處理鮮奶量50TD的乳品行業(yè)三效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

1、處理鮮奶量50TD的乳品行業(yè)三效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計摘 要本設(shè)計是處理鮮奶量50T/D的乳品行業(yè)三效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)。將料液自降膜蒸發(fā)器加熱室上管箱加入，經(jīng)液體分布及成膜裝置，均勻分配到各換熱管內(nèi)，并沿換熱管內(nèi)壁呈均勻膜狀流下。設(shè)計該蒸發(fā)器，包括熱量衡算，物料衡算，蒸發(fā)罐、分離器等組成部分的設(shè)計。采用多效蒸發(fā)，通過提高蒸汽的利用次數(shù)來達到節(jié)能降耗的目的；在一效、二效、三效降膜蒸發(fā)器中使用了熱壓泵，將多效蒸發(fā)的前一效產(chǎn)生的二次蒸汽再壓縮。使其溫度及壓力上升，再作為本效的加熱熱源；冷凝水自動從一效蒸發(fā)器、二效蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器，然后由三效蒸發(fā)器的下部冷凝水泵排出。本設(shè)計圖紙包括0號蒸發(fā)罐圖，1號分離器圖，

2、1號熱壓泵圖，1號工藝流程圖，2號布液器零件圖和2號蒸發(fā)器上端蓋零件圖。回收了三效二次蒸汽的熱量，三效二次蒸汽通過二次蒸汽管路進入混合式冷凝器，從上至下將內(nèi)筒盤管上的物料預(yù)熱，大部分二次蒸汽被冷凝，三效二次蒸汽的熱量回收。這樣，不僅節(jié)約了能量而且節(jié)約了冷卻水。整個設(shè)計過程中，設(shè)計者本著嚴肅、認真的態(tài)度，對整個系統(tǒng)的蒸發(fā)罐、分離器、保溫管、殺菌器、熱壓泵及其它附屬設(shè)備進行了設(shè)計，其中有許多部分的設(shè)計借鑒了國內(nèi)、外的一些先進理論和方法，設(shè)計本著全面、合理、經(jīng)濟的原則，盡量減少投資，降低成本，充分的考慮到了經(jīng)濟效益，因地制宜的進行選材和設(shè)計，努力達到經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、質(zhì)量達標、操作方便、能耗低，無

3、污染的設(shè)計目標。但設(shè)計中仍存在許多不足之處，有待于進一步改善。關(guān)鍵詞：三效；降膜；蒸發(fā)系統(tǒng)AbstractThis design is an evaporation system of triple-effect and falling film in the dairy industry, it handle fresh milk fifty ton per day. Triple-effect film evaporator is added from the heating room on film evaporator pipes, the liquid distribution bo

4、x and film forming, evenly distributed to each unit of heat exchange tube and tube wall along the film evaporator. The design includes the calculation of energy and material, the design of component such as evaporator, separator and so on. Using multiple effect evaporation by using frequency to reac

5、h steam energy consumption purposes; in effect , the first, the second and third effect upon film evaporator use hot pump, the former one effect of evaporation efficiency of steam produce secondary compression. Make the temperature and pressure rise again, using as the effect of the heating origin o

6、f heat, Application of the principle of condensed water heat, condensed water automatic from sterilizer to the first, the second, the third evaporator, and then discharge from the lower condensation water pump by four evaporator. This design drawings including 0 # evaporation drawing, 1# separator d

7、rawing, 1# hot pump drawing, 1# process flow drawing, 2 #component drawing and 2 #evaporator component drawings. Recycling the heat of the indirect steam in the fourth evaporator, steam secondary effect through four secondary steam secondary steam pipe enter into hybrid condenser, from top to bottom

8、 will steel-flue coil material on preheating, most of the second steam is condensated, the heat of steam secondary in the third evaporator is recovered. Thus, this method not only saves energy but save water. In the whole course of design, the designer was to adhering to the attitude of serious and

9、conscientious, designed the evaporation pot, separator, heat preservation pipe, sterilizer, hydraulic sprayer, thermo-compressor and other subsidiary equipment. Many of them use the advanced experience of our country, but there still leave much to be desired.Key words: Triple-effect; Falling film; E

10、vaporation system目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒 論11.1 乳品行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 設(shè)備的要求及技術(shù)經(jīng)濟基礎(chǔ)11.2.1設(shè)備的要求11.2.2設(shè)備材料要求11.2.3技術(shù)經(jīng)濟基礎(chǔ)1第二章 專題設(shè)計與論證32.1 設(shè)計論述32.2 蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計與論證32.2.1真空濃縮的特點32.2.2降膜式罐的特點42.2.3流程確定及重點設(shè)備的選擇4第三章 設(shè)計計算73.1 物料衡算73.2 熱量衡算73.2.1熱壓泵的噴射系數(shù)83.2.2殺菌器的熱量衡算103.2.3一效蒸發(fā)罐的熱量衡算113.2.4二效蒸發(fā)罐的熱量衡算123.2.5三效蒸發(fā)罐的熱量衡算123.2.6總

