畢業(yè)設(shè)計異型豎板式降膜蒸發(fā)器的設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）選題審批表屆：2011 學(xué)院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：過程裝備與控制工程 2010年10 月 20 日學(xué)生姓名 學(xué)號20070354指導(dǎo)教師職稱講師所選題目異型豎板式降膜蒸發(fā)器的設(shè)計題目來源 生產(chǎn)實踐（科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)實踐、實驗室建設(shè)、社會經(jīng)濟(jì)、自擬、其它）選題理由（選題意義、擬解決的問題、對專業(yè)知識的綜合訓(xùn)練情況等）：濃縮是許多乳制品生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，濃縮的蒸發(fā)設(shè)備是牛奶生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備?？紤]到其耗能量較大，故從節(jié)能的角度出發(fā)，我們對蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行了研究。本課題主要是設(shè)計一種新型高效的蒸發(fā)設(shè)備異型豎板式降膜蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)設(shè)備不僅傳熱效率高，而且可以連續(xù)操作

2、。此次設(shè)計對工程生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。這次畢業(yè)設(shè)計所涉及的范圍涵蓋了大學(xué)四年來所修的主要課程內(nèi)容，通過這次設(shè)計可以提高學(xué)生對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，將所學(xué)到的知識運用得更加靈活自如，為將來參加工作、獨立解決問題打下良好的基礎(chǔ)。簽字： 年 月 日指導(dǎo)教師意見院（系）專家組意見教研室（研究所）意見簽字：年 月 日簽字：年 月 日簽字：年 月 日注：（1）“選題理由”由擬題人填寫。 （2）本表一式二份，一份院系留存，一份發(fā)給學(xué)生，最后裝訂在畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）中。 天津理工大學(xué)教務(wù)處制表本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目：異型豎板式降膜蒸發(fā)器的設(shè)計一、原始依據(jù)（文獻(xiàn)綜述等）現(xiàn)今社會的乳制品行業(yè)已達(dá)到空前

3、的繁榮，有消毒牛乳、酸牛乳、淡煉乳、甜煉乳、奶粉、麥乳精、奶油、干酪等，還有各種飲料和冷食。牛乳之所以深受人們的喜愛，是因為它有以下特點：牛乳經(jīng)殺菌后不需要進(jìn)行任何調(diào)理劑可使用；牛乳可以被人體幾乎全部消化吸收；牛乳含有各種營養(yǎng)成份，適合人體生理需要；牛乳還有能促進(jìn)人體生長發(fā)育以及維持健康水平的幾乎一切必需的營養(yǎng)成份；為了取得與牛乳同等量的營養(yǎng)成份，若用其他谷物提供，在數(shù)量上要比牛乳多消耗好幾倍。因此，牛乳可以被認(rèn)為是迄今為止的一種比較理想的營養(yǎng)食品。根據(jù)牛乳的特性，對牛乳的濃縮提出了各種方案，其中最突出的是管式蒸發(fā)器和板式蒸發(fā)器。近期，板式蒸發(fā)器的研究有了很大的突破，大有代替管式蒸發(fā)器的趨勢。

4、此次畢業(yè)設(shè)計就是根據(jù)板式蒸發(fā)器的特點，總結(jié)前人的經(jīng)驗，設(shè)計出新型的板式蒸發(fā)器。濃縮是許多乳制品生產(chǎn)過程中的一個重要工序。在奶粉的生產(chǎn)過程中，約有84%的水分通過濃縮除去。濃縮蒸發(fā)水分是干燥蒸發(fā)水分的5.4倍。由此可見，用于濃縮的蒸發(fā)設(shè)備是奶粉生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于乳液為熱敏性物料，這就要求其蒸發(fā)過程中溫度不宜過高，乳液在蒸發(fā)設(shè)備中的停留時間也不宜太長。為了適應(yīng)這一要求，真空降膜蒸發(fā)設(shè)備被廣泛用來進(jìn)行乳液的濃縮。多效降膜蒸發(fā)設(shè)備有許多優(yōu)點，其濃縮比大、粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的耗量少、處理量大。而且在降膜蒸發(fā)器中，乳液的蒸發(fā)溫度低，受熱時間短，營養(yǎng)成份損失少，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保持良好

5、的色、香、味。并且也便于實現(xiàn)過程的自動化。但對于管式降膜蒸發(fā)器，卻存在不少的缺點，主要有：物料不能循環(huán)；當(dāng)管內(nèi)流體速度較大時，會引起液體分布不均，造成傳熱系數(shù)下降，并有干壁現(xiàn)象發(fā)生，這在食品加工行業(yè)中是絕對不允許的。而板式蒸發(fā)器卻很好地解決了這些問題，適用范圍比較廣，因此漸漸被人們所認(rèn)可。蒸發(fā)濃縮過程需要消耗大量的熱能，為了節(jié)約能量，國內(nèi)外大部分乳品廠家已采用了多效降膜蒸發(fā)設(shè)備，并采用了二次蒸汽再利用技術(shù)。與此同時，科技工作者還致力于提高降膜蒸發(fā)器設(shè)計的合理性，這也是節(jié)能措施的一個重要方面。降膜板式蒸發(fā)器目前還處于探索階段。從生產(chǎn)來看，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期的滿意效果，是一種新型的高效節(jié)能蒸

