食品工程原理课程设计蒸发器的设计Word格式.doc
《食品工程原理课程设计蒸发器的设计Word格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品工程原理课程设计蒸发器的设计Word格式.doc（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
蒸发器的设计
设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。
已知进料浓度为4.25%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。
加热蒸汽的压力为0.15MPa
二、原始数据：
1、原料：
浓度为4.25%的番茄酱
2、产品：
浓度为28%的番茄酱
3、生产能力：
蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时
4、热源：
加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力0.15MPa
5、压力条件：
第一效为600mmHg的真空度，第二效为700mmHg的真空度
三、设计要求内容：
1、浓缩方案的确定：
蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。
2、蒸发工艺的计算：
进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、
传热面积等。
3、蒸发器结构的计算：
加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺
寸等。
4、附属设备的计算：
冷凝器、真空系统的选用
5、流程图及装配图绘制
四．设计要求
1、设计说明书一份；
2、设计结果一览表；
蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等；
3、蒸发器流程图和装配图
设计方案的确定
1.蒸发器的确定：
选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便于清洗和更换。
这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。
并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。
2.蒸发器的效数：
双效真空蒸发。
真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。
采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。
然而也不能无限地增加效数。
理由如下：
（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。
由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。
（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。
为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。
这样也限制了效数的增加。
（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。
3.加热方式：
直接饱和蒸汽加热，压力0.15Mpa。
4.操作压力：
Ⅰ效为600mmHg真空度，Ⅱ效为700mmHg真空度。
5.加料方式：
并流式。
其优点在于：
（1）后一效蒸发室的压强比前一效的低，故溶液在效简述送不用泵而利用各效简的压力差;
（2）后一效溶液的沸点较前一效的低，溶液进入后效时发生闪蒸现象，产生较多二次蒸汽；
（3）高浓度溶液的温度依效序降低对浓缩热敏性食品有利。
6.辅助设备：
冷凝器用水喷式冷凝器；
惯性捕集器
方案说明
1.本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，并流法蒸发。
使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。
2.设备流程：
1）物料：
预热杀菌后的番茄酱由循环泵由下部进入，流经管内，由上部进入蒸发分离室，先经加热器的管内上升，通过弯头进入另一台加热器，经加热料液由管内下降，以切线方向进入Ⅰ效蒸发分离器进行汽液分离。
然后由物料泵送至Ⅱ效再蒸发。
料液料液聚集到倾斜的底部，由排出口与循环管连接，经液位平衡器至Ⅰ效蒸发室，当Ⅰ效蒸发室达到平衡液位时，料液直接进入Ⅱ效加热器。
蒸发产生的二次蒸汽与物料一起进入分离器。
由二效分离器出来的物料浓度达到所要求28％。
2）加热蒸汽：
Ⅰ效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给，Ⅱ效蒸发和预热管内物料的热能全部为一效二次蒸汽供给。