11、熱量衡算133.3 蒸發(fā)罐設(shè)計計算143.3.1傳熱量的計算143.3.2各效蒸發(fā)罐設(shè)計143.3.2.1周邊流量校核143.3.2.2 一效蒸發(fā)罐設(shè)計153.3.2.3 二效蒸發(fā)罐設(shè)計183.3.2.4 三效蒸發(fā)罐設(shè)計203.4 分離器直徑和高度的設(shè)計233.4.1一效分離器設(shè)計243.4.2二效分離器設(shè)計253.4.3三效分離器設(shè)計253.4.4分離器壁厚設(shè)計263.5 殺菌器設(shè)計283.6 保溫管的設(shè)計303.7 熱能壓縮泵的設(shè)計303.7.1拉伐爾噴嘴的計算313.7.2混合室的設(shè)計計算323.7.3擴壓室的設(shè)計計算333.7.4汽管設(shè)計計算343.8 預(yù)熱器的設(shè)計343.9 管路設(shè)計

12、計算353.9.1蒸汽矩形管道設(shè)計353.9.2汁汽管設(shè)計363.9.3物料管設(shè)計373.10 混合冷凝器的設(shè)計393.10.1冷凝器計算393.10.2多孔淋水板的設(shè)計413.11 真空泵的設(shè)計與選擇423.11.1總不凝氣量423.11.2真空泵的排氣體積433.11.3真空泵的選擇與確定433.11.4輸送泵的選擇433.12 CIP局部清洗系統(tǒng)44第四章 安裝前的準備要求與安裝注意事項45結(jié) 論46參考文獻47附錄1 工藝流程圖48致 謝49.第一章 緒 論1.1 乳品行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀我國乳品工業(yè)是建國后發(fā)展起來的新興食品工業(yè)部門，新中國乳品工業(yè)的崛起是我國人們生活水平有了明顯提高的重要

13、標志之一。近年來我國乳品工業(yè)發(fā)展很快，乳制品產(chǎn)量逐年增長，其營養(yǎng)成分構(gòu)成亦更加合理。中國乳品行業(yè)有了很大發(fā)展，但據(jù)國際先進水平仍有一定差距，有待進一步提高。1.2 設(shè)備的要求及技術(shù)經(jīng)濟基礎(chǔ)1.2.1設(shè)備的要求1. 設(shè)備的生產(chǎn)能力符合生產(chǎn)規(guī)模要求；2. 效率高、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，保證在一定時間內(nèi)處理當日收進的全部原乳；3.采用這些設(shè)備上產(chǎn)出來的成品或半成品，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，性能穩(wěn)定，安全衛(wèi)生；4.具有合理的技術(shù)經(jīng)濟指標，生產(chǎn)成本低，單耗少，勞動上產(chǎn)率高，設(shè)備價格合理；5.堅固耐用，易于清洗檢修，運轉(zhuǎn)安全可靠，操作方便，占地面積小。1.2.2設(shè)備材料要求接觸原乳，在制品和制成品的材料需要具有耐腐蝕的性能

14、并符合食品安全衛(wèi)生的要求，一般采用不銹鋼、鋁材、玻璃和無毒性橡膠、工程塑料等，關(guān)于這些材料的性能數(shù)據(jù)可在有關(guān)手冊中查到。選擇制造設(shè)備的材料必須了解材料的機械性能，化學(xué)性質(zhì)和加工工藝，同時考慮到材料的來源、價格和取得這些材料的可能性。1.2.3技術(shù)經(jīng)濟基礎(chǔ)牛乳是生產(chǎn)消毒牛乳及各種乳制品的主要原料，應(yīng)盡量保持原料中乳品的質(zhì)量和新鮮度，保持牛乳新鮮度最有效的方法是在擠乳過程中保證擠乳衛(wèi)生條件的同時，應(yīng)及時冷卻到4。牛乳經(jīng)檢驗、過濾、冷卻后送入具有保溫絕熱層的貯奶缸或帶冷卻夾套的冷缸中待運。建廠時，廠地的選擇主要應(yīng)考慮一下幾個方面：1. 奶源 必須在奶源充足的地方建廠，選擇廠地時應(yīng)做奶源調(diào)查。 2.水

15、源和排水 必須有充足的的水源，且水源要求必須符合飲用水的標準，地形、地熱應(yīng)使排水通暢，確保廠內(nèi)衛(wèi)生條件，排放的廢水應(yīng)符合環(huán)保要求，不得危害農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)。3. 占地與面積 廠地應(yīng)少占農(nóng)田，不占良田，少拆或不拆民房，不破壞農(nóng)業(yè)灌溉網(wǎng)，不與農(nóng)業(yè)爭水源。4. 地勢和地質(zhì) 地勢應(yīng)基本平坦，如為坡地，則廠區(qū)按不同標高建造，以盡量減少土建工程量。廠址不應(yīng)選在礦山或下沉淤泥和流沙地區(qū)，應(yīng)有一定地耐力。5. 動力 廠址應(yīng)選擇接近供電路線及燃料供應(yīng)方便的地方。6. 勞動力 乳品廠生產(chǎn)有淡季、旺季，廠址應(yīng)靠近城鎮(zhèn)或居民集中點，以便于勞動力的調(diào)節(jié)。7. 交通運輸 乳品廠運輸量大，廠址選擇應(yīng)適于乳制品等的運輸，有便利的交