6、發(fā)設(shè)備。因此，它將以全新的姿態(tài)出現(xiàn)在各食品加工行業(yè)里。它采用了波紋狀的異性板片來代替了傳統(tǒng)的長管式加熱元件，液體自上而下自由流動，且降膜蒸發(fā)。由于布液器的均勻布液，加熱面的有效利用率高。試驗測定，如果生產(chǎn)能力一定所需的加熱面積與管式相比可減少2530%，因而大大提高了加熱蒸發(fā)的熱效率。同時，板式降膜蒸發(fā)器的物料走板的外側(cè)，只要適當(dāng)設(shè)置觀察孔，就可以方便地觀察物料的流動情況，便于隨時檢查和調(diào)整，因此這種設(shè)備為我們的操作和管理帶來了方便；而且也便于隨時觀察加熱面的結(jié)垢情況，并及時加以清洗，因此，這種設(shè)備又為我們清洗污垢帶來了方便。另外，這種裝置的一大突出的優(yōu)點就是節(jié)能。和強(qiáng)制循環(huán)的其他設(shè)備相比，循

7、環(huán)泵所需動力只是強(qiáng)制循環(huán)的1/3的，如果在配置一定的節(jié)能裝置，如在二次蒸汽的出口處配置合適的水力噴射裝置，重新利用二次蒸汽，從而可使蒸汽的用量減少，節(jié)省了加熱能源。這種設(shè)備不僅具有如此多的優(yōu)點，而且還隱藏著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＶ灰覀兘鉀Q了異性板與蒸汽進(jìn)口和冷凝水出口的活動連接問題，我們就可以在一臺蒸發(fā)器內(nèi)安裝23組加熱元件，根據(jù)生產(chǎn)需要任意調(diào)節(jié)傳熱面積，而且在一臺設(shè)備內(nèi)可以同時處理不同物料或不同濃度的物料，大大減少了生產(chǎn)的投資費用，而且在處理結(jié)垢時無需停車，從而保持了蒸發(fā)器的高效運轉(zhuǎn)，提高了效益，同時方面了操作。二、設(shè)計內(nèi)容和要求：（說明書、專題、繪圖、試驗結(jié)果等） 1.設(shè)計內(nèi)容：本設(shè)計主要是根

8、據(jù)板式蒸發(fā)器的特點，總結(jié)前人的經(jīng)驗，設(shè)計出新型的板式蒸發(fā)器，已達(dá)到牛奶濃縮的目的。 由于乳液為熱敏性物料，這就要求其蒸發(fā)過程中溫度不宜過高，乳液在蒸發(fā)設(shè)備中的停留時間也不宜太長。為了適應(yīng)這一要求，真空降膜蒸發(fā)設(shè)備被廣泛用來進(jìn)行乳液的濃縮。多效降膜蒸發(fā)設(shè)備有許多優(yōu)點，其濃縮比大、粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的耗量少、處理量大。而且在降膜蒸發(fā)器中，乳液的蒸發(fā)溫度低，受熱時間短，營養(yǎng)成份損失少，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保持良好的色、香、味。并且也便于實現(xiàn)過程的自動化。研究步驟：(1)牛奶的生產(chǎn)工藝流程，蒸發(fā)系統(tǒng)流程的選取1)牛奶的生產(chǎn)工藝流程的確定2)蒸發(fā)器的選型3)蒸發(fā)器流程的選取4)蒸發(fā)器操作

9、流程圖的確定(2)工藝計算1)原始數(shù)據(jù)處理2)蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算和熱量衡算3)蒸發(fā)器傳熱面積計算4)蒸發(fā)器強(qiáng)度和效率的計算5)臨界熱負(fù)荷的校和6)管路的計算7)附屬設(shè)備的設(shè)計和選型(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度計算1)加熱元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計2)布液裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計3)蒸發(fā)器各部件的強(qiáng)度計算4)氣液分離器的設(shè)計與計算5)殺菌器、預(yù)熱器的設(shè)計計算與選型6)法蘭的選取7)其他零件的選取 2.設(shè)計要求： 外文翻譯填寫設(shè)計任務(wù)書 撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告 進(jìn)行相關(guān)計算后繪制工藝流程圖、零件圖和裝配圖 編寫設(shè)計說明書設(shè)計（論文）進(jìn)度計劃表序號起止日期計劃完成內(nèi)容實際完成內(nèi)容檢查日期檢查人簽名12010.11.162011.0

10、1.20熟悉課題，收集資料，檢索相關(guān)設(shè)計內(nèi)容22011.04.52011.04.15擬定設(shè)計方案，確定技術(shù)路線，繪制結(jié)構(gòu)草圖32011.04.162011.04.24方案設(shè)計（確定方案），完成設(shè)計必要的計算42011.04.252011.05.15詳細(xì)的零件設(shè)計，論文的初步擬稿52011.05.162011.05.25結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件設(shè)計，工程圖的繪制62011.05.262011.06.10整理設(shè)計資料，撰寫論文，總結(jié)分析過程和結(jié)果72011.06.112011.06.14準(zhǔn)備畢業(yè)答辯資料指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期： 年 月 日 簽名：注：1.本任務(wù)書一式二份，一份院或系留存，一份發(fā)給學(xué)生，任務(wù)完成后附

11、在說明書內(nèi)。2.“檢查人簽名”一欄和“指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期”由教師用筆填寫，其余各項均要求打印，打印字體和字號按照天津理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）撰寫規(guī)范執(zhí)行。 畢業(yè)設(shè)計開題報告屆：2011 學(xué)院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：過程裝備與控制工程2011年 3 月 15 日課題名稱奶粉生產(chǎn)設(shè)備的成套設(shè)計學(xué)院名稱機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)名稱過程裝備與控制工程學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 一本題目研究的目的及意義：這次畢業(yè)設(shè)計所涉及的范圍涵蓋了我大學(xué)四年來所修的主要課程內(nèi)容，通過這次設(shè)計可以提高我對專業(yè)知識的綜合利用能力，將所學(xué)到的知識運用得更加靈活自如，為將來參加工作、獨立解決問題打下良好的基礎(chǔ)。二本題目國內(nèi)、外研

