番茄汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)

目錄一《食品工程原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1TOC\o"1-5"\h\z（1）．設(shè)計(jì)課題1（2）．設(shè)計(jì)條件1（3）.設(shè)計(jì)要求1（4）、主要參考資料2設(shè)計(jì)方案的確定2設(shè)計(jì)計(jì)算2總蒸發(fā)水量2加熱面積初算2（1）估算各效濃度2（2）沸點(diǎn)的初算3（3）溫度差的計(jì)算3（4）計(jì)算兩效蒸發(fā)水量卬1，卬2及加熱蒸汽消耗量D14（5）總傳熱系數(shù)K的計(jì)算4（6）分配有效溫度差，計(jì)算兩效傳熱面積6重算兩效傳熱面積6.第一次重算6計(jì)算結(jié)果7加熱室8分離室8.簡圖82008級食品科學(xué)與工程專業(yè)一《食品工程原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（1）．設(shè)計(jì)課題：番茄汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算（2）．設(shè)計(jì)條件：.處理物料（原料）量：1.4萬噸/年（約2243kg/h）.物料溫度：25℃.原料固形物含量：9%（約為9.0°Brix）.濃縮液固形物含量：36%.原料最高許可溫度：60℃.物料平均比熱為3.50kj/kg?K,忽略濃縮熱.車間底層海拔高程為20m冷凝水排除地溝水封液面海拔高程為19.5m。.設(shè)計(jì)要求：.設(shè)計(jì)一套（單效或雙效）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)及真空系統(tǒng)）；.提交設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，（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、簡略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、參考文獻(xiàn)資料等。須打印）；.工藝布置簡圖一幅（可附在設(shè)計(jì)計(jì)算書上）；.注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計(jì)方案；.提交日期：2011年6月17日。（4）、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.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．對果汁進(jìn)行濃縮的好處：.減少包裝、運(yùn)輸和貯藏的費(fèi)用；.防止腐??；.改善口感。二.確定設(shè)計(jì)方案：考慮到高溫會破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來對番茄汁進(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，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考慮到經(jīng)濟(jì)和效率問題，選用雙效蒸發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用并流雙效降膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)。選用5m長?32X1mm的無縫不銹鋼管作加熱管。三設(shè)計(jì)計(jì)算總蒸發(fā)水量w=F(1-^0)=2243(1—009)=1687.25kg/hX20.36加熱面積初算(1)估算各效濃度:第一效蒸發(fā)后X1=g由經(jīng)驗(yàn)公式：卬1：卬2=1：1.1而W1+W2=W=1682kg/h解得w1解得w1=801kg/hW2=881kg/hX尸14.8%(2)沸點(diǎn)的初算查表：T=60℃時，P=19.923kpa；T=25℃時，P2=3.1684kpa設(shè)兩效蒸汽壓強(qiáng)相等AP=P—P2=19.923—3.1684=16.755kpa竺二19,923竺二19,923-16755=11.546kpa查的P1時，沸點(diǎn)tw1=52,3℃；P2時，沸點(diǎn)tw2=24,8℃(3)溫度差的計(jì)算將該溶液當(dāng)作蔗糖溶液處理，有沸點(diǎn)的溫度損失差為：第一效時：0.0162義(T—273)2、2052^^^^^^~^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^~^^^0.^320520.0162義(52.3+273)2八。二義0.32052=0.25℃第二效時：人,」0.0162義(TJ273)2A。，=fxAa=—義1.320.0162x(24.8+273)22415^X1.^32415=0.77℃對于降膜式蒸發(fā)器，不存在由液柱靜壓力引起的溫度差損失，即A〃=0取管路引起的損失A1〃，=A2"產(chǎn)1℃，則總的溫度差損失為Za二A+Za〃+Za"=A〃+A〃1-2ZA=0.77+0.25+1=2.02℃有效總溫差：ZAt=T-w-Za=60-2.02-24.8=33.18m12℃效數(shù)二次蒸汽壓強(qiáng)（kpa）二次蒸汽溫度（℃）二次蒸汽汽化熱（kj/kg）111.54652.3205223.168424.82415（4）計(jì)算兩效蒸發(fā)水量卬1，W2及加熱蒸汽消耗量D1由題意知溶液比熱為C0=3.5kj/kg.k，查表得水的比熱為Cw=4.187kj/kg.k作第一效熱量衡算，得_t—tW.=（D,-1+FC-0一1兒_1，-1，因系沸點(diǎn)進(jìn)料，故,0=t1,又因?yàn)闊崂孟禂?shù)”=0.98—0.0072X其中I=0.98—0.007X(14.8—9)=0.9394所以TOC\o"1-5"\h\zr2052W=nD_1=0.9394x——D=0.792D111_243411同理作第二效熱量衡算，得_t—tW2=W—W1=[W1-2+(C0F—CwW1)-1—2幾_2，_2，2其中n2=0.98—0.007X(36—14.8)=0.8316所以1682—W=[^355W+(3.50x2243—4.178W)(52.3+0.25)-(24.8+0.77)]乂0.831612415112415整理得W1=908kg/h代入1式可得：D1=1146kg/h由2式可得：W2=W—W1=774kg/h（5）總傳熱系鄧的計(jì)算查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為入=17w/m.k濃度p(kg/m3)日(pa?s)