16、通運輸條件。8. 周圍環(huán)境 應(yīng)了解廠址所在地區(qū)的近期、遠期的發(fā)展規(guī)劃，確保廠區(qū)周圍有良好的衛(wèi)生環(huán)境。9. 協(xié)作條件 廠址所在地應(yīng)盡可能具有較好的協(xié)作條件，能協(xié)助解決包裝材料的加工、設(shè)備維修、運輸及技術(shù)培訓(xùn)等工作。10. 其他 廠址的選擇應(yīng)征得城建、衛(wèi)生防疫、環(huán)保、消防等有關(guān)部分的同意。第二章 專題設(shè)計與論證2.1 設(shè)計論述本設(shè)計為帶熱壓泵的三效降膜乳品蒸發(fā)系統(tǒng)。處理量：50T/D。干物質(zhì)量由11濃縮至45。本設(shè)計采用較為先進的理論與技術(shù)，完成液濃度基本恒定，且設(shè)置熱能壓縮器抽取一效汁汽進行壓縮使其升溫升壓后，再次送入一效蒸發(fā)罐作為加熱蒸汽作用。牛乳由蒸發(fā)器頂部經(jīng)雙層篩板式料液分配裝置均勻分配于

17、各效蒸發(fā)罐內(nèi)，在重力和真空的作用下，沿著蒸發(fā)罐內(nèi)壁成液膜狀從上而下流動。液膜在下降過程的同時與蒸發(fā)罐外的加熱蒸汽通過管壁進行熱交換，使水分蒸發(fā)。由于產(chǎn)生的二次蒸汽流向與料液的流向一致從而促進液膜的形成和均勻分布，增大液膜向下的運動速度，提高傳熱系數(shù)加速了蒸發(fā)過程。第一效產(chǎn)生的二效蒸汽初部分引入第二效蒸發(fā)器作為第二效蒸發(fā)水分的熱源外，其余部分被熱壓泵增壓后再作為第一效的熱源，第二效產(chǎn)生的二次蒸汽引入第三效蒸發(fā)器作為第三效蒸發(fā)水分的熱源，第三效產(chǎn)生的二次蒸汽則導(dǎo)入冷凝器后由排液泵排出。全套設(shè)計包括第一、二、三效蒸發(fā)器，第一、二、三、旋流分離器，混合式冷凝器，物料平衡槽，熱壓泵，物料泵冷凝水泵以及水

18、環(huán)式真空泵等部分。2.2 蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計與論證2.2.1真空濃縮的特點真空濃縮設(shè)備是食品工廠生產(chǎn)過程主要設(shè)備之一。牛乳殺菌后立即泵入真空蒸發(fā)器進行減壓濃縮，除去乳中大部分水分，它利用真空蒸發(fā)或機械分離等方法來達到，其特點為：1.降低壓力同時降低了物料蒸發(fā)沸點，有利于熱敏性物料的蒸發(fā)；2.蒸發(fā)沸點降低，則蒸汽與物料間溫差增大，從而增大了單位傳熱面積、單位時間的傳熱量，加快了蒸發(fā)操作的進行；3.為二次蒸汽的利用創(chuàng)造了條件，可采用雙效、多效系統(tǒng)及裝配熱壓泵，減少蒸汽消耗，達到節(jié)能目的；4.由于溶液沸點較低，使?jié)饪s設(shè)備的熱損失減少。2.2.2降膜式罐的特點降膜式罐屬于自然循環(huán)的液膜式濃縮設(shè)備，料液由加熱

19、體頂部加入，液體在重力作用下，沿管內(nèi)壁成液膜狀向下流動，汽液進入蒸發(fā)分離室，進行分離，二次蒸汽由分離室頂部排出，濃縮液則由底部抽出。降膜式蒸發(fā)罐中物料停留時間短，適用于熱敏性高的物料，如乳品的蒸發(fā)操作，物料成膜狀流下，靜液效應(yīng)的溫差損失可消除，蒸發(fā)時是以薄膜形式進行的，管壁上生成的氣泡易脫離，滯留層厚度薄，故傳熱系數(shù)高，積垢生成也較慢，物沫夾帶少，不需要有很大的汽液分離空間和捕液器，溫差可以較小，液體的粘度、濃度可以較大，蒸發(fā)濃縮比高，完成液濃度基本恒定，并且降膜式罐造價不高。2.2.3流程確定及重點設(shè)備的選擇根據(jù)所給任務(wù)書中處理量50噸/日的物料量，結(jié)合降膜蒸發(fā)形式，選定采用三效蒸發(fā)系統(tǒng)，即