12、究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢：牛乳深受人們的喜愛，這是因為它有以下特點：牛乳經(jīng)殺菌后不需要進(jìn)行任何調(diào)理劑可使用；牛乳可以被人體幾乎全部消化吸收；牛乳含有各種營養(yǎng)成份，適合人體生理需要；牛乳還有能促進(jìn)人體生長發(fā)育以及維持健康水平的幾乎一切必需的營養(yǎng)成份；為了取得與牛乳同等量的營養(yǎng)成份，若用其他谷物提供，在數(shù)量上要比牛乳多消耗好幾倍。根據(jù)牛乳的特性，對牛乳的濃縮提出了各種方案，其中最突出的是管式蒸發(fā)器和板式蒸發(fā)器。近期，板式蒸發(fā)器的研究有了很大的突破，大有代替管式蒸發(fā)器的趨勢。此次畢業(yè)設(shè)計就是根據(jù)板式蒸發(fā)器的特點，總結(jié)前人的經(jīng)驗，設(shè)計出新型的板式蒸發(fā)器。濃縮是許多乳制品生產(chǎn)過程中的一個重要工序。在奶粉的

13、生產(chǎn)過程中，約有84%的水分通過濃縮除去。濃縮蒸發(fā)水分是干燥蒸發(fā)水分的5.4倍。由此可見，用于濃縮的蒸發(fā)設(shè)備是奶粉生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于乳液為熱敏性物料，這就要求其蒸發(fā)過程中溫度不宜過高，乳液在蒸發(fā)設(shè)備中的停留時間也不宜太長。為了適應(yīng)這一要求，真空降膜蒸發(fā)設(shè)備被廣泛用來進(jìn)行乳液的濃縮。多效降膜蒸發(fā)設(shè)備有許多優(yōu)點，其濃縮比大、粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的耗量少、處理量大。而且在降膜蒸發(fā)器中，乳液的蒸發(fā)溫度低，受熱時間短，營養(yǎng)成份損失少，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保持良好的色、香、味。并且也便于實現(xiàn)過程的自動化。但對于管式降膜蒸發(fā)器，卻存在不少的缺點，主要有：物料不能循環(huán)；當(dāng)管內(nèi)流體速度較大時，會

14、引起液體分布不均，造成傳熱系數(shù)下降，并有干壁現(xiàn)象發(fā)生，這在食品加工行業(yè)中是絕對不允許的。而板式蒸發(fā)器卻很好地解決了這些問題，適用范圍比較廣，因此漸漸被人們所認(rèn)可。蒸發(fā)濃縮過程需要消耗大量的熱能，為了節(jié)約能量，國內(nèi)外大部分乳品廠家已采用了多效降膜蒸發(fā)設(shè)備，并采用了二次蒸汽再利用技術(shù)。與此同時，科技人天津理工大學(xué)教務(wù)處制表員提高降膜蒸發(fā)器設(shè)計的合理性，這也是節(jié)能措施的一個重要方面。這種設(shè)備不僅具有如此多的優(yōu)點，而且還隱藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?。只要我們解決了異性板與蒸汽進(jìn)口和冷凝水出口的活動連接問題，我們就可以在一臺蒸發(fā)器內(nèi)安裝23組加熱元件，根據(jù)生產(chǎn)需要任意調(diào)節(jié)傳熱面積，而且在一臺設(shè)備內(nèi)可以同時處理不

15、同物料或不同濃度的物料，大大減少了生產(chǎn)的投資費用，而且在處理結(jié)垢時無需停車，從而保持了蒸發(fā)器的高效運轉(zhuǎn)，提高了效益，同時方面了操作。降膜式異形豎板蒸發(fā)器，亦稱外流板式降膜蒸發(fā)器或自由流板式降膜蒸發(fā)器，它在輕工業(yè)及食品工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，在我國異形豎板降膜蒸發(fā)器多用于造紙行業(yè)，在食品發(fā)酵行業(yè)已用于酒糟廢液和味精廢液的濃縮。又由于降膜式異形豎板蒸發(fā)器具有處理高熱敏性和高粘度物料的突出優(yōu)勢，因此，該設(shè)備極適用于乳類的加工生產(chǎn)。降膜式異形豎板蒸發(fā)器是根據(jù)薄膜傳熱理論和板式換熱器原理發(fā)展起來的一種高效，節(jié)能、新型蒸發(fā)設(shè)備,它與管式降膜蒸發(fā)器相比，具有傳熱效率高、物料受熱時間短、掛料量少、不易結(jié)

16、垢且結(jié)垢易清洗等諸多優(yōu)點。此外，特別值得指出的是這種蒸發(fā)器一改傳統(tǒng)的物料走管內(nèi)，使蒸汽走管外的方式，物料在傳熱元件外表面自由降膜蒸發(fā)濃縮。不僅給與物料接觸的加熱元件表面的精加工提供了極為有利的條件，而且便于觀察液膜的流動情況。其次，除降膜式異形豎板蒸發(fā)器外，其他的工藝操作的設(shè)備因為已有較成熟的規(guī)范及設(shè)計手冊，在本設(shè)計中僅作這些設(shè)備的選型設(shè)計，這些設(shè)備包括了鮮牛奶的殺菌設(shè)備、預(yù)熱設(shè)備以及干燥成粉設(shè)備，另外還有加熱蒸汽的部分供應(yīng)系統(tǒng)。 這種新型設(shè)備必將會有更大發(fā)展。三本題目研究的理論依據(jù)及現(xiàn)有條件：本題目研究的理論依據(jù)主要是各種過程裝備設(shè)計要求、原理、準(zhǔn)則等，現(xiàn)有條件是涉及到本題目的有關(guān)參考文獻(xiàn)，