14%10607x10-336%11302x10-52243第一效時：F兀，一d2Px360040.785x0.032x1060x3600=0.832m/sRel_diu14%10607x10-336%11302x10-52243第一效時：F兀，一d2Px360040.785x0.032x1060x3600=0.832m/sRel_diulpl_0.03*0.832義10607義10-3二3770RevduPiV'VN

V0.03義908*0.13013600義0.032義0.785*2*10-5=69684PrlNCp

入l7x10-3x3500=44.50.55由升膜蒸發(fā)器的管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)ai的關(guān)聯(lián)式有:,九a=(1.3+128d)—lR,。23R0.34iideleviPl0.9(&)0.25(凡)

rlPV匕二(1.3+128*0.03)0.550.03義37700.23義696840.34*44.50.9義(10600.1301)0.25X(2義10-57義10-3=22913飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：=1.13義(9.8義9832義0.65943*2355*10005*9.72義2義10-5)1/4=10177傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算:-1」+2x外+L%K1a01入da.mi32+1017722915x300.001x3230x17K1=4818攻/(m2?℃)第二效時：同理可得：duP(2243-908)x0.03x1130R,=ql==1049el匕0.785x0.032x3600x1130x1.5x10-2

RevduPivvNvRevduPivvNv0.03義774*0.13010.785義0.032*2義10-5*3600二59391PrluClp入l1.5X10-2X3500=95.450.55a=(1.3+128d.)與R0.23R0.%P0,9(a)0.25(比)'idi"Pv匕二(1.3+128*0.03)0.550.03義10490.23義593910.34*95.450.9義(11300.1301二(1.3+128*0.03)0.550.03義10490.23義593910.34*95.450.9義(11300.1301)0.25X(2義10-57義10-3=32642飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：=1.13(2415*1000義9.8義9832義0.659432義10-5義5*27.5)1/4=7896傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算:±」+2X4+1X”K2a0入da.mi0.001x3232++789630x1732642x30K=4490攻/(m2??！?℃)（6）分配有效溫度差，計(jì)算兩效傳熱面積Atm1=62.02-(52.3+0.25)=9.47℃Atm2=52.3-(24.8+0.77)=26.73℃S2g1

K1S2g1

K1A11Q2D1r1

K1A11W/1,1146x2355X1000=16,4m24818x9.47x3600801x2052x1000K2At2K2At23600X4490X26.73=3.8m2S1S1At1+S2At2JLJL乙乙=ZAt9.47+26.73重算兩效傳熱面積.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16.4x9.47+3.8x26.73「,=7.1m2

9.47x16.412.2=12.79.47x16.412.2=12.7℃3.8x26.7312.2=8.3℃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2=24.8℃=21+1=22℃第二效加熱蒸汽溫度為12+A2，=127+=21+1=22℃第一效加熱蒸汽溫度T1，=40.1+A1一x=FX01Fx=FX01F-W12243-801由X1和T1,得第一效沸點(diǎn)T1=41.34℃n1=0.98—0.007(14—9)=0.945r2052w=D-n=x0.945Di=0.803D1TOC\o"1-5"\h\z11r1241511n2=0.98—0.007(36-14)=0.826235541.34-24.8W,=1682-W=0.826[W+(3.5x2243-4.187WJ——]212415112415W1=915kg/hW2=1682-915=767kg/h解得：D1W解得：D1W1

0.803=1139kg/hDr1139x2355x1000Si=—==7.5m21KAt3600x4818x20.7S2上=908x2052x1000=7.386S2K2A12,3600x4490x15.6兩效的傳熱面積比較接近，故不在重算3.4計(jì)算結(jié)果1.加熱面積留適當(dāng)?shù)挠嗔?，故擴(kuò)大14%,取S=7.5m2蒸發(fā)器序號加熱面積m2蒸發(fā)水量kg/h加熱蒸汽消耗量kg/h第一效第二效7.57.5156913161982總5加熱室選用5m長?32X1mm的無縫不銹鋼管作加熱管1.傳熱管數(shù)目nS7.5總5加熱室選用5m長?32X1mm的無縫不銹鋼管作加熱管1.傳熱管數(shù)目nS7.5=16nLdk5x3.14x0.03加熱管按正三角形排列，取管中心距為70mm管束中心線上的管數(shù)為：nc=1.1J16=1.1J16=4.4依據(jù)公式D，=t(4.4-1)+2bb取b'=1.5d0則加熱器內(nèi)徑為：D=70(4.4-1)+2x1.5x32=397mm取D=400mm3