20、三個降膜式罐串聯(lián)依次對物料進行蒸發(fā)操作。乳品屬食品，其生產(chǎn)必須保證衛(wèi)生，故設(shè)備中凡與物料接觸處均采用不銹鋼0Cr18Ni9Ti制造。對于鮮奶本身也要進行處理，保證其衛(wèi)生條件，所以在蒸發(fā)操作前應(yīng)對其進行殺菌處理，殺菌器應(yīng)設(shè)于一效蒸發(fā)器前，殺菌后為保證其殺菌效果，設(shè)置一保溫管，物料于殺菌器中92C下殺菌后在保溫管中保存數(shù)十秒，使殺菌徹底，保證安全衛(wèi)生生產(chǎn)。根據(jù)實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗知，加熱蒸汽多在8086C之間，本設(shè)計定為85C，為利于物料的正常出料，末效蒸發(fā)溫度應(yīng)高于40C，本設(shè)計中設(shè)定為40C。對于不銹鋼等價格昂貴材料，按總面積最小原則分配溫差為首原則。由經(jīng)驗知，當三效蒸發(fā)罐蒸發(fā)水量依次接近2：1：

21、1時，可按等溫差進行分配，由（8540）/315C，一效蒸發(fā)罐蒸發(fā)溫度為70C，二效蒸發(fā)罐溫度55C，三效蒸發(fā)罐蒸發(fā)溫度40C。各效預(yù)熱溫差由各效蒸發(fā)水量在按總面積最小原則確定溫差分配時成一定比例關(guān)系得以確定。在一效中物料由35C預(yù)熱到45C，在二效中物料由45C預(yù)熱到55C，三效中物料由55C預(yù)熱到65C。由于鮮奶收購進廠后經(jīng)預(yù)處理后為便于保存，將其降溫至5-8C，則物料需經(jīng)預(yù)熱器由設(shè)定初溫5C預(yù)熱至35C，而后進入末效預(yù)熱盤管繼續(xù)預(yù)熱，并進行下一步操作，為節(jié)省蒸汽用量，預(yù)熱管中所通蒸汽為本效二次蒸汽。物料走向為由5C初溫，濃度11預(yù)熱至35C后，依次經(jīng)三、二、一效預(yù)熱盤管預(yù)熱到65C，進入

22、殺菌器92C殺菌，保溫管保溫，于92C進入一效蒸發(fā)罐蒸發(fā)，依次經(jīng)其各效蒸發(fā)至濃度45。由出料泵泵入暫存缸，待噴霧干燥。各效殼層中產(chǎn)生的不凝性氣體，分別由上、下不凝汽管引入混合冷凝器。由抽真空系統(tǒng)連同二效二次蒸汽一起排出。各效冷凝水除末效外均采用送入下一蒸發(fā)罐，使其蒸發(fā)，對下一效起一定的供熱作用。對于一效及殺菌器中的冷凝水，還設(shè)有通知鍋爐的管路，由于這部分冷凝水較清潔，故可循環(huán)使用，用閥門控制其具體走向。蒸發(fā)罐采用降膜式蒸發(fā)罐，加熱室為列管式換熱形式，由于本設(shè)計中應(yīng)力及溫差不大，不需要用不易清洗的焊接形式固定管與管板，可采用脹接形式。蒸發(fā)罐的傳熱面積、加熱管數(shù)、分程情況及各處壁厚等由具體設(shè)計計算

23、確定。殺菌器外殼采用較便宜的碳鋼制造，加熱管采用一根長管在器中彎成幾段，使物料在管中流動方向經(jīng)一定距離即發(fā)生變化。分離器全部用不銹鋼制造，內(nèi)外表面拋光，在上部開有燈孔，下部開有視孔。由于溶液的發(fā)泡性，二次蒸汽對溶液的機械破碎性和溶液的閃蒸使溶液成為物沫狀，并被二次蒸汽夾帶離開蒸發(fā)器，這種物沫狀的溶液與二次蒸汽在分離器中進行分離，從而減少料液的損失，同時防止污染管道及其他蒸發(fā)器的加熱面。分離器又稱捕集器、除沫器，有慣性型，離心型及表面型三大類，其原理為帶有液滴的二次蒸汽沿分離室的壁面成切線方向進入，使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，液滴在離心力作用下被甩到分離器壁面而分離出來，二次蒸汽則由頂部出口排出。預(yù)熱器

24、采用雙層蛇管式換熱器，蛇管沉浸于蒸汽中，熱量損失小，傳熱效果好，蛇管還能起到導(dǎo)流筒的作用，改變流體流動狀態(tài)，增強傳熱效果，為保證蛇管內(nèi)介質(zhì)的流速和彎管方便，蛇管管徑一般取，本設(shè)計中取為，為保證足夠的傳熱面積，又避免蛇管過長，將蛇管做成幾個同心圓連接起來，采用數(shù)毫米寬鋼帶將其固定的結(jié)構(gòu)。由末效蒸發(fā)罐排出的蒸汽進入冷凝器凝縮形成真空而使這些設(shè)備獲得足夠低的壓力和沸點，在蒸發(fā)中，還可使首效和末效之間的溫差增大，提高蒸發(fā)效能。冷凝器有多種形式，從冷凝方式可分為接觸式和表面式兩種。接觸式使蒸汽和冷水直接混合，效能很高；表面式使蒸汽和冷水不接觸，用金屬壁分開，由此金屬壁進行熱交換，其效能較低。接觸式冷凝又