17、以及一些用于繪圖、計算的計算機(jī)軟件。四本題目研究內(nèi)容及預(yù)期目標(biāo)：本題目研究內(nèi)容主要是蒸發(fā)器的發(fā)展趨勢，并要求在設(shè)計中保持其工藝性，以及諸如蒸發(fā)工藝操作流程怎樣合理安排、設(shè)計使整個系統(tǒng)工作更協(xié)調(diào)等等。預(yù)期目標(biāo)是根據(jù)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)思路，結(jié)合現(xiàn)有條件獨立設(shè)計出題目所要求的蒸發(fā)設(shè)備。五本題目研究思路及步驟：天津理工大學(xué)教務(wù)處制表首先進(jìn)行調(diào)研、對課題所涉及到的內(nèi)容、數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析、計算，通過一系列分析比較得出最佳方案；然后進(jìn)入正式設(shè)計，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計所要求的步驟逐步進(jìn)行；在設(shè)計總體完成后對某些局部的地方進(jìn)行必要的修改、校正。六主要參考文獻(xiàn)和資料：1 劉殿宇、田永紅.單效降膜式蒸發(fā)器在液態(tài)奶生產(chǎn)中的設(shè)計及應(yīng)

18、用.化工設(shè)備與管道，2004，41（2）：792 錢頌文.換熱器設(shè)計手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.83 日林弘通 著、陶云章 譯.乳粉制造工程.北京：輕工業(yè)出版社，19804 畢明樹.工程熱力學(xué).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.55 李克永.化工機(jī)械手冊.天津：天津大學(xué)出版社，1991.56 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.17 姚玉英.化工原理（上、下冊）. 天津：天津大學(xué)出版社，2003.78 化工部設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站.化工設(shè)備設(shè)計手冊（材料與零件分冊）.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1982.79 賀匡國.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊.

19、 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.1210 高麗蘭等.異形豎板降膜蒸發(fā)器濃縮大黃浸提液的初步實驗研究. 醫(yī)藥工程設(shè)計雜志，2003，24（5）：1311 張裕中.食品加工技術(shù)裝備.北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.312 趙元軍. 乳品機(jī)械設(shè)計選用與節(jié)能.中國乳品工業(yè)，2002，30（5）：15015213 宋繼田等. 葡萄糖溶液板式外流降膜蒸發(fā)布液裝置實驗研究.食品與機(jī)械，2002，2（88）：212314 上海市教育委員會.化工制圖.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2000.615 化學(xué)工業(yè)部化工工藝配管設(shè)計技術(shù)中心站.化工管路手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988.716 潘紅良等.過程設(shè)

20、備機(jī)械設(shè)計.上海：華東理工大學(xué)出版社，2006.717 劉廣文.干燥設(shè)備選型及采購指南.北京：中國石化出版社2004指導(dǎo)教師意見簽字： 年 月 日天津理工大學(xué)教務(wù)處制表異型豎板式降膜蒸發(fā)器的設(shè)計摘要我國是世界上生產(chǎn)乳類產(chǎn)品的大國，特別是奶粉產(chǎn)品的加工生產(chǎn)在我國的食品加工行業(yè)內(nèi)具有重要地位。因此，為了創(chuàng)造更高的商品價值和生產(chǎn)效率，我國的食品機(jī)械設(shè)計人員不斷實現(xiàn)加工設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)。近年來，降膜式異形豎板蒸發(fā)器脫穎而出，在奶粉加工設(shè)備的濃縮環(huán)節(jié)被廣泛使用，并且獲得好評。降膜式異形豎板蒸發(fā)器是根據(jù)薄膜傳熱理論和板式換熱器原理發(fā)展起來的一種高效，節(jié)能、新型蒸發(fā)設(shè)備,它與管式降膜蒸發(fā)器相比，具有傳熱

21、效率高傳熱效率高、物料受熱時間短、掛料量少、不易結(jié)垢且結(jié)垢易清洗等諸多優(yōu)點。但是，由降膜式異形豎板蒸發(fā)器為濃縮設(shè)備的全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計及其規(guī)范仍處初步發(fā)展階段，尚待研究與發(fā)展。本文核心以降膜式異型豎板蒸發(fā)器為濃縮設(shè)備的全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)與選型設(shè)計。關(guān)鍵詞：異型豎板式 降膜 蒸發(fā)器design on falling film evaporator in irregular-shaped riserabstractour country is the world production of products of the big country, breast milk powder p

22、roducts processing and production, especially in the food processing industry in our country has the important position. therefore, in order to create higher commodity value and the production efficiency, our countrys food machinery design personnel continuously realizes processing equipment of tech

23、nology innovation and improvement. in recent years, falling film type abnormity vertical board evaporator stand out, milk powder processing equipment in the concentration of the link to be used extensively, and has won good comments. falling film type abnormity vertical board evaporator is according

24、 to film heat transfer theory and plate heat exchanger principle developed a kind of high efficiency, energy saving, new evaporation equipment, it and tube type drop membrane evaporator, compared with heat transfer efficiency high heat transfer efficiency high, raw material is heated time is short,

25、hang shoes few, is not easy to be scaling and scaling easy to clean, and many other advantages. but, by falling film type abnormity vertical board evaporator for the full set of the concentration equipment production equipment design and its milk powder criterion still preliminary stage of developme

26、nt, place is to research and development. this paper core to falling film type different vertical board evaporator for the full set of the concentration equipment production equipment milk powder structure and type design. keywords: different vertical plate falling film evaporator 目 錄前言1第一章 流程設(shè)計21.1

