食品工程原理課程設(shè)計(jì)-升膜蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書升膜蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)姓名： 唐 學(xué)號(hào)： 2011 班級(jí)： 目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc376012507 一 食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 PAGEREF _Toc376012507 h 3 HYPERLINK l _Toc376012508 (1)設(shè)計(jì)課題：桃汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc376012508 h 3 HYPERLINK l _Toc376012509 (2)設(shè)計(jì)條件： PAGEREF _Toc376012509 h 3 HYPERLINK l _Toc376012510 (3).設(shè)計(jì)要求： P

2、AGEREF _Toc376012510 h 3 HYPERLINK l _Toc376012511 (4).設(shè)計(jì)意義 PAGEREF _Toc376012511 h 3 HYPERLINK l _Toc376012512 (5).主要參考資料 PAGEREF _Toc376012512 h 4 HYPERLINK l _Toc376012513 二 設(shè)計(jì)方案的確定 PAGEREF _Toc376012513 h 4 HYPERLINK l _Toc376012514 三 設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc376012514 h 4 HYPERLINK l _Toc376012515 3.1.

3、總蒸發(fā)水量 PAGEREF _Toc376012515 h 4 HYPERLINK l _Toc376012516 3.2.加熱面積初算 PAGEREF _Toc376012516 h 4 HYPERLINK l _Toc376012517 （1）估算各效濃度: PAGEREF _Toc376012517 h 4 HYPERLINK l _Toc376012518 （2）沸點(diǎn)的初算 PAGEREF _Toc376012518 h 5 HYPERLINK l _Toc376012519 （3）溫度差的計(jì)算 PAGEREF _Toc376012519 h 5 HYPERLINK l _Toc376

4、012520 （4）計(jì)算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量 PAGEREF _Toc376012520 h 7 HYPERLINK l _Toc376012521 （5）總傳熱系數(shù)K的計(jì)算 PAGEREF _Toc376012521 h 8 HYPERLINK l _Toc376012522 (6)分配有效溫度差，計(jì)算傳熱面積 PAGEREF _Toc376012522 h 10 HYPERLINK l _Toc376012523 3.3.重算兩效傳熱面積 PAGEREF _Toc376012523 h 10 HYPERLINK l _Toc376012524 （1）.第一次重算 PAGEREF

5、 _Toc376012524 h 10 HYPERLINK l _Toc376012525 3.4 計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc376012525 h 12 HYPERLINK l _Toc376012526 3.5蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算 PAGEREF _Toc376012526 h 12 HYPERLINK l _Toc376012527 （1）加熱室 PAGEREF _Toc376012527 h 12 HYPERLINK l _Toc376012528 (2)分離室 PAGEREF _Toc376012528 h 12 HYPERLINK l _Toc376012529 四.簡(jiǎn)

6、圖（見(jiàn)附圖） PAGEREF _Toc376012529 h 13一 食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(1)設(shè)計(jì)課題：桃汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算(2)設(shè)計(jì)條件： 題目1：桃汁低溫濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件生產(chǎn)能力：4200kg/h原料固形物含量：10%濃縮要求：使固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃縮至36%料液加入溫度：25原料最高許可溫度：58濃縮液經(jīng)冷凝后出口溫度：25加熱介質(zhì)：100的飽和蒸汽。物料平均比熱為3.50 kJ/(kgK)，忽略濃縮熱試設(shè)計(jì)一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，滿足上述工藝要求。(3).設(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)（滿足上述工藝要求并包括料液輸送系統(tǒng)，蒸發(fā)系統(tǒng)，冷凝水分離排除系統(tǒng)

7、及真空系統(tǒng)）；2.提交設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份，（應(yīng)包括目錄、設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)書、設(shè)計(jì)方案的確定、各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型、簡(jiǎn)略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、參考文獻(xiàn)資料等。須打?。?；3.工藝布置簡(jiǎn)圖一幅（可附在設(shè)計(jì)計(jì)算書上）；4.注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計(jì)方案；5.提交日期：2013年12月27日。(4).設(shè)計(jì)意義蒸發(fā)可以除去桃汁中的大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。蒸發(fā)還能提高桃汁的糖分濃度，增加桃汁的耐貯藏性。選用升膜蒸發(fā)，果汁在器內(nèi)經(jīng)過(guò)一次加熱、汽化、分離過(guò)程，不打循環(huán)，在器內(nèi)停留時(shí)間短，這對(duì)熱敏性的桃汁是有利的。蒸發(fā)操作是一個(gè)能耗大的過(guò)程。采用多效蒸發(fā)是降低能耗的最有效方法。隨著效數(shù)的增加，總蒸發(fā)

8、量相同時(shí)所需新鮮蒸汽量減少，操作費(fèi)用降低；但效數(shù)越多，設(shè)備費(fèi)用越高，而且隨著效數(shù)的增加，所節(jié)約的新鮮蒸汽量越來(lái)越少。因此本次設(shè)計(jì)效數(shù)選為效。本次設(shè)計(jì)選擇的蒸發(fā)流程為并流加料，此種加料方式前效壓強(qiáng)較后效高，料液可借此壓差自動(dòng)地流向后一效而無(wú)需泵輸送。同時(shí)，由于前效中溶液的沸點(diǎn)比后效高，當(dāng)料液進(jìn)入后效時(shí)會(huì)產(chǎn)生自蒸發(fā)，且桃汁濃度依效序增加，高濃度桃汁處于較低溫度時(shí)對(duì)熱敏性的桃汁是有利的。 (5).主要參考資料夏清、陳常貴主編，姚玉英主審，化工原理,天津大學(xué)出版社，2005，1 華南理工大學(xué)化工原理教研組，化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì),華南理工大學(xué)出版社.1995化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計(jì)，中南工業(yè)大學(xué)出版社.