25、分干式和濕式，干式是不凝氣和冷凝水分別排出，由干式往復(fù)式真空泵排出，或用水噴射器一起抽走，干式冷凝器的蒸汽和冷水互為逆流，而濕式多為順流即蒸汽與水同方向流動。本設(shè)計采用干式逆流的隔板式混合冷凝器，它是一個有錐形頂蓋的圓筒形裝置，在內(nèi)部不同高度上（越往上板距越小，因氣量減少）交錯裝有六層半圓形隔板，冷水自最上一層送入，并逐板淋下，以增加汽液接觸面積，汁汽送入最下一層隔板，逐漸上升與冷水直接接觸，于是汁汽便被冷凝，冷凝液和冷水混合后從底部氣壓管排出，氣壓管應(yīng)有足夠的高度，一般在左右，以平衡冷凝器的真空度和大氣壓的壓力差，氣壓管的末端必須沉浸在水中，以防空氣漏入，不凝氣體積聚于冷凝器上部，通過真空泵

26、抽走。降膜式蒸發(fā)器中各種加熱管內(nèi)料液分布是否均勻，不但影響到設(shè)備的傳熱效果、蒸發(fā)能力和操作的穩(wěn)定性，而且還會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，必須在管子頂部設(shè)置液體分布器，對液體分布器的基本要求是布液均勻，流體阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，而且不易堵塞，便于清洗。本設(shè)計中選用旋流式布液器，并在加熱管上方設(shè)置兩層篩板，布膜堰上的篩孔與布膜盤上的篩孔板是相互錯開的，下層篩板上的孔與加熱管口錯開。物料泵及冷凝水泵選用自吸式衛(wèi)生泵，自吸式衛(wèi)生泵除有一般離心式泵的特性外，并具有自吸特性。自吸泵在工作時吸入空氣，仍能繼續(xù)正常進行，其允許吸上的真空度較一般泵高，且保證程度高，泵體為不銹鋼制造，適于食品工業(yè)使用，故本設(shè)計

27、中物料泵及冷凝水泵選用自吸式衛(wèi)生泵。冷凝器入水泵選用離心泵，離心泵結(jié)構(gòu)簡單，泵的流量可由管路閥門控制。冷凝器出水泵選用真空泵，2SK雙級水環(huán)式真空泵。工藝流程圖見附錄1第三章 設(shè)計計算3.1 物料衡算本設(shè)計生產(chǎn)能力為50t/d，每天工作13個小時，為保證設(shè)備設(shè)計可靠，將物料量擴大10，則原料液流量：總蒸發(fā)水量： (3-1)式中： 鮮奶入料濃度， 鮮奶出料濃度，總蒸發(fā)量W應(yīng)等于各效蒸發(fā)量總和： (3-2)式中： 一效蒸發(fā)量 二效蒸發(fā)量 三效蒸發(fā)量 3.2 熱量衡算3.2.1熱壓泵的噴射系數(shù) 圖3-1 熱壓泵中蒸汽流程示意圖的范圍為 取(絕壓)時，絕壓為時，絕壓為熱壓泵噴射系數(shù)： (3-3)式中:

28、 高壓引射蒸汽與其絕壓熱膨脹到吸入低壓汁汽壓力時的焓值差 低壓吸入汁汽由其絕壓絕熱濃縮到混合蒸汽的絕壓時的焓值差查焓熵圖得：，則則所以 (3-4) (3-5)式中： 進入一效蒸發(fā)罐的蒸汽量（） 進入二效蒸發(fā)罐的蒸汽量（） 進入三效蒸發(fā)罐的蒸汽量（） 高壓引射蒸汽量 （） 低壓汁汽量 （）表3-1 各溫度下蒸汽和液體焓值溫度（）液焓h（kJ/kg）汽焓H（kJ/kg）520.942500.835146.542559.040167.472568.645188.412577.855230.272596.765272.142615.570293.082624.485355.882651.192385.

29、182663.4105440.032685.03.2.2殺菌器的熱量衡算 圖3-2 殺菌器熱量衡算示意圖 (3-6)式中： 進入殺菌器的蒸汽量 （） 溫度下的焓值 （）代入數(shù)值得：3.2.3一效蒸發(fā)罐的熱量衡算圖3-3 一效蒸發(fā)罐熱量衡算示意圖 (3-7)代入數(shù)值得：整理得： (3-8)3.2.4二效蒸發(fā)罐的熱量衡算圖3-4 二效蒸發(fā)罐熱量衡算示意圖 代入數(shù)值得： 整理得： (3-9)3.2.5三效蒸發(fā)罐的熱量衡算 圖3-5 三效蒸發(fā)罐熱量衡算示意圖代入數(shù)值得：整理得： (3-10) 3.2.6總熱量衡算 (3-11)聯(lián)立方程（3-5）、（3-8）、（3-9）、(3-10)、(3-11)解得：