27、全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的工藝流程設(shè)計21.2濃縮設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計2第二章 工藝計算42.1設(shè)計要求42.1.1加工對象42.1.2操作條件42.2濃縮設(shè)備傳熱面積的計算52.2.1各效二次蒸汽蒸發(fā)量計算52.2.2第二效蒸發(fā)器進(jìn)料濃度b1的計算62.2.3通入生蒸汽量的計算62.2.4傳熱面積的初步計算72.2.5傳熱面積的校核與取值82.3換熱板上液相回流量的計算122.3.1判定原理122.3.2回流量的計算132.4全套設(shè)備的熱性能142.4.1蒸發(fā)效率142.4.2蒸發(fā)強(qiáng)度 w142.4.3蒸汽的生產(chǎn)強(qiáng)度 u142.4.4熱效率 h15第三章 主體設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計163.1蒸發(fā)器筒體的結(jié)

28、構(gòu)設(shè)計163.1.1 第二效蒸發(fā)器筒體設(shè)計163.1.2 第一效蒸發(fā)器筒體設(shè)計183.1.3人孔的設(shè)計183.2蒸發(fā)器換熱板的結(jié)構(gòu)設(shè)計183.2.1 第一效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計183.2.2 第二效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計193.3蒸發(fā)器封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計193.3.1第一效蒸發(fā)器封頭的選型203.3.2第二效蒸發(fā)器封頭的選型213.4蒸發(fā)器容器法蘭的選取213.5開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算213.6布液器的結(jié)構(gòu)設(shè)計223.7降液收集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計233.8蒸發(fā)器支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計243.8.1第一效蒸發(fā)器支座243.8.2第一效蒸發(fā)器支座263.9視鏡的設(shè)計與選型26第四章 附屬設(shè)備的設(shè)計與選型274.1殺菌設(shè)備的設(shè)計與選型

29、274.2預(yù)熱設(shè)備的設(shè)計與選型274.3分離器的設(shè)計與選型274.3.1第一效分離器的設(shè)計與選型284.3.2第二效分離器的設(shè)計與選型284.4奶泵的設(shè)計與選型284.5真空設(shè)備的設(shè)計與選型294.5.1蒸法室真空設(shè)備的設(shè)計與選型294.5.2換熱板中空室真空設(shè)備的設(shè)計與選型294.6蒸汽壓縮設(shè)備的設(shè)計與選型294.6.1蒸汽壓縮設(shè)備的選型294.6.2蒸汽壓縮設(shè)備的選型計算304.6.3蒸汽壓縮設(shè)備的規(guī)格304.7干燥設(shè)備的設(shè)計與選型30第五章 附件的設(shè)計與選型325.1接管及其配用附件的設(shè)計與選型325.1.1蒸汽包與第一效蒸發(fā)器蒸汽進(jìn)口之間的管路325.1.2原料儲罐與原料泵入口之間的管

30、路335.1.3原料泵出口與第一效蒸發(fā)器物料進(jìn)口之間的管路345.1.4第一效蒸發(fā)器冷凝水排出口與冷凝水儲罐之間的接管355.1.5第一效蒸發(fā)器物料出口與分離器進(jìn)口之間的接管365.1.6第一效分離器物料出口與第二效輸送泵進(jìn)口之間的接管375.1.7第一效分離器二次蒸汽出口與第二效蒸發(fā)器蒸汽進(jìn)口之間的接管375.1.8第二效蒸發(fā)器物料進(jìn)口接管385.1.9第一效分離器物料出口與三通接口之間的接管395.1.10第二效蒸發(fā)器冷凝水排出口與冷凝水儲罐之間的接管395.1.11 第二效蒸發(fā)器物料出口與分離器進(jìn)口之間的接管405.1.12 第二效分離器物料出口與產(chǎn)品輸出泵之間的接管405.1.13 產(chǎn)

31、品輸出管上三通與濃縮液儲罐之間的接管415.1.14第二效蒸發(fā)器物料回流管425.1.15第二效分離器二次蒸汽出口與蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)口之間的接管435.1.16蒸汽壓縮機(jī)出口與第一效蒸發(fā)器進(jìn)口管上三通之間的接管435.2保溫層的設(shè)計與選型435.3閥門設(shè)計與選型445.4流量計的選型44結(jié)論45參考文獻(xiàn)46致 謝47前言我國是世界上生產(chǎn)乳類產(chǎn)品的大國，特別是奶粉產(chǎn)品的加工生產(chǎn)在我國的食品加工行業(yè)內(nèi)具有重要地位。因此，為了創(chuàng)造更高的商品價值和生產(chǎn)效率，我國的食品機(jī)械設(shè)計人員不斷實現(xiàn)加工設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)。近年來，降膜式異形豎板蒸發(fā)器脫穎而出，在奶粉加工設(shè)備的濃縮環(huán)節(jié)被廣泛使用，并且獲得好評。但是，

32、由降膜式異形豎板蒸發(fā)器為濃縮設(shè)備的全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計及其規(guī)范仍處初步發(fā)展階段，尚待研究與發(fā)展。因此本人以奶粉生產(chǎn)設(shè)備的成套設(shè)計為題，對于以降膜式異形豎板蒸發(fā)器為濃縮設(shè)備的全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與選型設(shè)計。在此論文中，本人對于全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備中，不同工藝操作的設(shè)備分為主要設(shè)備和此要設(shè)備，有主次地做出了論述與說明。首先，降膜式異形豎板蒸發(fā)器作為該套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的濃縮設(shè)備，本人將其視為本設(shè)計的主要設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及其附屬部件的設(shè)計。降膜式異形豎板蒸發(fā)器，亦稱外流板式降膜蒸發(fā)器或自由流板式降膜蒸發(fā)器，它在輕工業(yè)及食品工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，在我國異形豎板降膜蒸發(fā)器多用于造紙行業(yè)，在食品發(fā)

