循环式蒸发器5．蒸发装置的辅助设备蒸发装置的辅助设备主要包括汽液分离器与蒸汽冷凝器。5.1汽液分离器蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量液体，虽然在分离室得到初步分离，但为了防止有用产品损失或防止污染冷凝液，还需设计汽液分离器，以使雾沫中的液体聚集并与二次蒸汽分离，其类型多，设置在蒸发器分离室顶部的有简易室，惯性室，及网式。5.2蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器的作用是冷却水将二次蒸汽冷凝，。当二次蒸汽为有价值的产品需要回收或会严重地污染冷却水时，应采用间壁式冷却器。当二次蒸汽为水蒸气不需要回收时，可采用直接接触式冷凝器。二次蒸汽与冷凝水直接接触进行热交换，其冷凝效果好，被广乏采用。在本设计中，二次蒸汽不需回收，可直接冷凝，直接接触式冷凝器有多孔板，水帘式，填充塔式及水喷射线等。根据对比及设计的蒸发器以及所处理的物料，选择多层多孔板冷凝器，其接触面积大，冷凝效果好。6.工艺计算汇总表加热管直径(mm)57厚度(mm)3.5高度(m)1．00管数(根)85循环管直径(mm)468厚度(mm)28分离室面积1(m^2)0.9面积2(m^2)0.947.对本设计进行评述本次课程设计为设计双效蒸发器对番茄进行浓缩，要对蒸发的工艺进行计算，同时要设计出蒸发器的结构尺寸。经计算，得到的数据虽然说大体上没有什么问题，但是还存在一些误差。因为计算过程数据的取舍可能有些影响。如果要投入生产应用，还是需要经过实验的进一步验证。设计过程中，也存在一些问题，因为对实际的生产过程并不了解，加之资料查找的不够完整，一些计算采取了较简便的计算方法。而且在设计的计算过程中有的数据代入不是很准确，有的校正不是很严格，这是设计中存在的一些问题，希望老师能提出一些建议。参考文献参考书目：1.《食品工程原理》中国农业出版社，杨同舟2.《化工设备的选择与设计》中南大学出版社，刘道德P98～P1183.《化工原理课程设计》天津大学出版社4.《化工原理》大连理工大学出版社5.《化工原理课程设计》天津科学技术出版社7.《化工工艺设计手册》上册第一版（修订）\8.《食品工程原理课程设计指导书》黑龙江八一农垦大学食品学院基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的