30、 則 符合要求。3.3 蒸發(fā)罐設(shè)計計算3.3.1傳熱量的計算各效傳熱量為：各效傳熱系數(shù)：各效溫差均為：則各效換熱面積為：3.3.2各效蒸發(fā)罐設(shè)計3.3.2.1周邊流量校核 降膜蒸發(fā)器加熱管長徑比為125250，選用的不銹鋼鋼管，管長8m。周邊流量校核： 則各效周邊流量為： 因此各蒸發(fā)罐不需要分程。3.3.2.2 一效蒸發(fā)罐設(shè)計1.管數(shù)取根，管子按正三角形排列，管子中心距為。加熱室內(nèi)徑 (3-12)式中： 管子中心距 橫過管束中心線的管數(shù)，管子按正三角形排列時 管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取 則取圖3-6 一效蒸發(fā)罐排管示意圖 2.蒸發(fā)罐內(nèi)預(yù)熱盤管設(shè)計 一效中物料由預(yù)熱到，所

31、需熱量為 對數(shù)平均溫差為預(yù)熱盤管與殼程蒸汽傳熱系數(shù)K取則傳熱面積預(yù)熱盤管選用不銹鋼鋼管則管長為擬定盤管圈內(nèi)徑為；則上端預(yù)熱盤管處的蒸發(fā)罐內(nèi)徑為，盤管圈數(shù)為，取，選取預(yù)熱盤管節(jié)距為，則預(yù)熱盤管高度，取 3.蒸發(fā)罐壁厚設(shè)計 材質(zhì)為，根據(jù)實際經(jīng)驗假定壁厚，故罐體屬于短圓筒，設(shè)計壓力在時為，小于外界壓力，故按外壓容器設(shè)計壁厚，則由下式計算壁厚 (3-13)式中：筒體壁厚 筒體中徑 設(shè)計壓力 筒體長度 厚度附加量 穩(wěn)定系數(shù) 取則取 4.強度較核 查得，則故壁厚滿足要求。3.3.2.3 二效蒸發(fā)罐設(shè)計1.管數(shù)取根，管子按正三角形排列，管子中心距為。加熱室內(nèi)徑： 取圖3-7 二效蒸發(fā)罐排管示意圖 2.蒸發(fā)罐

32、內(nèi)預(yù)熱盤管設(shè)計 二效中物料由預(yù)熱到，所需熱量為 對數(shù)平均溫差為預(yù)熱盤管與殼程蒸汽傳熱系數(shù)K取則傳熱面積預(yù)熱盤管選用不銹鋼鋼管則管長為擬定盤管圈內(nèi)徑為；則上端預(yù)熱盤管處的蒸發(fā)罐內(nèi)徑為，盤管圈數(shù)為取圈，選取預(yù)熱盤管節(jié)距為，則預(yù)熱盤管高度取 3.蒸發(fā)罐壁厚設(shè)計 材質(zhì)為，根據(jù)實際經(jīng)驗假定壁厚，故罐體屬于短圓筒，設(shè)計壓力在時為，小于外界壓力，故按外壓容器設(shè)計壁厚，則由下式計算壁厚取 4.強度較核 查得，則故壁厚滿足要求。3.3.2.4 三效蒸發(fā)罐設(shè)計1.管數(shù)取根，管子按正三角形排列，管子中心距為。則加熱室內(nèi)徑： 取圖3-8 三效蒸發(fā)罐排管示意圖 2.蒸發(fā)罐內(nèi)預(yù)熱盤管設(shè)計 三效中物料由預(yù)熱到，所需熱量為

33、對數(shù)平均溫差為預(yù)熱盤管與殼程蒸汽傳熱系數(shù)K取則傳熱面積預(yù)熱盤管選用不銹鋼鋼管則管長為擬定盤管圈內(nèi)徑為；則上端預(yù)熱盤管處的蒸發(fā)罐內(nèi)徑為，盤管圈數(shù)為取圈，選取預(yù)熱盤管節(jié)距為，則預(yù)熱盤管高度取 3.蒸發(fā)罐壁厚設(shè)計 材質(zhì)為，根據(jù)實際經(jīng)驗假定壁厚，故罐體屬于短圓筒，設(shè)計為真空容器，故按外壓容器設(shè)計壁厚，則由下式計算壁厚取 4.強度較核 查得，則故壁厚滿足要求。 圖39 一效蒸發(fā)罐3.4 分離器直徑和高度的設(shè)計分離器直徑計算公式如下： (3-14)式中： 汁汽流量 比容 自由截面汁汽流速 汁汽密度 分離器容積 (3-15)式中： 允許蒸發(fā)體積強度 其中，取 干蒸汽蒸發(fā)體積強度當在絕壓時， 在絕壓時， 在絕