33、酵行業(yè)已用于酒糟廢液和味精廢液的濃縮。又由于降膜式異形豎板蒸發(fā)器具有處理高熱敏性和高粘度物料的突出優(yōu)勢，因此，該設(shè)備極適用于乳類的加工生產(chǎn)。降膜式異形豎板蒸發(fā)器是根據(jù)薄膜傳熱理論和板式換熱器原理發(fā)展起來的一種高效，節(jié)能、新型蒸發(fā)設(shè)備,它與管式降膜蒸發(fā)器相比，具有傳熱效率高、物料受熱時間短、掛料量少、不易結(jié)垢且結(jié)垢易清洗等諸多優(yōu)點。此外，特別值得指出的是這種蒸發(fā)器一改傳統(tǒng)的物料走管內(nèi)，使蒸汽走管外的方式，物料在傳熱元件外表面自由降膜蒸發(fā)濃縮。即異形豎板降膜蒸發(fā)器中物料在加熱元件外表面靠重力自由降膜蒸發(fā)濃縮，這不僅給與物料接觸的傳熱元件外表面的精加工帶來有利的條件，而且更為重要的是加熱表面易于清洗

34、，對易結(jié)垢的物料十分有利；不僅給與物料接觸的加熱元件表面的精加工提供了極為有利的條件，而且便于觀察液膜的流動情況。降膜式異形豎板蒸發(fā)器對于處理熱敏性物料具有明顯的優(yōu)勢，因此，正是由于鮮牛奶的熱敏性強(qiáng)及粘度高，近年來我國的奶粉生產(chǎn)企業(yè)逐漸青睞于物料受熱時間短且掛料少的降膜式異形豎板蒸發(fā)器。另外，乳粉的濃縮設(shè)備是消耗能源最多的單元之一，因此在今天節(jié)能第一的時代，降膜式異形豎板蒸發(fā)器可以大大減少奶粉生產(chǎn)設(shè)備的耗能。其次，除降膜式異形豎板蒸發(fā)器外，其他的工藝操作的設(shè)備因為已有較成熟的規(guī)范及設(shè)計手冊，在本設(shè)計中僅作這些設(shè)備的選型設(shè)計。這些設(shè)備包括了鮮牛奶的殺菌設(shè)備、預(yù)熱設(shè)備以及干燥成粉設(shè)備，另外還有加熱

35、蒸汽的部分供應(yīng)系統(tǒng)。為滿足這些設(shè)備能夠高效地同降膜式異形豎板蒸發(fā)器配合工作，本人查找了大量參考文獻(xiàn)，經(jīng)過全面對比，選用了合理的配套設(shè)備，并詳盡地敘述了選型依據(jù)、過程以及參考文獻(xiàn)。最后，對于部分附件如：接管、監(jiān)測儀表、保溫層及閥門作了簡略選型。第一章流程設(shè)計1.1全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的工藝流程設(shè)計本設(shè)計內(nèi)容是由鮮牛奶的殺菌開始，逐步對于預(yù)熱設(shè)備、濃縮設(shè)備和干燥成粉設(shè)備進(jìn)行了逐一設(shè)計，并且形成了一全套設(shè)備的工藝流程。該工藝流程的流程草圖見下圖 （圖1.1）：圖 1.1 工藝流程fig. 1.1 the technical process1.2濃縮設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計本設(shè)計中，將濃縮設(shè)備作為主要設(shè)計對

36、象，因此首先要對其進(jìn)行選型。蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，應(yīng)按生產(chǎn)過程的要求選擇適宜的蒸發(fā)器型式。選型時一般應(yīng)考慮以下原則：（1）滿足生產(chǎn)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量；（2）生產(chǎn)能力較大；（3）構(gòu)造簡單操作維修方便；（4）經(jīng)濟(jì)實用。另外，要充分考慮到加工對象的性質(zhì)，鮮牛奶是該設(shè)備的加工對象，其具有高熱敏性和高粘度的特性。而膜式蒸發(fā)器的特點為：溶液沿加熱管壁呈膜狀流動而進(jìn)行傳熱及蒸發(fā)，而溶液只通過加熱室一次即達(dá)到濃縮要求，由于蒸發(fā)速度快溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間短，故特別適用于處本設(shè)計。降膜式蒸發(fā)器在液態(tài)奶的前處理階段主要作用是經(jīng)過巴氏滅菌(滅菌溫度78)和預(yù)熱（預(yù)熱溫度70）的奶液進(jìn)入到中蒸發(fā)器中可充分蒸發(fā)出水分。

37、另外，當(dāng)蒸發(fā)溫度為6065時，奶液濃度一般可從11.5提高到12.7 ，即經(jīng)過濃縮提高奶液干物質(zhì)含量，同時去除奶液中的膻味及不良?xì)馕?。用于液態(tài)奶蒸發(fā)的單效其濃縮比較小，在1.1左右，蒸發(fā)時間短、降膜管周邊潤濕量較大。最后，為了更好的達(dá)到節(jié)能高效的目的，本設(shè)選用真空并流雙效流程。該流程是料液與蒸汽的流向始終相同，具有的優(yōu)點是在：溶液在各效間的流動不需要用泵來輸送；其次，由于前一效溶液的沸點比后一效高，因此當(dāng)前一效料液進(jìn)入后一效時，便呈過熱狀態(tài)而立即蒸發(fā)，產(chǎn)生更多的二次蒸汽，增加了蒸發(fā)器的蒸發(fā)量；并且真空的條件下，使物料保持低沸點、高效蒸發(fā)。第二章 工藝計算2.1設(shè)計要求2.1.1加工對象加工對象