Ⅱ效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。
3）本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，顺流法蒸发。
优点是料液沸点依效序递降，因而当前效料液进入后效时，便在降温的同时放出其显热，供一小部分水分汽化，增加蒸发器的蒸发量。
真空蒸发的条件：
不断供给热量；
要维持番茄酱的沸腾，需要不断供给热量。
必须顺速排除二次蒸汽；
如不及时排除二次蒸汽，又会凝结成水回到番茄酱中去。
本操作中将二次蒸汽引入另一效蒸发器作为热源使用，热能利用率高。
（一）物料衡算
1、原料处理量:
每小时处理量：
∵（常用化工单元设备设计153页）
式中—原料处理量，kg/h；
x0——进Ⅰ效蒸发器料液的浓度，质量百分比；
x2——出Ⅱ效蒸发器料夜的浓度，质量百分比；
W——水分蒸发量kg/h；
日处理量：
每天10小时：
4715×
10=47.15吨/日
2、初步估算一、二效的蒸发水量
由《常用化工单元设备设计》P153
取W1:
W2=1:
1.1
故W1==1904.8（kg/h）
W2=4000-1904.8=2095.2（kg/h）
其中，W1——第Ⅰ效的蒸发量，kg/h
W2——第Ⅱ效的蒸发量，kg/h
Ⅰ效二次蒸汽浓度==6.31%
3、成品产量：
F2=-W=4716-4000=716kg/h
（二）热量衡算
1.有关参数
（1）总蒸发量：
4000kg/h
（2）进料：
=4.25%=61.1℃（查《食品工程原理》843页此温度下水的比热Cww=4179J/Kg.k）
出料：
=28%=41.4℃
料液比热:
（3）真空度分配：
第Ⅰ效：
600mmHg=0.21×
105Pa（查得此压力下饱和蒸汽温度=61.1℃）
第Ⅱ效：
700mmHg=0.08×
105Pa（查得此压力下饱和蒸汽温度=41.4℃）
来自《食品工程原理》741页饱和水蒸汽表
二次蒸汽的热参数值如下表
压力（Pa）
T（℃）
比焓（KJ/kg）
汽化潜热（kg）
Ⅰ效加热蒸汽
=1.5×
105
=111.3
=2695.1
=2229.3
Ⅰ效二次蒸汽
=0.21×
=61.1
=2606.6
=2352.5
Ⅱ效加热蒸汽
=0.08×
=41.4
=2570.2
=2396.4
2、温差损失
、温度损失的计算
式中：
——温度差损失，℃
——操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃
——液层静压引起的温度差损失，℃
——管路流动阻力引起的温度差，℃
——常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃
——校正系数，无因次，其经验计算式为：
——操作压强下二次蒸汽的温度，℃
——操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg
——溶液内部平均压强，Pa
——液面上方的压强，Pa
——溶液液层高度，m（该题设其液层高度为6m）
——溶液密度，kg/m3
该题密度为
常温下番茄酱沸点升高
（℃）
由压强51.223kPa查表得：
℃
℃
取℃
3、W1,W2,D1
物料衡算公式：
①
②
式中——ⅠⅡ效蒸发水量[kg/h]
D1D2——ⅠⅡ效蒸汽量[kg/h]
β1β2-----ⅠⅡ效自蒸发系数
------原料处理量[kg/h]
C0------原料比热[kj/kgk]
——热利用系数
（来自《食品工厂机械与设备》192页）
根据逆流时的自然蒸发系数，按下式计算:
∴
将①式代入②式中
∵D2=W1
∴③
将③式代入②式中
∴A=1.0085+1.0085=2.017
∴第Ⅰ效蒸发量
第Ⅱ效蒸发量
与初估各效蒸发水量比较误差≤3﹪，可不必对各效蒸发水量及浓度加以修正。
3．第Ⅱ效放出浆量及浓度
4.、Ⅰ、Ⅱ效加热面积的确定
Ⅰ效传热量：
Ⅱ效传热量：
各效有效温度差：
℃
℃
其中——两效间温度损失=1℃
各类蒸发器传热系数（食品工程原理P722）
蒸发器型式
传热系数K（w/m2·
k）
水平沉浸加热式
600~2,300
升膜式
1,200~6,000
标准式（自然循环）
600~3,000
降膜式
1,200~3,500
标准式（强制循环）
悬筐式
外加热室式（自然循环）
蛇管式
350~2,300
外加热室式（强制循环）
1,200~7,000
通过上表按经验数据取：
强制循环
自然循环
∴第Ⅰ效加热面积：
第Ⅱ效加热面积：
（三）工艺尺寸计算
1、Ⅰ效加热器的尺寸
根据《常用化工单元设备设计》162页，采用32×
1.5mm不锈钢管，管长L=3m
∴（根）
式中S——传热面积，；
——加热管直径，m；
L——管子长度，m。
取管间距为1.25的同心圆排列：
同心圆数
根数
同心圆直径
1
6
2
12
3
18
4
25
根据排列四层共61根管子
加热室壳体直径的计算：
式中D——壳体直径，m；
t——管间距，m；
b——沿直径方向排列的管子数
e——最外层管中心到壳体内壁的距离，取
管子在管板上的排列间距：
升级会员 