9、1992叢德滋等, 化工原理詳解與應(yīng)用, 化學(xué)工業(yè)出版社. 2002，7, 151-158張承翼 李春英，化工工程制圖，化學(xué)工業(yè)出版社. 1997張桂昭，三效逆流加料蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，化工設(shè)計(jì). 1996（6）：6-10蔣迪清等，食品通用機(jī)械與設(shè)備，華南理工大學(xué)出版社，2001，7，111-13各類化學(xué)工程學(xué)報(bào)、期刊、化工設(shè)備手冊(cè)及其化工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品廣告二 設(shè)計(jì)方案的確定一對(duì)果汁進(jìn)行濃縮的好處：1.減少包裝、運(yùn)輸和貯藏的費(fèi)用；2.防止腐?。?.改善口感。二.確定設(shè)計(jì)方案：考慮到高溫會(huì)破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來(lái)對(duì)桃汁進(jìn)行濃縮操作；由處理物料（原料）的性質(zhì)及設(shè)計(jì)要求知，桃汁黏度大、不易生泡沫

10、，考慮到經(jīng)濟(jì)和效率問(wèn)題，選用雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用并流雙效升膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)。選用2m長(zhǎng)383mm的無(wú)縫不銹鋼管作加熱管。三 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.總蒸發(fā)水量3.2.加熱面積初算（1）估算各效濃度:有經(jīng)驗(yàn)公式：,（暫取15%） （2）沸點(diǎn)的初算查表T=100時(shí)，p=101.33kpa;T=25時(shí)，=3.1684kpa設(shè)兩效蒸汽壓強(qiáng)相等， 查得.假設(shè)效間流動(dòng)溫差損失為1蒸 汽壓力P/kpa溫度T/汽化熱/（kJkg-1)效加熱蒸汽101.33100 2258.4效二次蒸汽52.249282.192301.7效加熱蒸汽 50.081.19 2304.0效二次蒸汽 3.7622262432.7

11、 進(jìn)冷凝器蒸汽 3.168425 2435.0（3）溫度差的計(jì)算各效由于沸點(diǎn)升高而引起的溫度差損失根據(jù)各效的二次蒸汽溫度T和各效完成液的組成，各效的沸點(diǎn)升高及密度如下表（桃汁近似由糖液代替）i/1536a/K0.20.84g/106111.1585則各效由于溶液的沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失為：第一效時(shí)：=0.178第二效時(shí)：由液柱靜壓力而引起的溫度差損失=52.2492+62.65（kpa）=3.7622+15.12(kpa)由查得86.94，由查得=53.66由流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失由經(jīng)驗(yàn)值均取1，各效料液的沸點(diǎn)和有效總溫差各效溫度差損失：4.75+0.178+1=5.928 27.66+

12、0.5+1=29.16各效溶液的沸點(diǎn)：82.19+5.928=88.118 26+29.16=55.16各效有效溫差為：100-88.118=11.882 81.19-55.16=26.03有效總溫差11.882+26.03=37.912（4）計(jì)算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量由題意知，物料平均比熱=3.50KJ/kgk,查表得水的比熱為做第一效熱量衡算，得， (取0.98) 同理做第二效熱量衡算，得，(取=0.98) 整理得，代入式，得，（5）總傳熱系數(shù)K的計(jì)算查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為濃度151061.1361158.5第一效時(shí)，管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有： =774024.8 )飽和水蒸

13、氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：=6292.14傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算： =)第二效時(shí)：管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有：=218404.6）飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：=4917.49傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算： =算得)(6)分配有效溫度差，計(jì)算傳熱面積3.3.重算兩效傳熱面積（1）.第一次重算由于兩效傳熱面積相差太大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，并重復(fù)上述計(jì)算步驟再算重新分配有效溫度差校正各效沸點(diǎn)、蒸發(fā)水量和傳熱量因第二效完成液沸點(diǎn)不變，所以=55.16第二效加熱蒸汽溫度為77.306(r=2314.07KJ/kg)第一效二次蒸汽溫度為%由得第一效沸點(diǎn)為：=78.466 對(duì)應(yīng)汽化熱為2311.4kJ/kg=0.9575-340解得：(為與加熱蒸汽耗量符號(hào)S區(qū)分，故以下面積符號(hào)采用)兩效的傳熱面積比較接近，故不再重算。考慮留適當(dāng)設(shè)計(jì)余量，通常加大1015%,取3.4 計(jì)算結(jié)果蒸發(fā)器序號(hào)加熱面積m2蒸發(fā)水量kg/h加熱蒸汽消耗量kg/h第一效20.21514.581936.9第二效20.21518.721514.58總和40.43033.33451.483.5蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算（1）加熱室傳熱管數(shù)目管子采用正三角形排列采用脹管法，取取b=1.5d0 b=1.5d0=1.538=57mm加熱室的直徑取加熱室直徑D為800mm(2)