38、為鮮牛奶，其具有：粘度大、熱敏性強(qiáng)和易產(chǎn)生泡沫的特性。在本次設(shè)計中，鮮牛奶的設(shè)計數(shù)據(jù)如下：（1） 鮮牛奶的比重 ：1.031 ；（2） 鮮牛奶的粘度 ：1.23 cp ( 40 情況下的全脂乳 ) ；（3） 鮮牛奶蒸發(fā)量 w ：1260 kg/h ；（4） 鮮牛奶的初始濃度 b0 ：12 ；（5） 鮮牛奶的終了濃度 b2 ：40 ；2.1.2操作條件考慮到鮮牛奶的特性，根據(jù)文獻(xiàn)1，并通過實驗測量，最終確定操作條件的如表2.1。實驗項目實驗結(jié)果蒸發(fā)室設(shè)備類型蒸汽與物料溫差 t（）蒸汽溫度（）物料溫度（）真空度（mp）加熱壓力（mp）殺菌器套管管式超高溫瞬時滅菌機(jī)747840.07020.0312

39、預(yù)熱器固定管板式換熱器1878600.07020.0312第一效蒸發(fā)室異形豎板878700.07020.0312第二效蒸發(fā)室異形豎板870620.08110.0202表2.1 操作條件table 2.1 operating condition2.2濃縮設(shè)備傳熱面積的計算2.2.1各效二次蒸汽蒸發(fā)量計算1.物料衡算根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式進(jìn)行計算 ：w = s ( 1b0 / b2 ) （2.1）式中：s 牛奶的處理量 ：kg/h ；b0物料初始濃度 ； b2物料終了濃度 。 由已知數(shù)據(jù)計算得 ：s = 1800 kg/h 。2.熱量衡算 根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式得到第一效二次蒸汽蒸發(fā)量w1與第二效二次

40、蒸汽蒸發(fā)量w2的關(guān)系：w2 = （2.2）式中：蒸發(fā)系數(shù) ； 自蒸發(fā)系數(shù) ； 熱損失系數(shù) ；平均比熱 ：kcal/（kg）。查文獻(xiàn)2得：=1；2 =0.01； =0.98 。 查文獻(xiàn)3得： = 0.912 kcal/（kg）( 70 情況下的全脂乳 ) 。w = = w1 + w2 （2.3）根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由（3.1）、（3.2）計算得 ：w1 = 631.36 kg/h ；w2 = 628.64 kg/h 。 2.2.2第二效蒸發(fā)器進(jìn)料濃度b1的計算根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式進(jìn)行計算 ：b1 = （2.4） 由已知數(shù)據(jù)計算得 ： b1 = 18.48 。2.2.3通入生蒸汽量的計算1.通入第一效蒸

41、發(fā)器的生蒸汽量 d1根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式進(jìn)行計算： （2.5）查文獻(xiàn)2得 ： 1 = 1 ；= 0.98 ； 1= 0 。 由已知數(shù)據(jù)計算得：d1 = 644.24 kg/h 。2.通入第二效蒸發(fā)器的生蒸汽量 d2 d2 = w1 = 631.63 kg/h 3.通入雙效蒸發(fā)系統(tǒng)的生蒸汽量 d0由于采用雙效蒸發(fā)系統(tǒng)，則第二效二次蒸汽通入到第一效蒸發(fā)器，故通入雙效蒸發(fā)系統(tǒng)的生蒸汽量 ：d0 = d1 w2 = 15.6 kg/h 。4.通入殺菌器的生蒸汽量 da根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式進(jìn)行計算： （2.6）式中：d通入生蒸汽量 ：kg/h ；ms 物料處理量 ：kg/h ；對數(shù)平均溫差 ： ； 水蒸

42、汽汽化潛熱 ：kcal/kg 。查文獻(xiàn)3得 ： = 0.935 kcal/（kg）( 4 情況下的全脂乳 ) ；查文獻(xiàn)4得 ： = 552.3 kcal/kg （ 78 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，ms = 2000 kg/h ； = to ti= 60 4 = 56 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ： da = 189.61 kg/h 。5.通入預(yù)熱器的生蒸汽量 db 由公式（2.6）進(jìn)行計算 ，查文獻(xiàn)3得 ： = 0.918 kcal/（kg）( 60 情況下的全脂乳 )；另外 ，ms = s = 1800 kg/h ； = to ti = 70 60 = 10 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ： db = 2

43、9.92 kg/h 。6.通入全套濃縮設(shè)備的生蒸汽量 d d = = da + db + d0 = 235.13 kg/h2.2.4傳熱面積的初步計算1.第一效蒸發(fā)器傳熱面積 （1）第一效蒸發(fā)器傳熱量 q1 ：根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式進(jìn)行計算： （2.7）查文獻(xiàn)4得： = 552.3 kcal/kg （ 78 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，d = d1 = 644.24 kg/h 。 由已知數(shù)據(jù)計算得 ： q1 = 415.12 kj 。（2）第一效蒸發(fā)器初步傳熱面積 ：根據(jù)文獻(xiàn)2由以下公式進(jìn)行計算：a = （2.8）式中： k 蒸發(fā)傳熱總系數(shù) ：w/（） 。經(jīng)實驗測得： k = k1 = 220

44、0 w/（）( 78 的情況下 ) 。另外 ，= t1 = 8 。由已知數(shù)據(jù)計算得： = 23.58 2.第二效蒸發(fā)器傳熱面積 （1）第二效蒸發(fā)器傳熱量 q2 ：查文獻(xiàn)4得： = 556.8 kcal/kg （ 70 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，d = d2 = 631.36 kg/h 。 根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（2.7）計算得 ： q2 = 410.13 kj 。（2）第二效蒸發(fā)器初步傳熱面積 ：經(jīng)實驗測得： k = k2 = 1800 w/（）( 70 的情況下 ) 。另外 ，= t2 = 8 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（2.8）計算得 ： = 28.48 。2.2.5傳熱面積的校核與取值1.