34、壓時， 在絕壓時，3.4.1一效分離器設(shè)計 ，則高度3.4.2二效分離器設(shè)計 ，則高度3.4.3三效分離器設(shè)計 ，可近似取則 高度 綜合以上對三效分離室的設(shè)計計算，為了保證分離效果，同時也為了制造方便和布置美觀，各效分離器取同一尺寸，且以最大為準，所以取內(nèi)徑，高度。3.4.4分離器壁厚設(shè)計 設(shè)計壓力在時為，小于外界壓力，故按外壓容器設(shè)計壁厚，假設(shè)筒體為短圓筒，則 (3-16)式中：筒體壁厚 筒體中徑，可近似取筒體中徑 設(shè)計壓力 筒體長度 彈性模量 厚度附加量 穩(wěn)定系數(shù) 取則取臨界長度故屬短圓筒，假設(shè)正確強度較核： 查得，則故壁厚滿足要求。一效分離器示意圖310圖310 一效分離器3.5 殺菌器

35、設(shè)計 1.，傳熱量：對數(shù)平均溫差：傳熱面積：選用不銹鋼鋼管，則管長為：取其高度為，則管數(shù)為取管數(shù)根。 2.確定殺菌器直徑管心距管外壁與殼體內(nèi)壁距為殺菌器布管示意圖如下圖所示圖3-11 殺菌器布管示意圖由圖取殺菌器外徑，壁厚。3.6 保溫管的設(shè)計牛奶從殺菌器出來，溫度為，經(jīng)保溫管內(nèi)保溫24秒，從而達到殺菌的目的。牛奶的質(zhì)量流量為，密度為則體積流量為：取保溫管為的不銹鋼鋼管則牛奶流速為：所以管長為3.7 熱能壓縮泵的設(shè)計熱壓泵如圖所示圖312 熱壓泵 熱壓泵的噴射系數(shù),由熱量衡算和物料衡算可知，熱壓泵的工作蒸汽消耗量為，生蒸汽為（絕壓），汁汽（二效）為，混合汽為。3.7.1拉伐爾噴嘴的計算 1.噴

36、嘴喉部直徑 (3-17)式中： 生汽量 生汽壓力 生汽比容 則 2.喉部長度 喉部長度一般取，本次設(shè)計為了降低磨損，取。3. 噴嘴出口直徑 (3-18)式中： 高壓引射蒸汽絕熱膨脹到汁汽壓力時的比容 高壓引射蒸汽與其絕壓熱膨脹到吸入低壓汁汽壓力時的焓值差 則4. 噴嘴長 開口角取為，則3.7.2混合室的設(shè)計計算 因為 ，故采用圓柱形混合室。 (3-19)式中： 排出的混合汽流量 排出的混合汽壓強（絕壓） 排出的混合汽比容 則混合室長度入口段錐形角取 3.7.3擴壓室的設(shè)計計算1.出口直徑 (3-20)式中： 排出混合汽的流速 則 開口角取，擴壓器長 2.噴嘴到混合室距離 則 (3-21)式中：

37、 實驗常數(shù) 取0.09 則所以3.7.4汽管設(shè)計計算生汽管直徑選用不銹鋼無縫鋼管；汁汽管直徑選用不銹 鋼無縫鋼管。3.8 預(yù)熱器的設(shè)計 擬定將的鮮奶經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至，使用的三效汁汽提供熱源，以充分利用熱能。傳熱量： 對數(shù)平均溫差： 傳熱面積：選用不銹鋼鋼管，則管長為采用雙層盤管，內(nèi)徑取，外徑取，則 圈取圈 取預(yù)熱器直徑為，壁厚取為，選用的標準封頭作為上下封頭，其曲面高度為，直邊高度為，封頭以焊接方式與預(yù)熱器的筒體連接。取預(yù)熱管間距為，則預(yù)熱器筒體高度所以預(yù)熱器高度取。 3.9 管路設(shè)計計算3.9.1蒸汽矩形管道設(shè)計根據(jù)實踐經(jīng)驗，此矩形通道之高徑比為21最好，即：，取汽速為1.一效矩形管道設(shè)計 一

38、效蒸發(fā)量，截面面積為則， 2. 二效矩形管道設(shè)計 二效蒸發(fā)量，截面面積為則， 3.三效矩形管道設(shè)計 三效蒸發(fā)量，截面面積為則，考慮到制造方便，外形美觀，且使分離器達到最佳效果，故各效分離器矩形通道選取同一尺寸： 3.9.2汁汽管設(shè)計 1.一效至二效汁汽管 汽速：，蒸汽量：，蒸汽密度：傳熱面積：則 2.二效至三效汁汽管 汽速：，蒸汽量： ，蒸汽密度：傳熱面積：則 3.三效至預(yù)熱器汁汽管 汽速：，蒸汽量：，蒸汽密度：傳熱面積：則3.9.3物料管設(shè)計牛乳密度：，汽速： 1.保溫管至一效蒸發(fā)罐的物料管設(shè)計牛乳流量：傳熱面積：則選取的不銹鋼鋼管 2.一效至二效蒸發(fā)罐物料管設(shè)計牛乳流量：傳熱面積：則選取的