45、傳熱面積校核方法根據(jù)文獻(xiàn)5，采用臨界熱負(fù)荷校核法，即保證單面換熱板上的單位熱負(fù)荷q小于或等于1.5倍的極限熱負(fù)荷qm ,qm為開始鼓泡沸騰時的熱負(fù)荷。這是因為當(dāng)鮮牛奶單位熱負(fù)荷高于極限熱負(fù)荷后，具有鼓泡易進(jìn)而產(chǎn)生泡沫的性質(zhì)，從而在局部蒸發(fā)液面上產(chǎn)生劇烈的飛濺和帶液，同時嚴(yán)重的破壞了液膜，影響了操作的穩(wěn)定性。2.第一效蒸發(fā)器傳熱面積的校核與取值（1）第一效蒸發(fā)器極限熱負(fù)荷qm1根據(jù)文獻(xiàn)5，極限熱負(fù)荷qm應(yīng)根據(jù)換熱板上端的操作條件進(jìn)行計算。a.第一效蒸發(fā)器的換熱板單面雷諾準(zhǔn)數(shù) re 根據(jù)文獻(xiàn)5由以下公式進(jìn)行計算： (2.9)式中：re 牛奶的處理量 ：kg/h ；換熱板單面上的牛奶處理量 ：kg/

46、h ；b 換熱板寬度 ：m ； l液相的動力粘度 ：pas 。 (2.10)式中：n 該效蒸發(fā)器換熱板數(shù) 。查文獻(xiàn)3得： l = 0.00047 pas ( 70 情況下的全脂乳 ) 。1 = s = 1800 kg/h 。另外 ，初選第一效蒸發(fā)器的換熱板為 ：板數(shù) n1 = 6 ；板寬度 b1 = 1 m 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（2.9）、(2.10)計算得 ：1 = 150 kg/h ； re1 = 354.60 。b.第一效蒸發(fā)器的普朗特準(zhǔn)數(shù) pr1 ；根據(jù)文獻(xiàn)5由以下公式進(jìn)行計算 ： pr = (2.11)式中：平均比熱 ：kcal/（kg）；l液相的導(dǎo)熱系數(shù) ：pas 。查文獻(xiàn)3得

47、： = 0.912 kcal/（kg）( 70 情況下的全脂乳 ) ；l = 0.605 w/（mk）( 70 情況下的全脂乳 ) 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：pr1 = 2.98 。c.第一效蒸發(fā)器的局部對流傳熱系數(shù)1因為 re1 = 354.60 500 故根據(jù)文獻(xiàn)5由以下公式進(jìn)行計算： (2.12)式中： 局部對流傳熱系數(shù) ：w/（k）；l液相的動力粘度 ：/s ；g 重力加速度 ：m/s2 。查文獻(xiàn)3得 ：l= 0.045510-5 /s ；另外 ，取 g = 9.81 m/s2 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：1 = 7487.70 w/（k） 。d.第一效蒸發(fā)器的換熱板單面極限熱負(fù)荷qm1因為 r

48、e1 = 354.6 500 ，故根據(jù)文獻(xiàn)5由以下公式進(jìn)行計算：x = (2.13)式中： 液相的表面張力 ：n/m ；t飽和溫度 ：k ；蒸汽密度 ：kg/m3 。l 液相密度 ：kg/m3 。y = (2.14) qm = (2.15)查文獻(xiàn)3得 ： = 0.047 n/m ； = 0.1979 kg/m3 ；另外 ，t = 70 + 273 = 343 k ；l = 1031 kg/m3。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（3.13）、(3.14)、 (3.15)計算得 ：x1 = 56.82 ；y1 = 82.62 ；qm1 = 23912.10 j/ 。第一效蒸發(fā)器傳熱面積a1的校核與取值（2）第

49、一效蒸發(fā)器熱負(fù)荷q1故根據(jù)文獻(xiàn)5由以下公式進(jìn)行計算：q1 = q1/ (2.16)由已知數(shù)據(jù)計算得 ：q1 = 17604.75 j/ 。（3）第一效蒸發(fā)器傳熱面積a1的校核與取值因為q1 1.5 qm1 = 1.523912.10 j/ = 35868.15 j/ ,故設(shè)計合理 ，并將a1圓整為24 。則換熱板長度為 ：l1 = = = 2 m 。3.第二效蒸發(fā)器傳熱面積的校核與取值（1）第二效蒸發(fā)器極限熱負(fù)荷qm2a.第二效蒸發(fā)器的換熱板單面雷諾準(zhǔn)數(shù) re2查文獻(xiàn)3得： l = 0.00050 pas ( 62 情況下的全脂乳 ) 。2 = sw1 = 1168.64 kg/h 。另外 ，

50、初選第一效蒸發(fā)器的換熱板為 ：板數(shù) n2 = 6 ；板寬度 b2 = 1 m 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（2.9）、(2.10)計算得 ：2 = 97.40 kg/h ； re2 = 216.40 。b.第二效蒸發(fā)器的普朗特準(zhǔn)數(shù) pr2 ；查文獻(xiàn)3得 ： = 0.915 kcal/（kg）( 62 情況下的全脂乳 ) ；l = 0.605 w/（mk）( 70 情況下的全脂乳 ) 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（2.11）計算得 ：pr 2 = 3.20 。c.第二效蒸發(fā)器的局部對流傳熱系數(shù)2因為 re2 = 216.40 500 故根據(jù)文獻(xiàn)5由公(2.12)式進(jìn)行計算：查文獻(xiàn)3得 ：l= 0.048010-5 /s 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：2 = 6877.66 w/（k） 。d.第二效蒸發(fā)器的換熱板單面極限熱負(fù)荷qm2因為 re2 = 216.40 500 ，故根據(jù)文獻(xiàn)5由公式(2.13) 、(2.14)、 (2.15)進(jìn)行計算：查文獻(xiàn)3得 ：