39、不銹鋼鋼管 3.二效至三效蒸發(fā)罐物料管設(shè)計牛乳流量：傳熱面積：則選取的不銹鋼鋼管3.10 混合冷凝器的設(shè)計3.10.1冷凝器計算 1.熱量橫算： (3-22)式中：預(yù)熱鮮奶所需蒸汽量 時飽和蒸汽的汽化潛熱 代入數(shù)值解得：所以 2.的計算： (3-23)式中：進入冷凝器的二次蒸汽的焓值 水的比熱 水的初溫，水凝混合物的排除溫度，代入數(shù)值得： 3.冷凝器的直徑 蒸汽在底部橫截面上的汽速一般為，取 (3-24)式中： 蒸汽的比容則：取 4.取流速為，則進水口直徑為： 5.取汽速為，則蒸汽進口直徑為： 6.大氣腿內(nèi)徑為 3.10.2多孔淋水板的設(shè)計 1. 采用上密下稀的不等距排列，則淋水板自下而上的板

40、間距為：所以，采用4塊淋水板. 2. 弓形淋水板寬度： a .頂層弓形板寬度： b .其他各層弓形板寬度： 3.淋水板的堰高 當時，取，所以 4. 淋水孔徑 不循環(huán)使用的潔凈冷卻水選;若冷卻水質(zhì)量差或循環(huán)使用時選；本設(shè)計取 5. 淋水孔數(shù) a. 頂層圓缺形淋水板，要求全部水量通過淋水孔，則 b.其余各板，考慮有50%冷卻水是過堰流溢，只有50%水通過淋水孔，則其余各層孔數(shù)為： 6. 冷凝器總高Z 取上、下空間各為0.6m則 3.11 真空泵的設(shè)計與選擇3.11.1總不凝氣量抽出的不凝氣體由三部分組成： 溶于水中被蒸汽帶入的空氣量； 冷卻水逸出的量； 冷卻時漏入的空氣量。計算的方法： 溶于水中被

41、蒸汽帶入的空氣量： 冷卻水逸出的量為： 每冷凝1kg蒸汽平均漏入空氣約為0.01kg，則冷卻時漏入的空氣量為：所以總不凝氣量為：3.11.2真空泵的排氣體積 把排出氣體換算成在吸入狀態(tài)下的體積： 吸入狀態(tài) 吸入壓力 （40飽和水蒸氣的壓力）則 ： (3-25)式中： 常壓 空氣在標準狀態(tài)下的密度 所以：3.11.3真空泵的選擇與確定 選擇真空泵的抽汽能力時，按選用：取抽氣量： 所以選擇SZ-4型水環(huán)真空泵3.11.4輸送泵的選擇 1.向系統(tǒng)內(nèi)輸送奶用泵的選擇：根據(jù)計算，故選WB7型； 2.各效奶的輸送與凝結(jié)水輸送用泵的選擇：根據(jù)乳品工業(yè)的特點，選用內(nèi)吸式奶泵 一效至二效的奶流量為，故選WB5型

42、 二效至三效的奶流量為，故選WB3型 3.為了便于選擇和安裝，根據(jù)計算冷凝水輸送泵統(tǒng)一選用。選WB4型。3.12 CIP局部清洗系統(tǒng)CIP設(shè)備一般包括清洗液儲罐，清洗噴頭，送液泵管路管件以及程序控制裝置，連同待清洗的全套設(shè)備，組成一個清洗循環(huán)系統(tǒng)。由預(yù)先設(shè)定的程序，輸入計算機，根據(jù)工藝條件，進行全自動操作。由于CIP系統(tǒng)具有工作效率高，工人勞動強度低，且操作過程全在密閉的管路中進行，符合食品衛(wèi)生和環(huán)境衛(wèi)生，所以在設(shè)計中采用CIP自動清洗系統(tǒng)。第四章 安裝前的準備要求與安裝注意事項1.安裝箱單、總圖材料表、檢查設(shè)備的零件是否齊全完整；有無運輸和卸車過程中的丟失；2.根據(jù)現(xiàn)場的實際情況的確吊裝方案

43、，準備吊裝工具；3.設(shè)備再樓板上安裝時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的重量校核樓板的荷重強度是否安全；4.按基礎(chǔ)圖的要求，打支架、支柱、多級水泵的基礎(chǔ)；5.清洗部件，零部件內(nèi)的泥沙、焊渣等雜物，避免堵塞管路或進入泵內(nèi)，損壞零件； 6.校對溫度表、真空泵等儀表的準備性和靈活性； 7.一效、二效蒸發(fā)器安裝前時應(yīng)保證垂直，最終以保證一效、二效管板的水平偏差在110.5mm； 8.熱壓泵的水平蒸汽管路應(yīng)向分氣缸方向由1/100的坡度； 9.各泵安裝時，應(yīng)注意其入口連接的嚴密性。在鎖緊之前的自然狀態(tài)下，泵的入口平面和連接平面同心； 10.連接設(shè)備的壓力表/真空表接管時，在與設(shè)備各接頭端應(yīng)彎至向上的彎或一周圓盤； 11.溫度表